基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法及装置与流程

本申请涉及风电，具体涉及一种基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法及装置。

背景技术：

1、风力发电机(以下简称风机)的转速与电网的频率相解耦，不能为电力系统提供惯量，而惯量能衡量阻碍电力系统的频率突变的能力。因此，大规模的风机并网将导致电力系统的有效惯量降低，对电网的安全运行带来隐患。

2、为解决上述相关问题，有研究学者提出了能使风机与电网产生耦合关系的虚拟惯性控制方法，例如，传统的附加惯性控制。以频率跌落为例，当采用传统的附加惯性控制时，在电力系统发生扰动时，风机由于频率突变产生有功功率附加在最大功率跟踪的有功功率参考值上，风机将释放转子动能，为电力系统提供有功功率支撑，风机转子转速减小。然而，在最大功率跟踪区下，风机的转速跌落导致有功功率参考值减少，使风机有功功率输出不能满足电力系统的惯性需求。因此为解决二者之间的矛盾，消除传统的附加惯性控制与最大功率跟踪控制的相互制约，急需一种变功率跟踪特性控制方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供了一种基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法及装置，以解决传统的虚拟惯性控制方法中风机的有功功率输出不能满足电力系统的惯性需求的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法，包括：根据电力系统对风机的惯量需求计算风机的需求转速变化量；根据电力系统受到扰动时的频率响应计算电力系统的频率的变化量达到预设频率偏差的变化时间；根据变化时间和需求转速变化量确定风机的功率跟踪曲线的新型比例系数，以使风机在变化时间内根据新型比例系数产生额外的有功功率，参与电力系统的惯性响应。

3、在第一方面的一种可能的实施方式中，根据变化时间和需求转速变化量确定风机的功率跟踪曲线的新型比例系数，包括：根据风机在最大功率跟踪区的有功功率确定风机在最大功率跟踪区的转子运动表达式；基于变化时间和需求转速变化量对转子运动表达式进行积分运算，确定风机的功率跟踪曲线的新型比例系数。

4、在第一方面的一种可能的实施方式中，转子运动表达式为：

5、

6、式中，kt为新型比例系数，kopt为风机的最大功率跟踪控制比例系数，ωr为风机的实时转速，为电力系统受到扰动之后风机在新型比例系数的功率跟踪控制下的有功功率，为电力系统受到扰动之前风机在最大功率跟踪区的有功功率，hw为风机的固有惯性时间常数，t为时间；对转子运动表达式进行积分运算：

7、

8、式中，tf为变化时间，ωr0为风机的初始转速，ωr1＝ωr0+δωr，δωr为需求转速变化量；新型比例系数表示为：

9、

10、在第一方面的一种可能的实施方式中，电力系统对风机的惯量需求为风机的虚拟惯性时间常数；风机的虚拟惯性时间常数的表达式为：

11、

12、式中，hv为风机的虚拟惯性时间常数，δωr为需求转速变化量，ωe为电网的同步转速，δωe为电力系统的同步转速变化量，ωr0为风机的初始转速，hw为风机的固有惯性时间常数；根据风机的虚拟惯性时间常数的表达式确定需求转速变化量为：

13、

14、在第一方面的一种可能的实施方式中，频率响应表示为：

15、

16、式中，hg为电力系统的惯性时间常数，δf(t)为预设频率偏差，t为时间，δpl为负荷扰动量，ds为阻尼系数；δpm为同步发电机的机械功率变化量，可以表示为：

17、

18、式中，ks为同步发电机一次调频系数，tg为同步发电机一次调频延时；基于频率响应和同步发电机的机械功率变化量，根据预设频率偏差确定变化时间。

19、在第一方面的一种可能的实施方式中，该方法还包括：根据新型比例系数和风机的最大功率跟踪控制比例系数确定风机的功率跟踪曲线的恢复比例系数，以使风机在恢复时间内根据恢复比例系数平滑切换至最大功率跟踪控制；恢复时间为电力系统的频率的变化量达到预设频率偏差后，逐渐减小至0的时间。

20、在第一方面的一种可能的实施方式中，恢复比例系数表示为：

21、

22、式中，ktt为恢复比例系数，kt为新型比例系数，kopt为风机的最大功率跟踪控制比例系数，δf(t)为预设频率偏差，δfmax为电力系统频率偏差最大值。

23、第二方面，本申请实施例提供了一种基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制装置，包括：

24、第一计算模块，用于根据电力系统对风机的惯量需求计算风机的需求转速变化量。

25、第二计算模块，用于根据电力系统受到扰动时的频率响应计算电力系统的频率的变化量达到预设频率偏差的变化时间。

26、确定模块，用于根据变化时间和需求转速变化量确定风机的功率跟踪曲线的新型比例系数，以使风机在变化时间内根据新型比例系数产生额外的有功功率，参与电力系统的惯性响应。

27、第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如第一方面任一项所述的基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法。

28、第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述的基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法。

29、第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述第一方面中任一项所述的基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法。

30、可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

31、本申请实施例提供的基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法及装置，通过计算风机的需求转速变化量以及电力系统的频率的变化量达到预设频率偏差的变化时间，进而计算风机的功率跟踪曲线的新型比例系数，使得电力系统在受到扰动时，风机根据新型比例系数的功率跟踪曲线产生有功功率，有效提高风机的惯性响应能力，使电力系统在受到扰动后风机的有功输出满足电力系统的惯性需求。

32、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

技术特征：

1.一种基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法，其特征在于，所述根据所述变化时间和所述需求转速变化量确定所述风机的功率跟踪曲线的新型比例系数，包括：

3.根据权利要求2所述的基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法，其特征在于，所述转子运动表达式为：

4.根据权利要求1所述的基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法，其特征在于，所述电力系统对风机的惯量需求为风机的虚拟惯性时间常数；所述风机的虚拟惯性时间常数的表达式为：

5.根据权利要求1所述的基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法，其特征在于，所述频率响应表示为：

6.根据权利要求1至5任一项所述的基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述新型比例系数和风机的最大功率跟踪控制比例系数确定所述风机的功率跟踪曲线的恢复比例系数，以使所述风机在恢复时间内根据所述恢复比例系数平滑切换至最大功率跟踪控制；所述恢复时间为所述电力系统的频率的变化量达到预设频率偏差后，逐渐减小至0的时间。

7.根据权利要求6所述的基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法，其特征在于，所述恢复比例系数表示为：

8.一种基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法。

技术总结
本申请适用于风电技术领域，提供了一种基于惯量需求的风机变功率跟踪特性控制方法及装置。该方法包括：根据电力系统对风机的惯量需求计算风机的需求转速变化量；根据电力系统受到扰动时的频率响应计算电力系统的频率的变化量达到预设频率偏差的变化时间；根据变化时间和需求转速变化量确定风机的功率跟踪曲线的新型比例系数，以使风机在变化时间内根据新型比例系数产生额外的有功功率，参与电力系统的惯性响应。本申请能够有效提高风机的惯性响应能力，使电力系统在受到扰动后风机的有功输出满足电力系统的惯性需求。

技术研发人员：宋文乐,王磊,张烨,田欣平,王兴昌,倪伟强,李治
受保护的技术使用者：国网河北省电力有限公司沧州供电分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11