一种含可控惯性风力发电机的发电系统惯性综合控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种发电系统的控制方法，尤其是一种含可控惯性风力发电机组的发 电系统惯性综合控制方法，属于发电系统控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 在未来新能源装机比重较高的发电系统中，多电源具备的虚拟惯量将成为维持系 统动态稳定的可调节参数，虽然增加了分析电网稳定性的难度，但控制方法也会更为灵活。 以变速风电机组为例，通过独立有功调节，机组即可虚拟出可控的惯性响应，有效避免削弱 系统惯性，威胁频率稳定的不利影响。然而，与常规发电机组的固有惯性不同，变速风电机 组可在较宽的转速调节范围内通过释放或吸收转子动能，其虚拟惯量的大小灵活可调，进 而会改变系统的惯量大小及分布，使系统频率调整面临诸多新问题。而多机惯性可控也会 对区域电网间功率振荡的频率及衰减特性产生显著影响。在增加了惯性这一控制参数后， 如何利用虚拟惯量，改善频率稳定，甚至利用惯性调节增强系统阻尼等动态特性，将是控制 方法能否更具实际应用价值，进而提高可控惯性发电系统安全运行水平的又一关键问题。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是：提供一种含可控惯性风力发电机组的发电系统的惯 性综合控制方法。
[0004] 本发明所采取的技术方案是：
[0005] -种含可控惯性风力发电机组的发电系统的惯性综合控制方法，包括以下步 骤：
[0006] 步骤a:判断所述可控惯性风力发电机组并网点的电网频率是否发生变化，如果 是，转向步骤b ;如果否，转向步骤a ;
[0007] 步骤b:判断所述发电系统中所述可控惯性风力发电机组并网点的位置，若处于 送电端，则转向步骤c，否则转向步骤d ;
[0008] 步骤c :调节所述可控惯性风力发电机组的输出功率，有功增量△ Pf为：
[0009]
(1)
[0010] 式中，ΤΗ、?；为第一和第二微分控制系数，且TH>IY>0 ; Af为电网频率偏差，dAf/ dt为所述电网频率偏差相对于时间t的变化率；
[0011] 步骤d :调节所述可控惯性风力发电机组的输出功率，有功增量Δ :
[0012]
(2)
[0013] 式中，Tw为第三微分控制系数。
[0014] 本发明的有益效果是：
[0015] 与传统惯性控制相比，本发明策略能够根据可控惯性风力发电机组所处区域的地 理位置，采用相应的惯性调节方法，使其同时具备参与电网频率调节和增加系统阻尼两种 控制功能，消除了传统虚拟惯性控制在调频时引入负阻尼的不利影响。在此控制策略下，互 联电网可借助可控惯性风力发电机组灵活改变其所在子区域系统的惯量大小，增强惯性支 撑和阻尼功率振荡的能力，提高系统的动态稳定性。
【附图说明】
[0016]
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0018] 图1是本发明的流程图；
[0019] 图2是本发明实施例1中含风电场的四机两区域系统仿真拓扑结构图；
[0020] 图3是本发明实施例1中风力发电机虚拟惯性控制结构图；
[0021] 图4是本发明实施例1中四机两区域系统频率动态响应对比曲线；
[0022] 图5是本发明实施例1中四机两区域系统功率动态响应对比曲线；
[0023] 图6是本发明实施例1中含可控惯性两区域发电系统结构图；
[0024] 图7是本发明实施例1中含可控惯性两区域发电系统等效电路图；
[0025] 图8是本发明实施例1中两区域发电系统无阻尼时Δ f的振荡特性；
[0026] 图9是本发明实施例2中四机两区域系统频率动态响应对比曲线；
[0027] 图10是本发明实施例2中四机两区域系统功率动态响应对比曲线。
【具体实施方式】
[0028] 实施例1 :
[0029] 如图2所示，本实施例采用IEEE四机两区域系统，该系统包含4个火电厂，额定容 量均为900MWA，以及1个容量为250台X2丽的双馈风电场。其中，火电厂成区域 1，为送电端；G 3、G，j构成区域2,为受电端。L JP L2分别为区域1和区域2的负荷。在本 文实施例1中，风电场DFIG经母线仏并入区域1 ;而在实施例2中，将区域1中风电场DFIG 改由母线B11并入区域2,如图中虚线所示。其中，风电场由双馈感应风电机组（doubly fed induction generator, DFIG)组成，其虚拟惯性控制结构如图3所示。仿真中设定风速为 llm/s，通过设置以下两种控制方案，说明本发明可以使惯量可控发电系统通过灵活的惯性 调节，提高系统惯性支撑和阻尼功率振荡的能力。
[0030] 方案①：无惯性控制；
[0031] 方案②：第一微分控制系数Th= 20,第二微分控制系数?\= 4。
[0032] 如图4所示，负载1^在2. Os时刻突增200丽使系统频率出现大幅度跌落。无附 加惯性控制时，负荷突增后，系统频率出现较大幅度波动；采用本实施例后，可控惯性风电 机组通过动态调节虚拟惯性的大小，使系统频率跌落的幅度及变化率均得到显著减小，频 率最大偏差由〇. 2Hz减小至0. 13Hz。
[0033] 如图5所示，母线88在2. Os时刻，发生持续时间为0.1 s的三相短路故障。无附 加惯性控制时，短路故障引起了系统持续性功率振荡；采用本实施例后，通过动态调节送电 端发电系统的惯性，有效增强了系统阻尼功率振荡的能力。如图所示，故障发生后互联系统 的功率振荡仅持续约IOs即恢复至稳定运行状态。
[0034] 本实施例原理分析如下：
[0035] 将IEEE四机两区域系统内各区域可控惯性风力发电机组与常规发电机组各自等 效为两台同步发电机组匕、心，则两区域可控惯性发电系统及其等效电路如图6和图7所示， 图中同步发电机G 1位于送电端，G2位于受电端，其等效惯性时间常数分别为Tt^ Tti2。该系 统将两个区域电网内常规机组与风电机群按照各自惯性中心进行等效，适用于定性分析互 联系统区域间的功率振荡特性。
[0036] 如图7所示，ZJP Z 2分别为发电机G i、G2到母线B 4的阻抗，Z ^为负荷阻抗。设发 电机G2的暂态电势E /、E2'恒定，则其转子运动方程为
[0037]
(3)
[0038] 式中，k为等效同步发电机组编号，取值为1或2 ;Ptt、PTk、Dk、δ k、cok、ω。分别为 第k等效同步发电机组的电磁功率、机械功率、阻尼系数、功角、角速度及额定角速度。
[0039] 将图7所示星形网络变