风电主动支撑送端电网频率稳定的综合惯量控制方法

本发明涉及电力系统暂态分析领域，特别涉及一种基于双馈风机虚拟同步控制与下垂控制结合的风电主动支撑送端电网频率稳定的综合惯量控制方法。

背景技术：

1、风能因其可再生性、无污染性和较好经济性成为最具发展前景的新能源之一，我国风电资源主要集中在西北、华北、东北和西南等地区，而负荷中心集中在中东部。因此，大规模风电场集中式并网发电，并经多回高压直流线路(lcc-hvdc)输送到各负荷中心已成为当前我国风电大规模开发利用的主要形式。虽然采用大规模风电经高压交直流外送系统既能有效提升风电的利用率，又可缓解负荷中心区域的供电压力，但不同于同步发电机，风电机组的频率-转速解耦响应特性会给送端系统带来极大威胁。随着风电渗透率的持续增长，送端电网低惯量、弱调频能力的难题将进一步凸显出来，一旦发生直流闭锁故障，将对送端电网造成巨大的有功冲击，送端侧存在巨额的有功功率盈余量，导致系统频率快速升高，处置不当甚至有可能引发波及全网的连锁性事故，送端电网高频问题十分严重。国内外相关学者对风电主动支撑控制展开了一系列研究，主要是预先留出功率备用，使风电初始状态工作于次优点，当电网出现功率缺额时，采用变转速或者变桨距角的控制方式实现对电网的短时功率支援，但上述控制无法充分挖掘风电转子的动能潜质，且不适用于可能引发的高频问题。因此，提出一种风电主动支撑送端电网频率稳定的综合惯量控制策略对于更好地解决新型电力系统送端电网频率稳定性问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种风电主动支撑送端电网频率稳定的综合惯量控制方法，有效解决新型电力系统送端电网的频率稳定性问题，对于新型电力系统发展具有助力性作用。该方法将双馈风机虚拟同步控制与下垂控制优势结合提出协调频率支撑控制策略，有效地增强了送端电网调频能力。本发明可以有效增强送端电网的调频能力，是解决大规模风电经高压直流送出电网频率稳定问题的有效手段，加强大规模风电远距离送出的传输能力。

2、本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

3、风电主动支撑送端电网频率稳定的综合惯量控制方法，包括以下步骤：

4、(1)双馈风机的工作原理分析；

5、(2)双馈风机虚拟同步控制设计；

6、(3)双馈风机下垂控制设计；

7、(4)计及虚拟同步与下垂协调的频率支撑控制策略。

8、步骤(1)所述的双馈风机的工作原理分析是：对双馈风机最大功率点跟踪控制模型、桨距角控制模型以及转子侧换流器控制模型进行分析，为后续设计双馈风机频率支撑控制策略奠定基础。

9、步骤(2)所述的双馈风机虚拟同步控制设计是：在步骤(1)的基础上，建立基于虚拟同步控制的双馈风机数学模型，推导出所需虚拟补偿控制量，设计基于虚拟同步控制的双馈风机控制结构模型。

10、步骤(3)所述的双馈风机下垂控制设计是：在步骤(1)的基础上，基于变速减载和变桨距角控制方法设计双馈风机下垂控制方法，建立下垂控制结构模型，使双馈风机有效参与系统一次调频过程。

11、步骤(4)所述的计及虚拟同步与下垂协调的频率支撑控制策略是：在步骤(2)、(3)的基础上，充分挖掘风电调频能力，将双馈风机虚拟同步控制与下垂控制结合从而实现风电主动支撑送端电网频率稳定的综合惯量控制策略。

12、本发明的有益效果在于：本发明的控制策略结合了双馈风机虚拟同步控制和下垂控制的优点，将双馈风机参与系统频率调节能力的优越性充分发挥出来，对提升送端系统频率响应能力具有很大的作用。通过提出频率协同控制策略，能够有效加强大规模风电经高压直流送出的送端电网频率调节能力。此策略可以有效加强大规模风电远距离送出的传输能力。

技术特征：

1.一种风电主动支撑送端电网频率稳定的综合惯量控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的风电主动支撑送端电网频率稳定的综合惯量控制方法，其特征在于：步骤（1）所述的双馈风机的工作原理分析是：对双馈风机最大功率点跟踪控制模型、桨距角控制模型以及转子侧换流器控制模型进行分析，为后续设计双馈风机频率支撑控制策略奠定基础。

3.根据权利要求1所述的风电主动支撑送端电网频率稳定的综合惯量控制方法，其特征在于：步骤（2）所述的双馈风机虚拟同步控制设计是：在步骤（1）的基础上，建立基于虚拟同步控制的双馈风机数学模型，推导出所需虚拟补偿控制量，设计基于虚拟同步控制的双馈风机控制结构模型。

4.根据权利要求1所述的风电主动支撑送端电网频率稳定的综合惯量控制方法，其特征在于：步骤（3）所述的双馈风机下垂控制设计是：在步骤（1）的基础上，基于变速减载和变桨距角控制方法设计双馈风机下垂控制方法，建立下垂控制结构模型，使双馈风机有效参与系统一次调频过程。

5.根据权利要求1所述的风电主动支撑送端电网频率稳定的综合惯量控制方法，其特征在于：步骤（4）所述的计及虚拟同步与下垂协调的频率支撑控制策略是：在步骤（2）、步骤（3）的基础上，充分挖掘风电调频能力，将双馈风机虚拟同步控制与下垂控制结合实现风电主动支撑送端电网频率稳定的综合惯量控制策略。

技术总结
本发明涉及一种风电主动支撑送端电网频率稳定的综合惯量控制方法，属于电力系统暂态分析领域。基于双馈风机虚拟同步控制与下垂控制提出一种频率协同控制策略，能够有效解决大规模风电送出电网的暂态频率稳定问题。建立双馈风机的控制模型，分析最大功率点跟踪控制、桨距角控制和转子侧换流器控制的工作原理；建立基于虚拟同步控制的双馈风机数学模型，设计了基于虚拟同步控制的控制结构；分析变速、变桨距角控制原理，设计了双馈风机下垂控制结构；结合了虚拟同步和下垂控制的优点，充分挖掘了双馈风机参与系统频率调节的能力，对提升送端系统频率响应能力具有很大的作用。

技术研发人员：辛业春,李国庆,江守其,刘先超,王振浩,王威儒,王延旭,王拓,张明理,韩震焘,李华
受保护的技术使用者：东北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16