本發(fā)明專利技術(shù)提出一種基于故障暫態(tài)能量的雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制方法；所述方法包括在電網(wǎng)故障切除瞬間，啟動控制；測量電網(wǎng)故障切除瞬間的轉(zhuǎn)速大小，計算故障暫態(tài)能量控制參考值；計算電網(wǎng)故障期間雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子積蓄的最大故障暫態(tài)能量；根據(jù)雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子積蓄的最大故障暫態(tài)能量與故障暫態(tài)能量控制參考值，計算緊急功率控制退出時刻并實施控制。本發(fā)明專利技術(shù)充分挖掘并利用雙饋風(fēng)電機組存儲的暫態(tài)能量，可為電網(wǎng)提供平穩(wěn)的緊急功率支撐，加快轉(zhuǎn)速恢復(fù)的同時，緩解故障切除瞬間的短時功率沖擊，提升含雙饋風(fēng)電機組電力系統(tǒng)的暫態(tài)頻率支撐能力。支撐能力。支撐能力。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于故障暫態(tài)能量的雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制方法
[0001]本專利技術(shù)涉及電力系統(tǒng)保護與控制領(lǐng)域，具體涉及雙饋風(fēng)電機組的緊急功率控制方法。
技術(shù)介紹
[0002]隨著能源危機的加劇，新能源發(fā)展呈現(xiàn)加速態(tài)勢。風(fēng)力發(fā)電作為新能源的主力，裝機容量持續(xù)增大。風(fēng)電穿透率提高的同時，同步機電源占比不斷減小，使得電力系統(tǒng)的抗擾能力持續(xù)下降。特別是在電網(wǎng)故障下，風(fēng)電的快速響應(yīng)使得電網(wǎng)暫態(tài)過程變得更加復(fù)雜，對電網(wǎng)的緊急控制提出了更高的要求。但是，同步機功率調(diào)節(jié)速度較慢，難以在故障后提供有效的緊急功率支撐。盡管風(fēng)電機組具有快速的功率控制能力，但是由于采用了最大功率跟蹤控制，風(fēng)電機組也無法通過增發(fā)功率參與電網(wǎng)緊急功率控制。緊急功率控制能力的不足使得電力系統(tǒng)故障下的穩(wěn)定問題日益凸顯。
[0003]雙饋風(fēng)電機組是目前風(fēng)力發(fā)電的主流機型之一，具有高可控性、風(fēng)能利用率高、可靠性強的優(yōu)點。通過調(diào)控雙饋風(fēng)電機組有功功率為電網(wǎng)提供支撐的方案已受到重視。虛擬同步機控制可模擬同步發(fā)電機的機電特性，使得雙饋風(fēng)電機組的有功功率跟隨目標虛擬量的變化而改變。虛擬同步機控制主要有3類：基于同步機運動方程的虛擬慣量控制、基于多階段切換的改進MPPT曲線控制、基于直流電壓的慣性支撐控制。虛擬慣量控制是應(yīng)用最廣泛的VSG控制。研究人員提出了風(fēng)電場的虛擬慣量協(xié)調(diào)控制參數(shù)設(shè)置方法。也有研究提出了一種基于目標全息反饋理論和Brunovsky型完全可控系統(tǒng)的新型非線性虛擬慣量控制器。虛擬同步機控制的目標虛擬量主要是頻率變化率和頻率偏差，因此虛擬同步機控制主要用于解決電源出力波動或負荷突變等小擾動條件下的調(diào)頻問題，電網(wǎng)故障下雙饋風(fēng)電機組的虛擬同步機控制的適用性仍需進一步驗證。
[0004]電網(wǎng)故障下，利用雙饋風(fēng)電機組為電網(wǎng)提供無功支撐是當前研究的熱點。研究人員提出了計及源網(wǎng)耦合影響的雙饋風(fēng)電機組最大故障電壓控制方法。也有研究提出一種新型在線動態(tài)協(xié)調(diào)控制策略以提高雙饋風(fēng)力發(fā)電場的無功能力。利用雙饋風(fēng)電機組為電網(wǎng)提供有功功率支撐的研究還較少。有研究以超短期風(fēng)電預(yù)測功率為基礎(chǔ)，提出了基于模型預(yù)測控制的風(fēng)電集群緊急控制方法。但是，短時間內(nèi)風(fēng)速波動范圍不大，即使準確預(yù)測風(fēng)速也無法顯著提升風(fēng)電機組的功率輸出。有研究提出了改善雙饋風(fēng)力發(fā)電場緊急功率支撐能力的儲能最優(yōu)分配策略，但是儲能造價較高，難以完全與風(fēng)電裝機容量相匹配。風(fēng)電參與電網(wǎng)緊急功率控制仍然面臨上調(diào)功率不足的問題。
[0005]為了使得雙饋風(fēng)電機組具有功率上調(diào)能力，研究人員提出了功率備用的思想。通過轉(zhuǎn)子加速使得雙饋風(fēng)電機組運行于非最大功率點或通過改變槳距角減小雙饋風(fēng)電機組的輸入機械功率，可使得雙饋風(fēng)電機組在電網(wǎng)需要時增加有功功率輸出。超速減載控制響應(yīng)時間快，但是調(diào)節(jié)范圍有限。槳距角控制具有調(diào)節(jié)范圍廣的優(yōu)點。因此，二者常常共同參與電網(wǎng)的緊急功率控制。功率備用控制提升了雙饋風(fēng)電機組的緊急功率控制能力，但是超速運行犧牲了風(fēng)電場的運行經(jīng)濟性，槳距角控制造成機械磨損，而且調(diào)節(jié)速度較慢。現(xiàn)有方
法的工程實用性還有待提高。
[0006]電網(wǎng)故障期間，雙饋風(fēng)電機組輸出功率減小或波動使得機械功率與電磁功率之間存在不平衡。不平功率導(dǎo)致轉(zhuǎn)子加速。隨著轉(zhuǎn)速的增加，暫態(tài)能量不斷積蓄至轉(zhuǎn)子動能之中。但是，當電網(wǎng)故障切除后，電磁功率的變化使得暫態(tài)能量隨之耗散。故障期間存儲的暫態(tài)能量不僅無法用于為電網(wǎng)提供支撐，由于暫態(tài)能量隨著轉(zhuǎn)速的恢復(fù)而消耗，而轉(zhuǎn)速恢復(fù)速度較慢，故障后暫態(tài)能量的消耗還會造成雙饋風(fēng)電機組功率緩慢恢復(fù)，不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。
[0007]綜上所述，考慮電網(wǎng)故障下雙饋風(fēng)電機組暫態(tài)能量的充分利用，充分挖掘電網(wǎng)故障下雙饋風(fēng)電機組的緊急功率控制能力，為電網(wǎng)提供平穩(wěn)的緊急功率支撐，同時加快電網(wǎng)故障后轉(zhuǎn)速的快速恢復(fù)速率，抑制故障切除瞬間的短時功率沖擊，是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0008]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供了利用暫態(tài)能量的雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制能力不足的問題，充分利用電網(wǎng)故障期間雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子存儲的暫態(tài)能量，對電網(wǎng)故障切除后的雙饋風(fēng)電機組進行控制，為電力系統(tǒng)提供平穩(wěn)的緊急功率支撐，加快轉(zhuǎn)速恢復(fù)的同時，緩解故障切除瞬間的短時功率沖擊，提升了故障條件下雙饋風(fēng)電機組的緊急功率支撐能力。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下：
[0010]一種基于故障暫態(tài)能量的雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制方法，包括如下步驟：
[0011]S101、電網(wǎng)發(fā)生故障后，實時采集雙饋風(fēng)電機組的機端電壓U
pcc
，當機端電壓恢復(fù)至預(yù)設(shè)范圍時，判斷為電網(wǎng)故障切除，啟動緊急功率控制，執(zhí)行步驟S102；
[0012]S102、測量電網(wǎng)故障切除時刻的轉(zhuǎn)速，計算雙饋風(fēng)電機組的故障暫態(tài)能量控制參考值；
[0013]S103、計算電網(wǎng)故障期間雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子積蓄的最大故障暫態(tài)能量；
[0014]S104、根據(jù)雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子積蓄的最大故障暫態(tài)能量以及故障暫態(tài)能量控制參考值，計算雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制的退出時刻；
[0015]S105、將雙饋風(fēng)電機組有功控制參考值設(shè)置為故障暫態(tài)能量控制參考值，持續(xù)至緊急功率控制的退出時刻，再將雙饋風(fēng)電機組有功控制參考值重新設(shè)置為電網(wǎng)發(fā)生故障前的有功控制參考值。
[0016]本專利技術(shù)提供了一種基于故障暫態(tài)能量的雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制方法，充分利用電網(wǎng)故障期間雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子存儲的暫態(tài)能量，對電網(wǎng)故障后的雙饋風(fēng)電機組進行控制，為電力系統(tǒng)提供了平穩(wěn)的緊急功率支撐，加快轉(zhuǎn)速恢復(fù)的同時，緩解了故障切除瞬間的短時功率沖擊，提升了電網(wǎng)故障下雙饋風(fēng)電機組的緊急功率支撐能力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下有益效果：
[0017]1、現(xiàn)有雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制技術(shù)主要通過超速減載控制或槳距角控制實現(xiàn)功率備用控制，但是超速減載控制降低了風(fēng)電機組運行的經(jīng)濟性，且調(diào)節(jié)范圍有限；槳距角控制響應(yīng)時間較慢，并伴隨一定的機械磨損，故障切除后暫態(tài)能量的耗散導(dǎo)致轉(zhuǎn)速和有功功率的恢復(fù)速度變慢。本專利技術(shù)采用與現(xiàn)有技術(shù)不同的原理，利用電網(wǎng)故障期間雙饋風(fēng)電
機組轉(zhuǎn)子存儲的暫態(tài)能量，不僅能夠短時提升雙饋風(fēng)電機組的輸出功率，為電力系統(tǒng)提供支撐，還能夠加快雙饋風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)速恢復(fù)速率，有效緩解電網(wǎng)故障切除瞬間的短時功率沖擊。
[0018]2、現(xiàn)有技術(shù)采用虛擬同步機控制實現(xiàn)雙饋風(fēng)電機組參與系統(tǒng)有功調(diào)節(jié)，但是，由于目標虛擬量的變化，導(dǎo)致雙饋風(fēng)電機組的有功功率改變，難以在電力系統(tǒng)故障后提供平穩(wěn)的緊急功率支撐。本專利技術(shù)在故障切除瞬間修改轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的功率控制參考值并保持恒定，主動釋放故障期間雙饋風(fēng)電機組存儲的暫態(tài)能量，可為電力系統(tǒng)提供一定時間的平穩(wěn)功率支撐。
附圖說明
[0019]為了使專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進一步的詳細描述，其中：
[0020]圖1為本專利技術(shù)實施例中利用暫態(tài)能量的雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制方法的流程圖；
[0021]圖2為本本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于故障暫態(tài)能量的雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制方法，其特征在于，包括如下步驟：S101、電網(wǎng)發(fā)生故障后，實時采集雙饋風(fēng)電機組的機端電壓U
pcc
，當機端電壓恢復(fù)至預(yù)設(shè)范圍時，判斷為電網(wǎng)故障切除，啟動緊急功率控制，執(zhí)行步驟S102；S102、測量電網(wǎng)故障切除時刻的轉(zhuǎn)速，計算雙饋風(fēng)電機組的故障暫態(tài)能量控制參考值；S103、計算電網(wǎng)故障期間雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子積蓄的最大故障暫態(tài)能量；S104、根據(jù)雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子積蓄的最大故障暫態(tài)能量以及故障暫態(tài)能量控制參考值，計算雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制的退出時刻；S105、將雙饋風(fēng)電機組有功控制參考值設(shè)置為故障暫態(tài)能量控制參考值，并持續(xù)至緊急功率控制的退出時刻。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于故障暫態(tài)能量的雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制方法，其特征在于，步驟S102中，雙饋風(fēng)電機組的故障暫態(tài)能量控制參考值按以下方法計算：式中，ρ為空氣密度；R為風(fēng)輪機半徑；C
pmax
為最大風(fēng)能利用系數(shù)；λ
opt
為最優(yōu)葉尖速比；ω
rf_reval
為電網(wǎng)故障切除時刻的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于故障暫態(tài)能量的雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制方法，其特征在于，步驟S103中，電網(wǎng)故障期間雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子積蓄的最大故障暫態(tài)能量按以下方法計算：式中，p為雙饋風(fēng)電機組的極對數(shù)；J為雙饋風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)動慣量；ω
rm
為故障切除后的最大轉(zhuǎn)速；ω0為故障發(fā)生前的轉(zhuǎn)速。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于故障暫態(tài)能量的雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制方法，其特征在于，故障切除后的最大轉(zhuǎn)速ω
rm
按以下步驟確定：S401、記電網(wǎng)故障切除時刻為初始時刻t
(0)
，電網(wǎng)故障切除時刻的轉(zhuǎn)速為初始時刻t
(0)
的近似轉(zhuǎn)速ω
rf(0)
，令k＝1，啟動計算；S402、根據(jù)t
(k
?
1)
時刻的近似轉(zhuǎn)速ω
rf(k
?
1)
，計算t
(k)
時刻的預(yù)估轉(zhuǎn)速S403、根據(jù)t
(k)
時刻的預(yù)估轉(zhuǎn)速計算t
(k)
時刻的近似轉(zhuǎn)速ω
rf(k)
；S404、根據(jù)t
(k)
時刻的近似轉(zhuǎn)速ω
rf(k)
，計算t
(k+1)
時刻的預(yù)估轉(zhuǎn)速S405、根據(jù)t
(k+1)
時刻的預(yù)估轉(zhuǎn)速計算t
(k+1)
時刻的近似轉(zhuǎn)速ω
rf(k+1)
；S406、若t
(k)
時刻的近似轉(zhuǎn)速大于其相鄰前后兩個時刻t
(k
?
1)
和t
(k+1)
的近似轉(zhuǎn)速ω
rf(k
?
1)
和ω
rf(k+1)
時，則令t
(k)
時刻的近似轉(zhuǎn)速ω
rf(k)
為最大轉(zhuǎn)速；否則令k＝k+1，返回步驟S404。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于故障暫態(tài)能量的雙饋風(fēng)電機組緊急功率控制方法，其特征在于，k時刻的預(yù)估轉(zhuǎn)速按以下方法確定：式中，h為采樣間隔；F[t
(k
?
1)
,ω
rf(...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：歐陽金鑫，余建峰，姚駿，
申請(專利權(quán))人：重慶大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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