一種含可控慣性風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)慣性綜合控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，尤其是一種含可控慣性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā) 電系統(tǒng)慣性綜合控制方法，屬于發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在未來(lái)新能源裝機(jī)比重較高的發(fā)電系統(tǒng)中，多電源具備的虛擬慣量將成為維持系 統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的可調(diào)節(jié)參數(shù)，雖然增加了分析電網(wǎng)穩(wěn)定性的難度，但控制方法也會(huì)更為靈活。 以變速風(fēng)電機(jī)組為例，通過(guò)獨(dú)立有功調(diào)節(jié)，機(jī)組即可虛擬出可控的慣性響應(yīng)，有效避免削弱 系統(tǒng)慣性，威脅頻率穩(wěn)定的不利影響。然而，與常規(guī)發(fā)電機(jī)組的固有慣性不同，變速風(fēng)電機(jī) 組可在較寬的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍內(nèi)通過(guò)釋放或吸收轉(zhuǎn)子動(dòng)能，其虛擬慣量的大小靈活可調(diào)，進(jìn) 而會(huì)改變系統(tǒng)的慣量大小及分布，使系統(tǒng)頻率調(diào)整面臨諸多新問(wèn)題。而多機(jī)慣性可控也會(huì) 對(duì)區(qū)域電網(wǎng)間功率振蕩的頻率及衰減特性產(chǎn)生顯著影響。在增加了慣性這一控制參數(shù)后， 如何利用虛擬慣量，改善頻率穩(wěn)定，甚至利用慣性調(diào)節(jié)增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼等動(dòng)態(tài)特性，將是控制 方法能否更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)而提高可控慣性發(fā)電系統(tǒng)安全運(yùn)行水平的又一關(guān)鍵問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種含可控慣性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電系統(tǒng)的慣 性綜合控制方法。
[0004] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[0005] -種含可控慣性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電系統(tǒng)的慣性綜合控制方法，包括以下步 驟：
[0006] 步驟a:判斷所述可控慣性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)的電網(wǎng)頻率是否發(fā)生變化，如果 是，轉(zhuǎn)向步驟b ;如果否，轉(zhuǎn)向步驟a ;
[0007] 步驟b:判斷所述發(fā)電系統(tǒng)中所述可控慣性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)的位置，若處于 送電端，則轉(zhuǎn)向步驟c，否則轉(zhuǎn)向步驟d ;
[0008] 步驟c :調(diào)節(jié)所述可控慣性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率，有功增量△ Pf為：
[0009]
(1)
[0010] 式中，ΤΗ、?；為第一和第二微分控制系數(shù)，且TH>IY>0 ; Af為電網(wǎng)頻率偏差，dAf/ dt為所述電網(wǎng)頻率偏差相對(duì)于時(shí)間t的變化率；
[0011] 步驟d :調(diào)節(jié)所述可控慣性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率，有功增量Δ :
[0012]
(2)
[0013] 式中，Tw為第三微分控制系數(shù)。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：
[0015] 與傳統(tǒng)慣性控制相比，本發(fā)明策略能夠根據(jù)可控慣性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處區(qū)域的地 理位置，采用相應(yīng)的慣性調(diào)節(jié)方法，使其同時(shí)具備參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)和增加系統(tǒng)阻尼兩種 控制功能，消除了傳統(tǒng)虛擬慣性控制在調(diào)頻時(shí)引入負(fù)阻尼的不利影響。在此控制策略下，互 聯(lián)電網(wǎng)可借助可控慣性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組靈活改變其所在子區(qū)域系統(tǒng)的慣量大小，增強(qiáng)慣性支 撐和阻尼功率振蕩的能力，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]
[0017] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018] 圖1是本發(fā)明的流程圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中含風(fēng)電場(chǎng)的四機(jī)兩區(qū)域系統(tǒng)仿真拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中風(fēng)力發(fā)電機(jī)虛擬慣性控制結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中四機(jī)兩區(qū)域系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)比曲線；
[0022] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1中四機(jī)兩區(qū)域系統(tǒng)功率動(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)比曲線；
[0023] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例1中含可控慣性兩區(qū)域發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例1中含可控慣性兩區(qū)域發(fā)電系統(tǒng)等效電路圖；
[0025] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例1中兩區(qū)域發(fā)電系統(tǒng)無(wú)阻尼時(shí)Δ f的振蕩特性；
[0026] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例2中四機(jī)兩區(qū)域系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)比曲線；
[0027] 圖10是本發(fā)明實(shí)施例2中四機(jī)兩區(qū)域系統(tǒng)功率動(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)比曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 實(shí)施例1 :
[0029] 如圖2所示，本實(shí)施例采用IEEE四機(jī)兩區(qū)域系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含4個(gè)火電廠，額定容 量均為900MWA，以及1個(gè)容量為250臺(tái)X2麗的雙饋風(fēng)電場(chǎng)。其中，火電廠成區(qū)域 1，為送電端；G 3、G，j構(gòu)成區(qū)域2,為受電端。L JP L2分別為區(qū)域1和區(qū)域2的負(fù)荷。在本 文實(shí)施例1中，風(fēng)電場(chǎng)DFIG經(jīng)母線仏并入?yún)^(qū)域1 ;而在實(shí)施例2中，將區(qū)域1中風(fēng)電場(chǎng)DFIG 改由母線B11并入?yún)^(qū)域2,如圖中虛線所示。其中，風(fēng)電場(chǎng)由雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組（doubly fed induction generator, DFIG)組成，其虛擬慣性控制結(jié)構(gòu)如圖3所示。仿真中設(shè)定風(fēng)速為 llm/s，通過(guò)設(shè)置以下兩種控制方案，說(shuō)明本發(fā)明可以使慣量可控發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)靈活的慣性 調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)慣性支撐和阻尼功率振蕩的能力。
[0030] 方案①：無(wú)慣性控制；
[0031] 方案②：第一微分控制系數(shù)Th= 20,第二微分控制系數(shù)?\= 4。
[0032] 如圖4所示，負(fù)載1^在2. Os時(shí)刻突增200麗使系統(tǒng)頻率出現(xiàn)大幅度跌落。無(wú)附 加慣性控制時(shí)，負(fù)荷突增后，系統(tǒng)頻率出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)；采用本實(shí)施例后，可控慣性風(fēng)電 機(jī)組通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)虛擬慣性的大小，使系統(tǒng)頻率跌落的幅度及變化率均得到顯著減小，頻 率最大偏差由〇. 2Hz減小至0. 13Hz。
[0033] 如圖5所示，母線88在2. Os時(shí)刻，發(fā)生持續(xù)時(shí)間為0.1 s的三相短路故障。無(wú)附 加慣性控制時(shí)，短路故障引起了系統(tǒng)持續(xù)性功率振蕩；采用本實(shí)施例后，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)送電 端發(fā)電系統(tǒng)的慣性，有效增強(qiáng)了系統(tǒng)阻尼功率振蕩的能力。如圖所示，故障發(fā)生后互聯(lián)系統(tǒng) 的功率振蕩僅持續(xù)約IOs即恢復(fù)至穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
[0034] 本實(shí)施例原理分析如下：
[0035] 將IEEE四機(jī)兩區(qū)域系統(tǒng)內(nèi)各區(qū)域可控慣性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與常規(guī)發(fā)電機(jī)組各自等 效為兩臺(tái)同步發(fā)電機(jī)組匕、心，則兩區(qū)域可控慣性發(fā)電系統(tǒng)及其等效電路如圖6和圖7所示， 圖中同步發(fā)電機(jī)G 1位于送電端，G2位于受電端，其等效慣性時(shí)間常數(shù)分別為Tt^ Tti2。該系 統(tǒng)將兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)常規(guī)機(jī)組與風(fēng)電機(jī)群按照各自慣性中心進(jìn)行等效，適用于定性分析互 聯(lián)系統(tǒng)區(qū)域間的功率振蕩特性。
[0036] 如圖7所示，ZJP Z 2分別為發(fā)電機(jī)G i、G2到母線B 4的阻抗，Z ^為負(fù)荷阻抗。設(shè)發(fā) 電機(jī)G2的暫態(tài)電勢(shì)E /、E2'恒定，則其轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為
[0037]
(3)
[0038] 式中，k為等效同步發(fā)電機(jī)組編號(hào)，取值為1或2 ;Ptt、PTk、Dk、δ k、cok、ω。分別為 第k等效同步發(fā)電機(jī)組的電磁功率、機(jī)械功率、阻尼系數(shù)、功角、角速度及額定角速度。
[0039] 將圖7所示星形網(wǎng)絡(luò)變