CN109103937B - 大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法及系统，包括：周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)；实时判断电网频率是否在正常运行频率范围内，若否，则进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；若是，则退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至变速控制模式。可见，本申请实现了风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间解耦；且使二者模式可实现光滑切换，实现了风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间的协调配合。

Description

大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法及系统
技术领域
本发明涉及大型风电机组控制领域，特别是涉及一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法及系统。
背景技术
目前，我国是全球风电规模最大、发展最快的国家，截至2016年底，我国新增风电装机容量2337万千瓦，累计装机达16873万千瓦，均为世界第一。预计到“十三五”末，全国风电装机将突破21000万千瓦。但是，随着局部电网风电渗透率不断增大，风能的波动性、随机性及风电特有运行特性已严重影响到电力系统的安全稳定运行。
大型风电机组通常都通过变流器实现并网控制，这种控制方式对系统频率变化不做任何响应。因此，大型风电机组通常都不具备类似传统同步发电机的调频能力。随着风电渗透率不断增大，要求风电机组具备类似传统同步发电机的调频能力的需求也越来越迫切。现有技术中，大型风电机组的风轮惯量比较大，在电网频率发生波动时，采用虚拟惯量控制技术调节风轮转速，以实现风轮惯性能量的短时释放或吸收，可实现类似传统同步发电机的调频能力，甚至可以实现更好的调频效果。此外，大型风电机组通常采用变速变桨控制，在额定风速以下时，通过控制风轮转速以实现最大风能捕获。可见，如何解决大型风电机组虚拟惯量控制与实现最大风能捕获功能的变速控制之间的协调配合问题，是实现大型风电机组虚拟惯量控制的最核心技术难题。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法及系统，实现了大型风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间解耦；并且，本申请在虚拟惯量控制环的基础上加入转速优化控制环，使二者模式可实现光滑切换，实现了大型风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间的协调配合。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，包括：
周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的所述风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)，其中，n为正整数；
实时判断所述电网频率是否在预设正常运行频率范围内，若否，则进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；
若是，则退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至所述变速控制模式。
优选地，当所述电网频率低于所述正常运行频率范围的下限时，所述根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)的过程具体为：
获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；
根据关系式Pgd(n)＝Pg0+ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式
Figure BDA0001828993280000021
得到发电机期望转矩Tgdr(n)。
优选地，当所述电网频率高于所述正常运行频率范围的上限时，所述根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)的过程具体为：
获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；
根据关系式Pgd(n)＝Pg0-ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式
Figure BDA0001828993280000022
得到发电机期望转矩Tgdr(n)。
优选地，当所述电网频率低于所述正常运行频率范围的下限时，所述利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制的过程具体为：
设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmin、发电机转矩Tgd(n)的上限
Tgmax(n)＝Tgdr(n)及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝0，其中，ωgmin为发电机最小的目标运行转速；
根据ωgref(n)＝ωgmin求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过比例积分PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；
将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。
优选地，当所述电网频率高于所述正常运行频率范围的上限时，所述利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制的过程具体为：
设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmax、发电机转矩Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tmax及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝Tgdr(n)，其中，ωgmax为发电机最大的目标运行转速，Tmax为发电机额定转矩；
根据ωgref(n)＝ωgmax求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；
将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制系统，包括：
检测模块，用于周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的所述风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)，其中，n为正整数；
判断模块，用于实时判断所述电网频率是否在预设正常运行频率范围内，若否，则执行虚拟惯量控制模块；若是，则执行变速控制模块；
虚拟惯量控制模块，用于进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；
变速控制模块，用于退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至所述变速控制模式。
优选地，当所述电网频率低于所述正常运行频率范围的下限时，所述虚拟惯量控制模块包括：
模式进入子模块，用于进入虚拟惯量响应控制模式，获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；
转矩求取子模块，用于根据关系式Pgd(n)＝Pg0+ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式
Figure BDA0001828993280000041
得到发电机期望转矩Tgdr(n)；
转矩控制子模块，用于利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制。
优选地，当所述电网频率高于所述正常运行频率范围的上限时，所述虚拟惯量控制模块包括：
模式进入子模块，用于进入虚拟惯量响应控制模式，获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；
转矩求取子模块，用于根据关系式Pgd(n)＝Pg0-ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式
Figure BDA0001828993280000042
得到发电机期望转矩Tgdr(n)；
转矩控制子模块，用于利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制。
优选地，当所述电网频率低于所述正常运行频率范围的下限时，所述转矩控制子模块包括：
设定单元，用于设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmin、发电机转矩Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tgdr(n)及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝0，其中，ωgmin为发电机最小的目标运行转速；
调节单元，用于根据ωgref(n)＝ωgmin求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；
控制单元，用于将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。
优选地，当所述电网频率高于所述正常运行频率范围的上限时，所述转矩控制子模块包括：
设定单元，用于设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmax、发电机转矩Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tmax及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝Tgdr(n)，其中，ωgmax为发电机最大的目标运行转速，Tmax为发电机额定转矩；
调节单元，用于根据ωgref(n)＝ωgmax求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；
控制单元，用于将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。
本发明提供了一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，包括：周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)；实时判断电网频率是否在预设正常运行频率范围内，若否，则进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；若是，则退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至变速控制模式。
可见，本申请实现了大型风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间解耦；并且，本申请在虚拟惯量控制环的基础上加入转速优化控制环，使二者模式可实现光滑切换，实现了大型风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间的协调配合。
本发明还提供了一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制系统，与上述转速优化控制方法具有相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法的流程图；
图2是本发明提供的一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制框图；
图3为本发明提供的一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法的具体流程图；
图4为本发明提供的一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法及系统，实现了大型风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间解耦；并且，本申请在虚拟惯量控制环的基础上加入转速优化控制环，使二者模式可实现光滑切换，实现了大型风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间的协调配合。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
请参照图1，图1为本发明提供的一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法的流程图。
该大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法包括：
步骤S1：周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)，其中，n为正整数。
具体地，本申请提前设置控制周期的时间，在风电机组工作时，按照所设周期时间周期性检测风电机组(一般所设周期时间较短，相当于实时检测风电机组)，从而得到第n个控制周期的风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)，以为后续是否进入虚拟惯量响应控制模式打下基础。
步骤S2：实时判断电网频率是否在预设正常运行频率范围内。
需要说明的是，本申请的预设是提前设置好的，只需要设置一次，除非根据实际情况需要修改，否则不需要重新设置。
具体地，本申请提前设置一个正常运行频率范围，当风电机组的电网频率在所设正常运行频率范围内时，风电机组在变速控制模式下运行；当风电机组的电网频率不在所设正常运行频率范围内时，风电机组在虚拟惯量响应控制模式下运行。可见，这里的正常运行频率范围可防止虚拟惯量响应控制模式太频繁动作。
步骤S3：若否，则进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；若是，则退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至变速控制模式。
具体地，为了解决大型风电机组虚拟惯量控制与变速控制之间的协调配合问题，本申请在风电机组原有的虚拟惯量控制环的基础上，附加一个转速优化控制环。
若风电机组的电网频率不在所设正常运行频率范围内，则进入虚拟惯量响应控制模式，即根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，最终使发电机转矩Tgd(n)过渡至发电机期望转矩Tgdr(n)，实现虚拟惯量响应控制。若风电机组的电网频率恢复至所设正常运行频率范围内，则退出虚拟惯量响应控制模式，将发电机转矩Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，从而将风电机组的工作模式从虚拟惯量响应控制模式光滑切换至变速控制模式。
本发明提供了一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，包括：周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)；实时判断电网频率是否在预设正常运行频率范围内，若否，则进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；若是，则退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至变速控制模式。
可见，本申请实现了大型风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间解耦；并且，本申请在虚拟惯量控制环的基础上加入转速优化控制环，使二者模式可实现光滑切换，实现了大型风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间的协调配合。
请参照图2及图3，图2是本发明提供的一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制框图，图3为本发明提供的一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法的具体流程图。本发明提供的转速优化控制方法在上述实施例的基础上：
作为一种优选地实施例，当电网频率低于正常运行频率范围的下限时，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)的过程具体为：
获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；
根据关系式Pgd(n)＝Pg0+ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式
Figure BDA0001828993280000091
得到发电机期望转矩Tgdr(n)。
具体地，风电机组的电网频率不在所设正常运行频率范围内有两种情况：电网频率低于正常运行频率范围的下限，电网频率高于正常运行频率范围的上限。本实施例对在电网频率低于正常运行频率范围的下限时得到发电机期望转矩Tgdr(n)进行说明：
一方面，获取风电机组首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，另一方面，将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)。对于电网频率低于正常运行频率范围的下限来说，发电机期望输出功率Pgd(n)为：Pgd(n)＝Pg0+ΔPf(n)，则发电机期望转矩Tgdr(n)为：
Figure BDA0001828993280000092
作为一种优选地实施例，当电网频率高于正常运行频率范围的上限时，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)的过程具体为：
获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；
根据关系式Pgd(n)＝Pg0-ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式
Figure BDA0001828993280000093
得到发电机期望转矩Tgdr(n)。
具体地，在电网频率高于正常运行频率范围的上限时得到发电机期望转矩Tgdr(n)，与在电网频率低于正常运行频率范围的下限时得到发电机期望转矩Tgdr(n)原理相同，只是对于电网频率高于正常运行频率范围的上限来说，发电机期望输出功率Pgd(n)为：Pgd(n)＝Pg0-ΔPf(n)，则发电机期望转矩Tgdr(n)为：
Figure BDA0001828993280000094
作为一种优选地实施例，当电网频率低于正常运行频率范围的下限时，利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制的过程具体为：
设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmin、Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tgdr(n)及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝0，其中，ωgmin为发电机最小的目标运行转速；
根据ωgref(n)＝ωgmin求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过比例积分PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；
将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。
具体地，本实施例对在电网频率低于正常运行频率范围的下限时对应的转速优化控制进行说明：
本申请将发电机目标转速ωgref(n)设为发电机最小的目标运行转速ωgmin，然后根据ωgref(n)＝ωgmin求取转速偏差Δωg(n)：Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将转速偏差Δωg(n)经过PI(proportion-integral，比例积分)控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)，可以看出，发电机转矩Tgd(n)处于持续增大的状态。而本申请将发电机转矩Tgd(n)的上限设为：Tgmax(n)＝Tgdr(n)，所以发电机转矩Tgd(n)会最终稳定至Tgdr(n)，Tgdr(n)正好是发电机期望转矩。与此同时，本申请还对Tgd(n)的变化斜率进行限制，从而保证发电机转矩Tgd(n)较光滑地过渡至发电机期望转矩Tgdr(n)。
作为一种优选地实施例，当电网频率高于正常运行频率范围的上限时，利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制的过程具体为：
设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmax、Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tmax及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝Tgdr(n)，其中，ωgmax为发电机最大的目标运行转速，Tmax为发电机额定转矩；
根据ωgref(n)＝ωgmax求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；
将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。
同理，在电网频率高于正常运行频率范围的上限时，本申请将发电机目标转速ωgref(n)设为发电机最大的目标运行转速ωgmax，然后根据ωgref(n)＝ωgmax求取转速偏差Δωg(n)：Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将转速偏差Δωg(n)经过PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)，可以看出，发电机转矩Tgd(n)处于持续减小的状态。而本申请将发电机转矩Tgd(n)的下限设为：Tgmin(n)＝Tgdr(n)，所以发电机转矩Tgd(n)会最终稳定至发电机期望转矩Tgdr(n)。同样地，本申请还对Tgd(n)的变化斜率进行限制，从而保证发电机转矩Tgd(n)较光滑地过渡至发电机期望转矩Tgdr(n)。
请参照图4，图4为本发明提供的一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制系统的结构示意图。
该大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制系统包括：
检测模块1，用于周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)，其中，n为正整数；
判断模块2，用于实时判断电网频率是否在预设正常运行频率范围内，若否，则执行虚拟惯量控制模块；若是，则执行变速控制模块；
虚拟惯量控制模块3，用于进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；
变速控制模块4，用于退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至变速控制模式。
作为一种优选地实施例，当电网频率低于正常运行频率范围的下限时，虚拟惯量控制模块3包括：
模式进入子模块，用于进入虚拟惯量响应控制模式，获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；
转矩求取子模块，用于根据关系式Pgd(n)＝Pg0+ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式
Figure BDA0001828993280000121
得到发电机期望转矩Tgdr(n)；
转矩控制子模块，用于利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制。
作为一种优选地实施例，当电网频率高于正常运行频率范围的上限时，虚拟惯量控制模块3包括：
模式进入子模块，用于进入虚拟惯量响应控制模式，获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；
转矩求取子模块，用于根据关系式Pgd(n)＝Pg0-ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式
Figure BDA0001828993280000122
得到发电机期望转矩Tgdr(n)；
转矩控制子模块，用于利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制。
作为一种优选地实施例，当电网频率低于正常运行频率范围的下限时，转矩控制子模块包括：
设定单元，用于设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmin、Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tgdr(n)及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝0，其中，ωgmin为发电机最小的目标运行转速；
调节单元，用于根据ωgref(n)＝ωgmin求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；
控制单元，用于将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。
作为一种优选地实施例，当电网频率高于正常运行频率范围的上限时，转矩控制子模块包括：
设定单元，用于设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmax、Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tmax及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝Tgdr(n)，其中，ωgmax为发电机最大的目标运行转速，Tmax为发电机额定转矩；
调节单元，用于根据ωgref(n)＝ωgmax求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；
控制单元，用于将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。
本申请提供的转速优化控制系统的介绍请参考上述转速优化控制方法的实施例，本申请在此不再赘述。
还需要说明的是，在本说明书中，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、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、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。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业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的专业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，在其他实施例中实现。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 (8)

1.一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，其特征在于，包括：
周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的所述风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)，其中，n为正整数；
实时判断所述电网频率是否在预设正常运行频率范围内，若否，则进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；
若是，则退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至所述变速控制模式；
当所述电网频率低于所述正常运行频率范围的下限时，所述根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)的过程具体为：
获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；
根据关系式Pgd(n)＝Pg0+ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式
Figure FDA0002364530420000011
得到发电机期望转矩Tgdr(n)。
2.如权利要求1所述的大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，其特征在于，当所述电网频率高于所述正常运行频率范围的上限时，所述根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)的过程具体为：
获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；
根据关系式Pgd(n)＝Pg0-ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式
Figure FDA0002364530420000012
得到发电机期望转矩Tgdr(n)。
3.如权利要求2所述的大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，其特征在于，当所述电网频率低于所述正常运行频率范围的下限时，所述利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制的过程具体为：
设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmin、发电机转矩Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tgdr(n)及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝0，其中，ωgmin为发电机最小的目标运行转速；
根据ωgref(n)＝ωgmin求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过比例积分PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；
将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。
4.如权利要求3所述的大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，其特征在于，当所述电网频率高于所述正常运行频率范围的上限时，所述利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制的过程具体为：
设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmax、发电机转矩Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tmax及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝Tgdr(n)，其中，ωgmax为发电机最大的目标运行转速，Tmax为发电机额定转矩；
根据ωgref(n)＝ωgmax求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；
将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。
5.一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制系统，其特征在于，包括：
检测模块，用于周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的所述风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)，其中，n为正整数；
判断模块，用于实时判断所述电网频率是否在预设正常运行频率范围内，若否，则执行虚拟惯量控制模块；若是，则执行变速控制模块；
虚拟惯量控制模块，用于进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；
变速控制模块，用于退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至所述变速控制模式；
当所述电网频率低于所述正常运行频率范围的下限时，所述虚拟惯量控制模块包括：
模式进入子模块，用于进入虚拟惯量响应控制模式，获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；
转矩求取子模块，用于根据关系式Pgd(n)＝Pg0+ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式
Figure FDA0002364530420000031
得到发电机期望转矩Tgdr(n)；
转矩控制子模块，用于利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制。
6.如权利要求5所述的大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制系统，其特征在于，当所述电网频率高于所述正常运行频率范围的上限时，所述虚拟惯量控制模块包括：
模式进入子模块，用于进入虚拟惯量响应控制模式，获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；
转矩求取子模块，用于根据关系式Pgd(n)＝Pg0-ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式
Figure FDA0002364530420000032
得到发电机期望转矩Tgdr(n)；
转矩控制子模块，用于利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制。
7.如权利要求6所述的大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制系统，其特征在于，当所述电网频率低于所述正常运行频率范围的下限时，所述转矩控制子模块包括：
设定单元，用于设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmin、发电机转矩Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tgdr(n)及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝0，其中，ωgmin为发电机最小的目标运行转速；
调节单元，用于根据ωgref(n)＝ωgmin求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；
控制单元，用于将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。
8.如权利要求7所述的大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制系统，其特征在于，当所述电网频率高于所述正常运行频率范围的上限时，所述转矩控制子模块包括：
设定单元，用于设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmax、发电机转矩Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tmax及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝Tgdr(n)，其中，ωgmax为发电机最大的目标运行转速，Tmax为发电机额定转矩；
调节单元，用于根据ωgref(n)＝ωgmax求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；
控制单元，用于将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。
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