双馈感应风机虚拟惯性控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电技术，特别是涉及一种双馈感应风机虚拟惯性控制方法的技术。
【背景技术】
[0002] 近年来，风力发电技术以其环保、高效、安全等特点得到广泛应用。然而，随着大 规模风力发电机组渗透率的提高，其对大电网稳定性所造成的影响不容忽视。传统的大规 模风电并网主要依靠电网的一次调频来维持系统频率的稳定，如今，学者们将关注的目光 转向风电机组本身，通过设计变速恒频风力发电机组的频率控制策略应对风电场的频率变 化。
[0003] 现有的变速恒频风力发电机组的频率控制策略主要有以下三种：1)虚拟惯性控 制策略；2)桨距角控制策略；3)运行曲线切换控制策略。其中，桨距角控制策略及运行曲线 切换控制策略均以降低正常运行时的输出功率为前提，通过预留一定的备用功率实现风电 场的调频，因此又称为备用功率控制策略。虚拟惯性控制策略则是通过吸收或释放隐藏在 转子中的转动动能，降低或提供风机输出的电磁功率，参与风电场的调频。这种方法在提高 风电机组的运行效率与调频的响应速度方面具有优势，故称为近几年风电场频率控制研究 的热点。
[0004] 在2009年13期的《电力系统自动化》第33卷中，曹军等人提出了一种变速恒频 双馈风电机组频率控制策略，如图1所示，该策略为双馈感应风机配置一个包含有虚拟惯 性控制模块、转速延时恢复模块、转速保护模块的虚拟惯性控制系统；
[0005] 利用虚拟惯性控制模块控制双馈感应风机的输出功率参考值，使得双馈感应风机 的输出功率参考值与风电系统的微电网频率相关联，在风电系统的微电网频率发生改变时 对双馈感应风机的输出功率参考值进行相应的调整，从而实现对风电系统微电网频率的调 频；
[0006] 为提高频率变化的响应速度和灵敏度，虚拟惯性控制模块中采用了df/dt和Λf 两个辅助控制回路，其中的df/dt辅助控制回路根据风电系统的微电网频率变化率对双馈 感应风机的最大功率跟踪参考值Pmppt进行修正，Λf辅助控制回路根据风电系统的微电网 频率变化量对双馈感应风机的最大功率跟踪参考值pMPPT进行修正；
[0007] df/dt辅助控制回路通过风电系统的微电网频率变化率来获得额外的有功参 考信号，双馈感应风机具有虚拟的惯性响应，df/dt辅助控制回路增加的功率参考值为：
[0008] Λf辅助控制回路模拟传统同步发电机的有功-频率下垂特性，通过频率偏差和 有功功率变化值之间的下降比例关系来获得额外的有功参考信号，根据风电系统的微电网 频率变化量来调节双馈感应风机的有功功率输出，Λf辅助控制回路增加的功率参考值 为：Pf2=K2(f_f。）；
[0009] 整个虚拟惯性控制模块额外增加的总参考功率为：Pf=Pfl+Pf2;
[0010] 当风电系统的微电网频率发生偏移时，虚拟惯性控制模块可以通过迅速调整总参 考功率，改变双馈感应风机输出的有功功率，从而减小风电系统的微电网频率的偏移量，提 尚风电系统的频率稳定性；
[0011] 功率的变化导致双馈感应风机转子转速的改变，转速延时恢复模块用于维持双馈 感应风机的稳定运行，使双馈感应风机转子转速尽快恢复至最优转速以更好的应对下一次 调频，图1中的ω为双馈感应风机转子的转速，为参考转速，转速偏差通过PI控制器 进行调节，参考转速的选取主要依据实时测量的风速，由风速计算双馈感应风机捕获 最大风能时的最优功率，并通过功率一转速最优曲线得到此风速下转子最优转速参考 it ?ref；
[0012] 虚拟惯性控制模块与转速延时恢复模块的物理过程恰好是相反的，为了避免转速 延时恢复模块与虚拟惯性控制模块同时启动，使转速恢复功能对虚拟惯性的有功支撑作用 削弱，通常都在虚拟惯性控制启动后设定5~30s的延时，再触发转速恢复功能；
[0013] 转速保护模块的作用是当双馈感应风机因参与深度调频导致转速越限时，及时退 出虚拟惯性控制模块，以保护双馈感应风机转子转速维持在安全范围内。
[0014] 上述虚拟惯性控制策略在传统虚拟惯性控制策略的基础上，提出包含频率控制、 转速延时恢复、转速保护系统和与常规机组配合等4个功能模块，不仅对暂态频率偏差具 有快速的响应能力，而且能够使转子转速以更快的速度恢复到最佳运行状态，使得变速双 馈机组参与系统调频的理论更加契合实际情况。但是，在转速延时恢复功能模块的设计上， 该方法对转速恢复时间仅按照实践经验在虚拟惯性控制启动后设定5~30s的延时，在精 确程度上有所欠缺，不能够最大程度减小调频过程对风机转子转速以及系统稳定性的影 响，容易在虚拟惯性控制模块作用初期，转速恢复功能出现误启动。
【发明内容】
[0015] 针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够最 大程度减小调频过程对风机转子转速以及系统稳定性的影响，能避免在虚拟惯性控制模块 作用初期转速恢复功能出现误启动的双馈感应风机虚拟惯性控制方法。
[0016] 为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种双馈感应风机虚拟惯性控制方法， 涉及包含有双馈感应风机的风电系统，该方法为双馈感应风机配置一个包含有虚拟惯性控 制模块、转速延时恢复模块、转速保护模块的虚拟惯性控制系统；
[0017] 所述虚拟惯性控制模块用于控制双馈感应风机的输出功率参考值，使得双馈感应 风机的输出功率参考值与风电系统的微电网频率相关联，在风电系统的微电网频率发生改 变时对双馈感应风机的输出功率参考值进行相应的调整，从而实现对风电系统微电网频率 的调频；
[0018] 所述转速延时恢复模块用于维持双馈感应风机的稳定运行，使双馈感应风机转子 转速能在虚拟惯性控制启动后延时恢复至最优转速；
[0019] 所述转速保护模块用于保护双馈感应风机，使得双馈感应风机的转子转速能维持 在安全范围内；
[0020] 其特征在于：该方法将转速延时恢复模块的触发条件设定为：
[0021]
并且Ρμ=Ρ_;
[0022] 兵甲，4f73双馈感应风机的输出功率参考值，Ρ_为双馈感应风机的最优功率，
是指双馈感应风机的输出功率参考值变化率。
[0023] 本发明提供的双馈感应风机虚拟惯性控制方法，针对虚拟惯性控制策略设计了转 速恢复模块的触发条件，可以在不影响虚拟惯性控制的调频作用的前提下，使得转速在第 一时间启动恢复功能，尽快恢复至最佳转速，既保证了风机的安全稳定运行，又进一步提高 了风电场及整个电力系统的稳定性，能够最大程度减小调频过程对风机转子转速以及系统 稳定性的影响，能避免在虚拟惯性控制模块作用初期转速恢复功能出现误启动。
【附图说明】
[0024] 图1是双馈感应风机虚拟惯性控制方法的控制原理图；
[0025] 图2是虚拟惯性控制过程各功率分量及转子转速变化的趋势曲线图；
[0026] 图3是本发明实施例的双馈感应风机虚拟惯性控制方法的虚拟惯性控制仿真结 果系统频率曲线图，图3中的竖轴为系统频率数值轴，横轴为时间轴，图3中的两条曲线中， 虚线为未采用虚拟惯性控制时的系统频率曲线，实线为采用本发明实施例的方法进行虚拟 惯性控制时的系统频率曲线；
[0027] 图4是本发明实施例的双馈感应风机虚拟惯性控制方法的虚拟惯性控制仿真结 果有功功率曲线图，图4中的竖轴为双馈感应风机的有功功率数值轴，横轴为时间轴，图4 中的两条曲线中，虚线为未采用虚拟惯性控制时的双馈感应风机有功功率曲线，实线为采 用本发明实施例的方法进行虚拟惯性控制时的双馈感应风机有功功率曲线；