CN109038620A - 一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法及装置，方法包括：检测电力系统的电网频率和电网电压，判断电网频率是否越过频率死区，判断电网电压是否越过电压死区；若电网频率越过频率死区且电网电压越过电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节电网频率，通过风电机组无功功率控制调节电网电压；若电网频率越过频率死区，电网电压未越过电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节电网频率，并进行风电机组无功功率阻尼控制；若电网频率未越过频率死区，电网电压越过电压死区，则通过风电机组无功功率控制调节电网电压，并进行风电机组有功功率阻尼控制。本申请公开的上述技术方案，可以提高电力系统频率和电压的稳定性。

Description

一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法及装置。

背景技术

由双馈发电机构成的双馈风电机组是目前发展最成熟、应用最广泛的风力发电机组。

随着风电机组装机容量的不断增加，电力系统风电接入比例也在不断地增大。但是，当双馈风电机组(简称风电机组)接入弱电网时，风能的波动性和不确定性会导致风电机组出力的波动性，再加上风电机组本身与常规发电机组有许多不同的运行特性和控制方法，使得风电机组在接入弱电网之后会对电力系统的频率和电压带来一定的冲击，从而会加剧弱电网条件下电力系统频率和电压的不稳定性。

综上所述，如何减少风电机组出力波动对电力系统频率和电压所带来的冲击，以提高弱电网条件下电力系统频率和电压的稳定性，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法及装置，以减少风电机组出力波动对电力系统频率和电压所带来的冲击，从而提高弱电网条件下电力系统频率和电压的稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，包括：

检测电力系统的电网频率和电网电压，判断所述电网频率是否越过频率死区，并判断所述电网电压是否越过电压死区；

若所述电网频率越过所述频率死区且所述电网电压越过所述电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节所述电网频率，并通过风电机组无功功率控制调节所述电网电压；

若所述电网频率越过所述频率死区，所述电网电压未越过所述电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节所述电网频率，并进行风电机组无功功率阻尼控制；

若所述电网频率未越过所述频率死区，所述电网电压越过所述电压死区，则通过风电机组无功功率控制调节所述电网电压，并进行风电机组有功功率阻尼控制。

优选的，通过风电机组有功功率控制调节所述电网频率，包括：

利用风电机组转子中储存的动能进行功率支撑。

优选的，利用风电机组转子中储存的动能进行功率支撑，包括：

当风电机组转子转速变化与电网频率变化不同时，功率支撑量为：

其中，ΔP为功率支撑量，P_ref为目标控制功率，P^*为风电机组实时输出有功功率，J_c为风电机组固有转动惯量，w_r0为风电机组角速度初始值，w_r为风电机组角速度值，w_e为电力系统频率对应的角速度，J_v为风电机组虚拟转动惯量，λ为惯量比例系数，

优选的，在通过风电机组无功功率控制调节所述电网电压时，还包括：

结合对风电机组出口端电压标幺值U_w、风电机组无功功率Q_w所设定的约束条件，采用下垂控制调节所述电网电压；

其中，所述约束条件为：Q_{w_min}为风电机组最小无功功率，Q_{w_max}为风电机组最大无功功率，U_{w_min}为风电机组出口端最小电压标幺值，U_{w_max}为风电机组出口端最大电压标幺值。

优选的，在进行风电机组无功功率阻尼控制时，根据电力系统中同步发电机的运动方程计算得到所述同步发电机的小扰动方程为：

其中，H_G1为同步发电机的惯性时间常数，P_G1为同步发电机的电磁功率，D为阻尼系数，ω_s为同步发电机的电角速度，w_e为电力系统频率对应的角速度，p为微分因子，E'为同步发电机的q轴暂态电势，U_G0为U_G的初始值，U_G为风电场接入点电压，θ₀为θ的初始值，θ为E'与U_G之间的相角差，δ₀为δ的初始值，δ为E'与U之间的相角，U为电网电压，x₁为风电机组未接入段对应的线路电抗参数，k_Q为无功阻尼系数， x₂为风电机组接入段对应的线路电抗参数。

优选的，所述进行风电机组无功功率阻尼控制，包括：

根据电网频率偏差向电力系统注入无功功率，其中，所注入的无功功率增量为：ΔQ_g＝-k_Q*2πΔf，其中，ΔQ_g为所注入的无功功率增量，Δf为电网频率偏差。

优选的，在进行风电机组无功功率阻尼控制时，还包括：

对无功功率进行约束，对应的约束条件为：

其中，I_rmin为风电机组转子侧变流器最小电流值，I_rmax为风电机组转子侧变流器最大电流值，i_rq为风电机组转子侧变流器无功功率电流分量，i_rd为风电机组转子侧有功功率电流分量。

优选的，在进行风电机组有功功率阻尼控制时，根据电力系统中同步发电机的运动方程计算得到所述同步发电机的小扰动方程为：

其中，H_G1为同步发电机的惯性时间常数，P_G1为同步发电机的电磁功率，D为阻尼系数，ω_s为同步发电机的电角速度，w_e为电力系统频率对应的角速度，p为微分因子，E'为同步发电机的q轴暂态电势，U_G0为U_G的初始值，U_G为风电场接入点电压，θ₀为θ的初始值，θ为E'与U_G之间的相角差，δ₀为δ的初始值，δ为E'与U之间的相角，U为电网电压，x₁为风电机组未接入段对应的线路电抗参数，k_P为有功阻尼系数，x₂为风电机组接入段对应的线路电抗参数。

优选的，所述进行风电机组有功功率阻尼控制，包括

根据电网频率偏差向电力系统注入有功功率，其中，所注入的有功功率增量为：ΔP_w＝-k_P*2πΔf，其中，ΔP_w为所注入的有功功率增量，Δf为电网频率偏差。

一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制装置，包括：

判断模块，用于：检测电力系统的电网频率和电网电压，判断所述电网频率是否越过频率死区，并判断所述电网电压是否越过电压死区；

第一调节模块，用于：若所述电网频率越过所述频率死区且所述电网电压越过所述电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节所述电网频率，并通过风电机组无功功率控制调节所述电网电压；

第二调节模块，用于：若所述电网频率越过所述频率死区，所述电网电压未越过所述电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节所述电网频率，并进行风电机组无功功率阻尼控制；

第三调节模块，用于：若所述电网频率未越过所述频率死区，所述电网电压越过所述电压死区，则通过风电机组无功功率控制调节所述电网电压，并进行风电机组有功功率阻尼控制。

本发明提供了一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法及装置，其中该方法包括：检测电力系统的电网频率和电网电压，判断电网频率是否越过频率死区，并判断电网电压是否越过电压死区；若电网频率越过频率死区且电网电压越过电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节电网频率，并通过风电机组无功功率控制调节电网电压；若电网频率越过频率死区，电网电压未越过电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节电网频率，并进行风电机组无功功率阻尼控制；若电网频率未越过频率死区，电网电压越过电压死区，则通过风电机组无功功率控制调节电网电压，并进行风电机组有功功率阻尼控制。

本申请公开的上述技术方案，在电网频率和电网电压均越过对应的死区时，分别通过风电机组有功功率控制调节电网频率、无功功率控制调节电网电压，以提高电力系统频率和电压的稳定性；在电网电压处于稳定但电网频率越过对应的死区时，通过有功功率控制调节电网频率，并在有功功率调频期间，进行风电机组无功功率阻尼控制，以抑制调频期间的功率振荡，从而避免弱电网的二次冲击，以保持电网频率的稳定性；在电网频率处于稳定但电网电压越过对应的死区时，通过无功功率控制调节电网电压，并在无功功率调压期间，进行有功功率阻尼控制，以抑制调压期间的功率振荡，从而避免弱电网的二次冲击，以保持电网电压的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的风电机组有功功率调频的控制框图；

图3为本发明实施例提供的风电机组无功功率调压的控制框图；

图4为本发明实施例提供的风电机组并网等值电路图；

图5为本发明实施例提供的风电机组有功功率调频控制及无功功率阻尼控制框图；

图6为本发明实施例提供的风电机组无功功率调压控制及有功功率阻尼控制框图；

图7为本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法的流程图，需要说明的是，本发明实施例提供的技术方案的执行主体可以为对应的本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制装置，并且该装置可以设置在风电机组中。因此，本发明实施例提供的上述技术方案的执行主体也可以为上述风电机组，本申请实施例中均以执行主体为风电机组进行说明。本发明实施例提供的上述方法可以包括：

S11：检测电力系统的电网频率和电网电压，判断电网频率是否越过频率死区，并判断电网电压是否越过电压死区。

快速且高精度地检测风电机组出口的电压值和电流值，并计算电力系统的电网频率(高精度)和电网电压(高精度)、以及风电机组实时有功功率和风电机组实时无功功率。

判断电网频率是否越过所设置的频率死区，并判断电网电压是否越过所设置的电压死区，即判断风电机组是否进入调频模式和调压模式，以便于根据判断情况做出相应的控制。其中，死区即为当电网频率、电网电压处于一定的偏差范围内时，不对其进行调整和控制。

S12：若电网频率越过频率死区且电网电压越过电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节电网频率，并通过风电机组无功功率控制调节电网电压。

若判断出电网频率越过对应的频率死区，并且电网电压越过对应的电压死区，则表明电网频率和电网电压均处于非稳定状态，因此，则可以通过风电机组有功功率控制参与电力系统调频，以调节电网频率，并通过风电机组无功功率控制调节电网电压，以使电网频率和电网电压可以处于稳定状态，从而提高弱电网频率和电压的稳定性。

其中，在进行调频和调压时，风电机组有功功率和无功功率解耦控制、相互独立。

S13：若电网频率越过频率死区，电网电压未越过电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节电网频率，并进行风电机组无功功率阻尼控制。

若判断出电网频率越过对应的频率死区，但电网电压未越过对应的电压死区，则无需对电网电压进行调节，但需要对电网频率进行调节，以保证电网频率的稳定性，因此，则可以通过风电机组有功功率控制调节电网频率。

在调频期间，考虑到弱电网的弱特性，以及风电机组有功功率和无功功率独立调节能力，则同时采用风电机组无功功率阻尼控制抑制调频期间的功率振荡，避免弱电网的二次冲击，从而保持电网频率的稳定性。

S14：若电网频率未越过频率死区，电网电压越过电压死区，则通过风电机组无功功率控制调节电网电压，并进行风电机组有功功率阻尼控制。

若判断出电网电压越过对应的电压死区，但电网频率未越过对应的频率死区，则无需对电网频率进行调节，但需要对电网电压进行调节，以保证电网电压的稳定性，因此，则可以通过风电机组无功功率控制调节电网电压。

在调压期间，考虑到弱电网的弱特性，以及风电机组有功功率和无功功率独立调节能力，则同时采用风电机组有功功率阻尼控制抑制调压期间的功率振荡，避免弱电网的二次冲击，从而保持电网电压的稳定性。

本申请公开的上述技术方案，在电网频率和电网电压均越过对应的死区时，分别通过风电机组有功功率控制调节电网频率、无功功率控制调节电网电压，以提高电力系统频率和电压的稳定性；在电网电压处于稳定但电网频率越过对应的死区时，通过有功功率控制调节电网频率，并在有功功率调频期间，进行风电机组无功功率阻尼控制，以抑制调频期间的功率振荡，从而避免弱电网的二次冲击，以保持电网频率的稳定性；在电网频率处于稳定但电网电压越过对应的死区时，通过无功功率控制调节电网电压，并在无功功率调压期间，进行有功功率阻尼控制，以抑制调压期间的功率振荡，从而避免弱电网的二次冲击，以保持电网电压的稳定性。

本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，通过风电机组有功功率控制调节电网频率，可以包括：

利用风电机组转子中储存的动能进行功率支撑。

当电网频率越过频率死区时，即风电机组进入调频模式时，则风电机组利用转子中储存的功能进行快速功率支撑，以通过风电机组有功功率调节来对风电机组转速进行控制，从而释放或储存风电机组的旋转动能，以参与电力系统调频。

本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，利用风电机组转子中储存的动能进行功率支撑，可以包括：

当风电机组转子转速变化与电网频率变化不同时，功率支撑量为：

其中，ΔP为功率支撑量，P_ref为目标控制功率，P^*为风电机组实时输出有功功率，J_c为风电机组固有转动惯量，w_r0为风电机组角速度初始值，w_r为风电机组角速度值，w_e为电力系统频率对应的角速度，J_v为风电机组虚拟转动惯量，λ为惯量比例系数，

当通过风电机组有功功率调节来对风电机组转速进行控制时，若风电机组转子转速变化不同于电网频率变化时，则风电机组功率支撑量为：

其中，ΔP为功率支撑量，P_ref为目标控制功率，P^*为风电机组实时输出有功功率，J_c为风电机组固有转动惯量，w_r0为风电机组角速度初始值，w_r为风电机组角速度值，w_e为电力系统频率对应的角速度，w_e＝2πf，J_v为风电机组虚拟转动惯量，λ为惯量比例系数，

具体可以参见图2，其示出了本发明实施例提供的风电机组有功功率调频的控制框图，其中，Wind表示风速，最大功率追踪曲线的作用是实现最大功率跟踪，斜率限制器的作用是对功率进行限制，以得到风电机组有功功率。有功功率调频控制环中低通滤波器的作用是使得附加的惯性控制对电网频率偏差只有暂时性的动态响应，其中，附加的惯性控制是通过在原有的功率控制环上增加功率实现的；死区的作用是使得附加外环(即有功功率调频控制环)消除对较小频率波动的反应，避免频繁动作而对风电机组造成伤害；K_d的作用是进行比例放大，并附加在风电机组原有功率值上，以迅速改变风电机组输出功率，抑制频率过快变化；斜率限制器的作用则是避免风电机组输出功率的过快变化，防止风电机组不安全运行；T_dp为目标控制转矩。限幅控制的作用是对功率幅值进行限制，以使风电机组实时输出有功功率P^*与功率支撑量ΔP之和功率等于目标控制功率P_ref。

本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，在通过风电机组无功功率控制调节电网电压时，还可以包括：

结合对风电机组出口端电压标幺值U_w、风电机组无功功率Q_w所设定的约束条件，采用下垂控制调节电网电压；

其中，约束条件为：Q_{w_min}为风电机组最小无功功率，Q_{w_max}为风电机组最大无功功率，U_{w_min}为风电机组出口端最小电压标幺值，U_{w_max}为风电机组出口端最大电压标幺值。

当电网电压越过电压死区时，即风电机组进入调压模式时，则风电机组通过无功功率控制调节电网电压，并且无功调压采用下垂控制调节电网电压。

在风电机组进行无功调压时，需要充分考虑风电机组出口端电压幅值的上下限约束、以及风电机组无功功率出力约束，其约束条件具体为：

其中，Q_{w_min}为风电机组最小无功功率，Q_{w_max}为风电机组最大无功功率，U_{w_min}为风电机组出口端最小电压标幺值，U_{w_max}为风电机组出口端最大电压标幺值，U_{w_min}一般为0.9，U_{w_max}一般为1.1。

具体可以参见图3，其示出了本发明实施例提供的风电机组无功功率调压的控制框图，其中，ΔU是电网电压与额定电网电压的偏差；高通滤波器的作用是使附加的无功控制对低次电压偏差不响应；死区的作用是使附加外环(即无功功率控制环)消除对较小电压波动的反应，避免频繁动作而对风电机组造成伤害；K_d的作用是进行比例放大，并附加在风电机组原有无功功率值上，以迅速改变风电机组输出无功功率，抑制电压变化；斜率限制器的作用是避免风电机组输出无功功率的过快变化，防止风电机组过流导致器件损坏；Q_ref表示无功功率给定值；变流器则用于为发电机转子提供交流励磁或将转子能量送入电网、以及实现发电机定子绕组并网控制等功能。

在测得电网电压与额定电网电压的偏差ΔU之后，根据电网电压与额定电网电压的偏差ΔU来对风电机组输出的无功功率进行控制。吸收无功功率，使电网电压下降，或者释放无功功率，使电网电压上升，从而对电网电压进行调节。

本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，在进行风电机组无功功率阻尼控制时，根据电力系统中同步发电机的运动方程计算得到同步发电机的小扰动方程为：

其中，H_G1为同步发电机的惯性时间常数，P_G1为同步发电机的电磁功率，D为阻尼系数，ω_s为同步发电机的电角速度，w_e为电力系统频率对应的角速度，p为微分因子，E'为同步发电机的q轴暂态电势，U_G0为U_G的初始值，U_G为风电场接入点电压，θ₀为θ的初始值，θ为E'与U_G之间的相角差，δ₀为δ的初始值，δ为E'与U之间的相角，U为电网电压，x₁为风电机组未接入段对应的线路电抗参数，k_Q为无功阻尼系数， x₂为风电机组接入段对应的线路电抗参数。

若风电机组进入调频模式，但未进入调压模式，则在风电机组进行调频期间，同时进行无功功率阻尼控制。参见图4，其示出了本发明实施例提供的风电机组并网等值电路图，其中，E'为同步发电机的q轴暂态电势，δ为E'与U之间的相角，U为电网电压，P_G为同步发电机G1的有功功率(即为同步发电机的电磁功率P_G1)，x₁为风电机组未接入段对应的线路电抗参数，U_G为风电场接入点电压，θ为E'与U_G之间的相角差，x₂为风电机组接入段对应的线路电抗参数，P_Σ为同步发电机G1和风电机组送入电网的总功率，P_w为风电机组有功功率，Q_w为风电机组无功功率。

根据同步发电机G1的运动方程可以得到无功阻尼系数k_Q与电力系统阻尼之间的关系，其推导过程具体为：

根据同步发电机G1的运动方程：(将其标记为式(1))和(将其标记为式(2))，其中，H_G1为同步发电机G1的惯性时间常数，D为阻尼系数，ω_s为同步发电机G1的电角速度。

可知式(1)和式(2)的小扰动方程为：H_G1p²Δδ+DpΔδ+ΔP_G1＝0(将其标记为式(3))，其中，ΔP_G1为同步发电机G1有功功率变化量，p为微分因子。

同步发电机G1的有功功率和无功功率输出分别为：(将其标记为式(4))、(将其标记为式(5))。

式(4)的小扰动方程为：(将其标记为式(6))，其中，U_G0为U_G的初始值，θ₀为θ的初始值。

式(5)的小扰动方程为：(将其标记为式(7))，其中，ΔQ₀是由θ角摆动决定的，ΔQ_v是由U_G的摆动决定的。

风电机组向弱电网注入的无功功率为ΔQ_v，那么无功功率增量为：ΔQ_g＝ΔQ_v＝-k_QpΔδ＝-k_Q*2πΔf(将其标记为式(8))，则可知(将其标记为式(9))。

由功率平衡关系可得：(将其标记为式(10))，其中，δ₀为δ的初始值。

根据式(6)和式(10)可得：Δθ＝a₀Δδ+a₁ΔU_Gf(将其标记为式(11))，其中，δ₀为δ的初始值。

根据式(6)、式(8)、式(11)可得：(将其标记为式(12))，其中，

根据式(3)和式(12)可得同步发电机G1的小扰动方程为：(将其标记为式(13))。

由式(13)可知，当无功阻尼系数k_Q＞0时，电力系统的阻尼会增加。因此，在调频期间，风电机组向弱电网注入无功功率可以抑制功角振荡，增加电力系统的阻尼，保证电网频率的稳定性。

本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，进行风电机组无功功率阻尼控制，可以包括：

根据电网频率偏差向电力系统注入无功功率，其中，所注入的无功功率增量为：ΔQ_g＝-k_Q*2πΔf，其中，ΔQ_g为所注入的无功功率增量，Δf为电网频率偏差。

在通过风电机组有功功率控制调节电网频率期间，风电机组可以根据电网频率偏差向电力系统注入无功功率，以进行无功阻尼控制，其向弱电网所注入的无功功率增量为：ΔQ_g＝-k_Q*2πΔf(将其标记为式(14))，其中，ΔQ_g为所注入的无功功率增量，Δf为电网频率偏差。

具体可以参见图5，其示出了本发明实施例提供的风电机组有功功率调频控制及无功功率阻尼控制框图，其中，u为风电机组出口的电网电压(即为风电机组并网点电网电压)，i为风电机组输出的电流、P为风电机组输出的有功功率、Q为风电机组输出的无功功率，有功调频控制的具体过程可以参见上述对应部分的描述。无功功率阻尼控制环中隔直环节的作用是实现风电机组在弱电网故障时参与调节，避免风电机组在弱电网稳态时参与调节；比例环节(即-k_Q*2πΔf)的作用是经过比例放大，附加在风电机组原有无功功率值上，迅速改变风电机组输出无功功率，实现有效的无功阻尼；限幅控制的作用是避免风电机组输出有功功率/无功功率过大，防止对风电机组带来危害。

本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，在进行风电机组无功功率阻尼控制时，还可以包括：

对无功功率进行约束，对应的约束条件为：

其中，I_rmin为风电机组转子侧变流器最小电流值，I_rmax为风电机组转子侧变流器最大电流值，i_rq为风电机组转子侧变流器无功功率电流分量，i_rd为风电机组转子侧有功功率电流分量。

在进行风电机组无功功率阻尼控制时，风电机组的无功功率极限受到风电机组转子侧变流器最大电流的限制，其运行范围(即对应的约束条件)具体为：其中，I_rmin为风电机组转子侧变流器最小电流值，I_rmax为风电机组转子侧变流器最大电流值，i_rq为风电机组转子侧变流器无功功率电流分量，i_rd为风电机组转子侧有功功率电流分量。

本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，在进行风电机组有功功率阻尼控制时，根据电力系统中同步发电机的运动方程计算得到同步发电机的小扰动方程为：

其中，H_G1为同步发电机的惯性时间常数，P_G1为同步发电机的电磁功率，D为阻尼系数，ω_s为同步发电机的电角速度，w_e为电力系统频率对应的角速度，p为微分因子，E'为同步发电机的q轴暂态电势，U_G0为U_G的初始值，U_G为风电场接入点电压，θ₀为θ的初始值，θ为E'与U_G之间的相角差，δ₀为δ的初始值，δ为E'与U之间的相角，U为电网电压，x₁为风电机组未接入段对应的线路电抗参数，k_P为有功阻尼系数，x₂为风电机组接入段对应的线路电抗参数。

若风电机组进入调压模式，但未进入调频模式，则在风电机组进行调压期间，同时进行有功功率阻尼控制。

根据同步发电机G1的运动方程可以得到有功阻尼系数k_P与电力系统阻尼之间的关系，其推导过程具体为：

在调压期间，由于电网电压可以稳定在额定值，因此，为了简化分析，则可以假定电网电压恒定，相应地，则式(4)的小扰动方程即为：(将其标记为式(15))，(将其标记为式(16))，ΔP_w＝-k_PpΔδ＝-k_PΔω_s＝-k_P*2πΔf(将其标记为式(17))。

根据式(4)、式(15)、式(16)，可得：(将其标记为式(18))。

根据式(4)和式(17)可知同步发电机G1的小扰动方程为：

(将其标记为式(19))。

由式(19)可知，当有功阻尼系数k_P＞0时，电力系统的阻尼会增加，从而可以抑制调压期间的功率振荡，保证电网电压的稳定性。

本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，进行风电机组有功功率阻尼控制，可以包括

根据电网频率偏差向电力系统注入有功功率，其中，所注入的有功功率增量为ΔP_w＝-k_P*2πΔf，其中，ΔP_w为所注入的有功功率增量，Δf为电网频率偏差。

在通过风电机组无功功率控制调节电网电压期间，风电机组可以根据同步发电机的电角速度偏差向电力系统注入有功功率，以进行有功阻尼控制，其向弱电网所注入的有功功率增量为：ΔP_w＝-k_P*2πΔf，其中，ΔP_w为所注入的有功功率增量，Δf为电网频率偏差。

具体可以参见图6，其示出了本发明实施例提供的风电机组无功功率调压控制及有功功率阻尼控制框图，其中，为风电机组无功控制的无功电流，其余相关参数的具体含义可以参见上述说明，并且风电机组无功调压控制的具体过程可以参见上述对应部分的描述。有功功率阻尼控制环中隔直环节的作用是实现风电机组在弱电网故障时参与调节，避免风电机组在弱电网稳态时参与调节；比例环节(即-k_P*2πΔf)的作用是经过比例放大，附加在风电机组原有有功功率值上，迅速改变风电机组输出有功功率，实现有效的有功阻尼；限幅控制的作用是避免风电机组输出有功功率/无功功率过大，防止对风电机组带来危害。

本发明实施例还提供了一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制装置，请参见图7，其示出了本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制装置的结构示意图，可以包括：

判断模块11，用于：检测电力系统的电网频率和电网电压，判断电网频率是否越过频率死区，并判断电网电压是否越过电压死区；

第一调节模块12，用于：若电网频率越过频率死区且电网电压越过电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节电网频率，并通过风电机组无功功率控制调节电网电压；

第二调节模块13，用于：若电网频率越过频率死区，电网电压未越过电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节电网频率，并进行风电机组无功功率阻尼控制；

第三调节模块14，用于：若电网频率未越过频率死区，电网电压越过电压死区，则通过风电机组无功功率控制调节电网电压，并进行风电机组有功功率阻尼控制。

本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制装置中相关部分的说明请参见本发明实施例提供的一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法中对应部分的详细说明，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本发明实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，其特征在于，包括：

检测电力系统的电网频率和电网电压，判断所述电网频率是否越过频率死区，并判断所述电网电压是否越过电压死区；

若所述电网频率越过所述频率死区且所述电网电压越过所述电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节所述电网频率，并通过风电机组无功功率控制调节所述电网电压；

若所述电网频率越过所述频率死区，所述电网电压未越过所述电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节所述电网频率，并进行风电机组无功功率阻尼控制；

若所述电网频率未越过所述频率死区，所述电网电压越过所述电压死区，则通过风电机组无功功率控制调节所述电网电压，并进行风电机组有功功率阻尼控制。

2.根据权利要求1所述的弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，其特征在于，通过风电机组有功功率控制调节所述电网频率，包括：

利用风电机组转子中储存的动能进行功率支撑。

3.根据权利要求2所述的弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，其特征在于，利用风电机组转子中储存的动能进行功率支撑，包括：

当风电机组转子转速变化与电网频率变化不同时，功率支撑量为：

其中，ΔP为功率支撑量，P_ref为目标控制功率，P^*为风电机组实时输出有功功率，J_c为风电机组固有转动惯量，w_r0为风电机组角速度初始值，w_r为风电机组角速度值，w_e为电力系统频率对应的角速度，J_v为风电机组虚拟转动惯量，λ为惯量比例系数，

4.根据权利要求1所述的弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，在通过风电机组无功功率控制调节所述电网电压时，还包括：

结合对风电机组出口端电压标幺值U_w、风电机组无功功率Q_w所设定的约束条件，采用下垂控制调节所述电网电压；

其中，所述约束条件为：Q_{w_min}为风电机组最小无功功率，Q_{w_max}为风电机组最大无功功率，U_{w_min}为风电机组出口端最小电压标幺值，U_{w_max}为风电机组出口端最大电压标幺值。

5.根据权利要求1所述的弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，其特征在于，在进行风电机组无功功率阻尼控制时，根据电力系统中同步发电机的运动方程计算得到所述同步发电机的小扰动方程为：

其中，H_G1为同步发电机的惯性时间常数，P_G1为同步发电机的电磁功率，D为阻尼系数，ω_s为同步发电机的电角速度，w_e为电力系统频率对应的角速度，p为微分因子，E'为同步发电机的q轴暂态电势，U_G0为U_G的初始值，U_G为风电场接入点电压，θ₀为θ的初始值，θ为E'与U_G之间的相角差，δ₀为δ的初始值，δ为E'与U之间的相角，U为电网电压，x₁为风电机组未接入段对应的线路电抗参数，k_Q为无功阻尼系数， x₂为风电机组接入段对应的线路电抗参数。

6.根据权利要求5所述的弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，其特征在于，所述进行风电机组无功功率阻尼控制，包括：

根据电网频率偏差向电力系统注入无功功率，其中，所注入的无功功率增量为：ΔQ_g＝-k_Q*2πΔf，其中，ΔQ_g为所注入的无功功率增量，Δf为电网频率偏差。

7.根据权利要求6所述的弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，其特征在于，在进行风电机组无功功率阻尼控制时，还包括：

对无功功率进行约束，对应的约束条件为：

其中，I_rmin为风电机组转子侧变流器最小电流值，I_rmax为风电机组转子侧变流器最大电流值，i_rq为风电机组转子侧变流器无功功率电流分量，i_rd为风电机组转子侧有功功率电流分量。

8.根据权利要求1所述的弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，其特征在于，在进行风电机组有功功率阻尼控制时，根据电力系统中同步发电机的运动方程计算得到所述同步发电机的小扰动方程为：

其中，H_G1为同步发电机的惯性时间常数，P_G1为同步发电机的电磁功率，D为阻尼系数，ω_s为同步发电机的电角速度，w_e为电力系统频率对应的角速度，p为微分因子，E'为同步发电机的q轴暂态电势，U_G0为U_G的初始值，U_G为风电场接入点电压，θ₀为θ的初始值，θ为E'与U_G之间的相角差，δ₀为δ的初始值，δ为E'与U之间的相角，U为电网电压，x₁为风电机组未接入段对应的线路电抗参数，k_P为有功阻尼系数，x₂为风电机组接入段对应的线路电抗参数。

9.根据权利要求8所述的弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制方法，其特征在于，所述进行风电机组有功功率阻尼控制，包括

根据电网频率偏差向电力系统注入有功功率，其中，所注入的有功功率增量为：ΔP_w＝-k_P*2πΔf，其中，ΔP_w为所注入的有功功率增量，Δf为电网频率偏差。

10.一种弱电网条件下双馈风电机组调频及调压协调控制装置，其特征在于，包括：

判断模块，用于：检测电力系统的电网频率和电网电压，判断所述电网频率是否越过频率死区，并判断所述电网电压是否越过电压死区；

第一调节模块，用于：若所述电网频率越过所述频率死区且所述电网电压越过所述电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节所述电网频率，并通过风电机组无功功率控制调节所述电网电压；

第二调节模块，用于：若所述电网频率越过所述频率死区，所述电网电压未越过所述电压死区，则通过风电机组有功功率控制调节所述电网频率，并进行风电机组无功功率阻尼控制；

第三调节模块，用于：若所述电网频率未越过所述频率死区，所述电网电压越过所述电压死区，则通过风电机组无功功率控制调节所述电网电压，并进行风电机组有功功率阻尼控制。