组过度进行调频， 输出功率也因此维持稳定不再衰减。
[0096] 综上所述，主动转速保护控制能有效维护不同风速区内风力机组惯性调频过程中 自身运行的稳定性，避免了大扰动后风力机组过量释放动能可能带来的二次频率冲击和输 入机械功率损耗加剧问题。
[0097] 仿真结果表明，惯性调频主动转速保护控制策略能避免了低风速区风力机组退出 调频时对系统频率的二次冲击，改善了恒转速区内转速下降过大导致的功率损失大的问 题，从而使DFIG机组更加有效支持系统惯性调频。
[0098] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种双馈风力机组惯性调频主动转速保护控制系统，其特征是：包括比较模块、风 速检测模块、触发开关、损耗计算模块和控制器，其中，控制器包括：惯性调频控制环节、比 例环节、积分环节和转速保护控制环节，风速检测模块采集风速、风机转速和桨距角参数， 转速保护控制环节根据风速检测模块采集的信息，计算风机实时捕获机械风功率，损耗计 算模块连接转速保护控制环节，将实时捕获机械风功率减去损耗，得到的计算结果与发电 机输出电磁功率比较，得到风力机组因参与系统调频引起的输入输出功率差额，输入输出 功率差额通过触发开关传递给比例环节和积分环节，比例环节和积分环节作用后输出负反 馈功率控制量，与惯性调频控制信号一起作为调频附加有功功率给定值。2. -种双馈风力机组惯性调频主动转速保护控制方法，其特征是：包括以下步骤： (1) 建立双馈风力发电机组模型，采用定子电压定向的矢量控制，实现有功和无功功率 的解親控制； (2) 将电网频率变化引入风电机组控制系统，使和电网频率没有直接耦合的双馈风力 发电机组具有惯性； (3) 对双馈风力发电机组的惯性调频动态过程和调频能力进行分析，得到机组在低风 速区、中风速区和高风速区的不同特性； (4) 利用负反馈调节信号逐渐减小调频作用，构建主动保护控制系统，将转速维持在稳 定区域内。3. 如权利要求2所述的一种双馈风力机组惯性调频主动转速保护控制方法，其特征 是：所述步骤（1)中，建立双馈风力发电机组在同步旋转坐标系下的电压、磁链、功率和电 磁转矩方程：式中：U，U1^分别为定、转子电压矢量；it3和K分别为定、转子磁链矢量；13和Ij别为定、转子电流矢量；&和L分别为定、转子绕组电阻；LjPk分别为定、转子绕组自感； Lni为定、转子绕组之间的互感；《e为同步转速；《 ^为转子转速；Ps，Qs，Te分别为DFIG的电 磁转矩、定子侧有功、无功功率;Pd为极对数。4. 如权利要求2所述的一种双馈风力机组惯性调频主动转速保护控制方法，其特征 是：所述步骤（1)中，忽略定子电阻和定子磁链的变化，采用将同步旋转参考坐标系d轴与 定子电压矢量方向重合的方法，双馈风电机组定子绕组有功、无功功率与转子d/q轴电流 之间的关系为：由（2)式可知，当采用定子电压矢量定向控制，并保持定子磁链恒定时，DFIG机组定子 侧有功功率或电磁转矩可通过转子电流的d轴分量U空制，无功功率可以通过转子电流的 q轴分量空制，从而实现了有功和无功功率的解耦控制。5. 如权利要求2所述的一种双馈风力机组惯性调频主动转速保护控制方法，其特征 是：所述步骤（2)中，将风力发电机的捕获的机械风功率表示为：式中：Pn为给定风速下风力机捕获的机械功率；P为空气密度；Cp (A，0 )为最优风能 转换率；P为桨距角；A为风机扫过的面积；VwS风速；A为叶尖速比A=wtR/Vw，Wt为风 机旋转角速度，R为叶片半径。6. 如权利要求2所述的一种双馈风力机组惯性调频主动转速保护控制方法，其特征 是：所述步骤（2)中，DFIG机组依据风速大小运行，在各不同区间中，发电机有功参考指令 Pcipt依据转子转速《J合出：式中：Ut为最大功率跟踪曲线的比例系数；co。为DFIG的切入转速n。对应的电角速 度；《为DFIG进入转速恒定区时的初始转速n淋应的电角速度；《 _为DFIG转速限值 11_对应的电角速度；P_为DFIG输出有功功率限幅值。7. 如权利要求2所述的一种双馈风力机组惯性调频主动转速保护控制方法，其特征 是：所述步骤（3)中，风力机组在参与系统调频过程，用于补偿因转速下降引起的风机捕获 机械功率损失为：式中：AEkS转子总动能变化量；AE@为风力机组实际用于调频的有效释放动能，该 部分越大则风力机组对系统调频的贡献越大；AElcissS转速下降导致的风能利用率降低引 起的风力机组功率损失，这部分越大越不利于风力机组参与系统调频；Pd为机组的极对数； J为机组总转动惯量；《A，We*别为调频初始和退出时转子转速；t。"，分别为调频起始 时刻和退出时刻；PyPni(t)，Pjt)分别为调频前输入功率、调频过程中捕获风功率捕获功率 和输出电磁功率。8. 如权利要求2所述的一种双馈风力机组惯性调频主动转速保护控制方法，其特征 是：所述步骤（3)中，低风速区和中风速区内风力机组参与调频过程均为：调频初期发电机 将通过控制转子转速下降释放转子动能弥补输入输出功率差值，输入功率则随转速降低沿 捕获风功率特性曲线开始下降，当转子转速降至下限值时，风力机组将退出调频进入转速 恢复阶段。9. 如权利要求2所述的一种双馈风力机组惯性调频主动转速保护控制方法，其特征 是：所述步骤（3)中，低风速区内，风力机组的调频能力随着风速增加而增大；中风速区，风 力机组调频能力随着风速增加而减小，同时过大的功率损耗也将导致中风速区风力机组退 出调频时对系统频率冲击;(65大于低风速区， 高风速区由于桨距角在调频前处于非零状态，释放动能转速降低导致风力机组减小桨 距角从而捕获的风功率增加，这将有利于风力机组参与调频，使其具有比中低风速区更强 的惯性调频能力，高风速区风力机组自身桨距角调节机制有利于其参与调频，变桨距角减 载运行控制是解决风力机组变频器容量限制的有效办法；用递增函数f(Vw)表示中低风速 区内有效释放动能与风速之间的关系，递减函数g(vw)表示中风速区内有效释放动能与风 速之间的关系：10. 如权利要求2所述的一种双馈风力机组惯性调频主动转速保护控制方法，其特征 是：所述步骤（4)中，主动保护控制策略的具体为：转速保护控制环节根据风速、风机转速 和桨距角参数计算风机实时捕获机械风功率，将其与发电机输出电磁功率比较，得到风力 机组因参与系统调频引起的输入输出功率差额，经过比例环节和积分环节输出负反馈功率 控制量，最终与惯性调频控制信号一起作为调频附加有功功率给定值； 所述步骤（4)中，功率差额AP对时间的积分与风力机组调频释放总动能成比例关系， 因此积分环节作用随着释放动能增加而逐渐加大，控制器参数比例系数1和积分系数K1^ 根据系统容量和运行工况整定。
【专利摘要】本发明公开了一种双馈风力机组惯性调频主动转速保护控制系统与方法，风速检测模块采集风速、风机转速和桨距角参数，转速保护控制环节根据风速检测模块采集的信息，计算风机实时捕获机械风功率，损耗计算模块连接转速保护控制环节，将实时捕获机械风功率减去损耗，得到的计算结果与发电机输出电磁功率比较，得到风力机组因参与系统调频引起的输入输出功率差额，输入输出功率差额通过触发开关传递给比例环节和积分环节，比例环节和积分环节作用后输出负反馈功率控制量，与惯性调频控制信号一起作为调频附加有功功率给定值；本发明能避免了低风速区风力机组退出调频时对系统频率的二次冲击，改善了恒转速区内转速下降过大导致的功率损失大的问题。
【IPC分类】F03D7/00
【公开号】CN105134485
【申请号】CN201510509286
【发明人】丁磊, 尹善耀, 贾英喆
【申请人】山东大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月18日