CN109193778A - 一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法 - Google Patents
一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109193778A CN109193778A CN201811191687.6A CN201811191687A CN109193778A CN 109193778 A CN109193778 A CN 109193778A CN 201811191687 A CN201811191687 A CN 201811191687A CN 109193778 A CN109193778 A CN 109193778A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- speed
- blower
- power
- revolving speed
- wind power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000004044 response Effects 0.000 title claims abstract description 6
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000013017 mechanical damping Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 230000035772 mutation Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H02J3/386—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
Abstract
本发明为一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法，包括实时检测收集风电机组基本参数，获取发电机的转速微分信号dωg/dt，根据收集到的风电机组基本参数和发电机的转速微分信号dωg/dt计算风机捕获的风功率Paero，计算风机的加速功率ΔPREC，利用公式Pe,ref＝Pa‑ΔPREC计算需要在机组转速恢复期间的功率设定值Pe,ref，风机转速恢复到接近最优转速后，切换换到正常的MPPT控制模式。本发明的优点是：根据估算出的双馈风机捕获的风功率进行转速恢复，避免的转速恢复时的突变；机组以变化的加速功率进行转速恢复，同时采用阶梯曲线，进一步保证了转速平滑，避免对电网频率的影响。
Description
技术领域
本发明涉及风电机组控制领域，尤其涉及一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法。
背景技术
双馈风电机组虚拟惯量控制可以更好地为电力系统提供惯量支持，提高系统维持频率水平的能力。由于双馈风机的旋转元件中所储存动能有限并且转速只能在安全运行范围内变化，因此风机虚拟惯量控制的能力是有限的，一般只是在系统发生异常负荷变动之后的短时间(十几秒)之内提供频率支撑，其后风机必须恢复正常运行，即将转速恢复到最大功率跟踪(MPPT)控制所对应的最优转速，因此风电机组很难去补偿系统大负荷扰动(如同步发电机退出运行或大负荷并网等)所引起的有功不平衡。并且，即使风电虚拟惯量控制能完全补偿系统其它总有功不平衡量，但虚拟惯量控制对系统频率的支撑只能持续较短的时间，其后必须进行转速恢复以回到正常MPPT运行状态。
风电虚拟惯量控制结束之后风机转速可能大幅下降，导致捕获的风功率大幅下降。这样，在风机的转速恢复过程中，必然需要风电有功功率大幅下降(为了恢复转速，风电输出的有功功率必须小于捕获的风功率)，而这将可能对系统频率造成极为不利的影响。
目前，基于比例(P)或比例积分控制器(PI)的转速恢复策略难以选择合适的控制参数(kp,rec和ki,rec)：若kp,rec和ki,rec取得过小，则不能进行转速恢复或转速恢复过程太慢；若kp,rec和ki,rec取得过大，则风机有功出力将大幅降低，这对系统频率会造成不利影响。
发明内容
本发明主要解决了上述问题，提供了一种转速恢复平滑，避免影响电网频率的基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是,一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法，包括以下步骤：
S1：实时检测收集风电机组基本参数；
S2：获取发电机的转速微分信号dωg/dt；
S3：根据收集到的风电机组基本参数和发电机的转速微分信号dωg/dt计算风机捕获的风功率Paero；
S4：计算风机的加速功率ΔPREC；
S5：利用公式Pe,ref＝Pa-ΔPREC计算需要在机组转速恢复期间的功率设定值Pe,ref；
S6：风机转速恢复到接近最优转速后，切换换到正常的MPPT控制模式。
本发明利用机组基础参数估算风机捕获的风功率，根据捕获的风功率对风机进行转速恢复，能够避免转速恢复过程中转速突变对电网频率的影响。
作为上述方案的一种优选方案，所述的风电机组基本参数包括风机总的惯性时间常数Hw、阻尼系数Dw、风电机组输出有功功率Pe、发电机转子转速ωg、虚拟惯量控制前初始风电机组转速ωg0，风机虚拟惯量控制结束时刻的机组转速ωg,min。风机虚拟惯量控制结束时刻即开始转速恢复时刻。
作为上述方案的一种优选方案，所述的步骤S2中的转速微分信号dωg/dt通过跟踪微分器获得，跟踪微分器为
其中，非线性函数fhan(z1,z2,r,h0)为
sign(·)为符号函数，变量x1(t)为对输入信号v(t)的跟踪速度，变量x2(t)为变量x1(t)的微分信号，r为速度因子，h为积分步长，h0为滤波因子。h0一般取适当大于积分步长h的参数从而抑制微分信号中的噪声放大，微分跟踪器通过快速跟踪给定输入信号的方式，合理提取双馈风机的发电机转子转速ωg的微分信号dωg/dt，同时具有很好噪声抑制性能。
作为上述方案的一种优选方案，所述的步骤S3中的风机捕获的风功率Paero通过以下步骤获得：
S01：根据传动链单质块模型的动力学方程
获得机组输入的机械转矩Tw，
ωg为风机机械转速，Tw和Te分别为输入机械转矩和输出电磁转矩，Hw为风机总的惯性时间常数，Dw为机械阻尼系数；
S02：根据步骤S01中公式计算风电机组捕获的风功率Paero
Pe为风电机组输出有功功率。
作为上述方案的一种优选方案，所述的步骤S4中风机的加速功率ΔPREC通过以下公式获得：
ωg为风机转速，ωg0为虚拟惯量控制前初始风电机组转速，ωg,min为双馈风机虚拟惯量控制结束时刻的机组转速，ΔPC为一恒定的功率设定值，函数f(T)是一个从0变化到1的梯形曲线。通过引入梯形函数f(T)，使得在转速恢复的最初阶段，风机有功功率不至于降的太低，另一方面，当风机转速ωg逐渐从最低值ωg,min恢复到最优值ωg0过程中，系数(ωg0-ωg)/(ωg0-ωg,min)也逐渐减小到零。因此，转速恢复策略可以更好地减弱转速恢复过程可能对系统频率的不利影响。
本发明的优点是：根据估算出的双馈风机捕获的风功率进行转速恢复，避免的转速恢复时的突变；机组以变化的加速功率进行转速恢复，同时采用阶梯曲线，进一步保证了转速平滑，避免对电网频率的影响。
附图说明
图1为本发明的一种流程图。
图2为本发明中风机捕获风功率计算的一种流程图。
图3为本发明中梯形函数f(T)的一种函数曲线图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例：
本实施例一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：实时检测收集风电机组基本参数；
S2：获取发电机的转速微分信号dωg/dt；
S3：根据收集到的风电机组基本参数和发电机的转速微分信号dωg/dt计算风机捕获的风功率Paero；
S4：计算风机的加速功率ΔPREC；
S5：利用公式Pe,ref＝Pa-ΔPREC计算需要在机组转速恢复期间的功率设定值Pe,ref；
S6：风机转速恢复到接近最优转速后，切换到正常的MPPT控制模式。
所述的风电机组基本参数包括风机总的惯性时间常数Hw、阻尼系数Dw、风电机组输出有功功率Pe、发电机转子转速ωg、虚拟惯量控制前初始风电机组转速ωg0，风机虚拟惯量控制结束时刻的机组转速ωg,min。
转速微分信号dωg/dt通过跟踪微分器获得，跟踪微分器为
其中，非线性函数fhan(z1,z2,r,h0)为
sign(·)为符号函数，变量x1(t)为对输入信号v(t)的跟踪速度，变量x2(t)为变量x1(t)的微分信号，r为速度因子，h为积分步长，h0为滤波因子取适当大于积分步长h的参数。
如图2所示，所述的步骤S3中的风机捕获的风功率Paero通过以下步骤获得：
S01：根据传动链单质块模型的动力学方程
获得机组输入的机械转矩Tw，
ωg为风机机械转速，Tw和Te分别为输入机械转矩和输出电磁转矩，Hw为风机总的惯性时间常数，Dw为机械阻尼系数；
S02：根据步骤S01中公式计算风电机组捕获的风功率Paero
Pe为风电机组输出有功功率。步骤S02中公式根据公式P＝T*ω获得。
步骤S4中风机的加速功率ΔPREC通过以下公式获得：
ωg为风机转速，ωg0为虚拟惯量控制前初始风电机组转速，ωg,min为双馈风机虚拟惯量控制结束时刻的机组转速，ΔPC为一恒定的功率设定值，函数f(T)是一个从0变化到1的梯形曲线，如图3所示，T1为开始风机转速恢复的时间，T2为f(T)变化到1的时间。通过引入梯形函数f(T)，使得在转速恢复的最初阶段，风机有功功率不至于降的太低，另一方面，当风机转速ωg逐渐从最低值ωg,min恢复到最优值ωg0过程中，系数(ωg0-ωg)/(ωg0-ωg,min)也逐渐减小到零。因此，转速恢复策略可以更好地减弱转速恢复过程可能对系统频率的不利影响。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (5)
1.一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法，其特征是：包括以下步骤：
S1：实时检测收集风电机组基本参数；
S2：获取发电机的转速微分信号dωg/dt；
S3：根据收集到的风电机组基本参数和发电机的转速微分信号dωg/dt计算风机捕获的风功率Paero；
S4：计算风机的加速功率ΔPREC；
S5：利用公式Pe,ref＝Pa-ΔPREC计算需要在机组转速恢复期间的功率设定值Pe,ref；
S6：风机转速恢复到接近最优转速后，切换到正常的MPPT控制模式。
2.根据权利要求1所述的一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法，其特征是：所述的风电机组基本参数包括风机总的惯性时间常数Hw、阻尼系数Dw、风电机组输出有功功率Pe、发电机转子转速ωg、虚拟惯量控制前初始风电机组转速ωg0和风机虚拟惯量控制结束时刻的机组转速ωg,min。
3.根据权利要求1所述的一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法，其特征是：所述的步骤S2中的转速微分信号dωg/dt通过跟踪微分器获得，跟踪微分器为
其中，非线性函数fhan(z1,z2,r,h0)为
sign(·)为符号函数，变量x1(t)为对输入信号v(t)的跟踪速度，变量x2(t)为变量x1(t)的微分信号，r为速度因子，h为积分步长，h0为滤波因子。
4.根据权利要求1所述的一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法，其特征是：所述的步骤S3中的风机捕获的风功率Paero通过以下步骤获得：
S01：根据传动链单质块模型的动力学方程
获得机组输入的机械转矩Tw，
ωg为风机机械转速，Tw和Te分别为输入机械转矩和输出电磁转矩，Hw为风机总的惯性时间常数，Dw为机械阻尼系数；
S02：根据步骤S01中公式计算风电机组捕获的风功率Paero
Pe为风电机组输出有功功率。
5.根据权利要求1或3或4所述的一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法，其特征是：所述的步骤S4中风机的加速功率ΔPREC通过以下公式获得：
ωg为风机转速，ωg0为虚拟惯量控制前初始风电机组转速，ωg,min为双馈风机虚拟惯量控制结束时刻的机组转速，ΔPC为一恒定的功率设定值，函数f(T)是一个从0变化到1的梯形曲线。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811191687.6A CN109193778A (zh) | 2018-10-12 | 2018-10-12 | 一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811191687.6A CN109193778A (zh) | 2018-10-12 | 2018-10-12 | 一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109193778A true CN109193778A (zh) | 2019-01-11 |
Family
ID=64948353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811191687.6A Pending CN109193778A (zh) | 2018-10-12 | 2018-10-12 | 一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109193778A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110275564A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-09-24 | 济南大学 | 光伏最大功率跟踪优化控制方法、系统、介质及设备 |
| CN110729756A (zh) * | 2019-09-16 | 2020-01-24 | 浙江运达风电股份有限公司 | 一种基于有效风速估计的大型风电机组虚拟惯量控制方法 |
| CN111864769A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-30 | 国网山东省电力公司日照供电公司 | 考虑风机和系统频率响应特性的调频参数确定方法及系统 |
| CN113193573A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-30 | 华中科技大学 | 一种风机转速恢复控制方法、控制器及风电场 |
| CN116365581A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-06-30 | 山东大学 | 双馈风电机组故障穿越下的轴系扭振抑制方法及系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104836253A (zh) * | 2015-05-19 | 2015-08-12 | 清华大学 | 双馈风机虚拟惯量的控制方法及控制装置 |
| CN105591395A (zh) * | 2016-01-06 | 2016-05-18 | 清华大学 | 一种双馈风机虚拟惯量控制后的转速恢复方法 |
| CN106981878A (zh) * | 2016-01-18 | 2017-07-25 | 华北电力大学（保定） | 一种基于自抗扰控制的双馈风机抑制电网低频振荡的方法 |
-
2018
- 2018-10-12 CN CN201811191687.6A patent/CN109193778A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104836253A (zh) * | 2015-05-19 | 2015-08-12 | 清华大学 | 双馈风机虚拟惯量的控制方法及控制装置 |
| CN105591395A (zh) * | 2016-01-06 | 2016-05-18 | 清华大学 | 一种双馈风机虚拟惯量控制后的转速恢复方法 |
| CN106981878A (zh) * | 2016-01-18 | 2017-07-25 | 华北电力大学（保定） | 一种基于自抗扰控制的双馈风机抑制电网低频振荡的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘璋玮等: ""扩张状态观测器在双馈风机虚拟惯量控制转速恢复中的应用"", 《中国电机工程学报》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110275564A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-09-24 | 济南大学 | 光伏最大功率跟踪优化控制方法、系统、介质及设备 |
| CN110275564B (zh) * | 2019-06-03 | 2021-06-08 | 济南大学 | 光伏最大功率跟踪优化控制方法、系统、介质及设备 |
| CN110729756A (zh) * | 2019-09-16 | 2020-01-24 | 浙江运达风电股份有限公司 | 一种基于有效风速估计的大型风电机组虚拟惯量控制方法 |
| CN110729756B (zh) * | 2019-09-16 | 2021-02-09 | 浙江运达风电股份有限公司 | 一种基于有效风速估计的大型风电机组虚拟惯量控制方法 |
| CN111864769A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-30 | 国网山东省电力公司日照供电公司 | 考虑风机和系统频率响应特性的调频参数确定方法及系统 |
| CN113193573A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-30 | 华中科技大学 | 一种风机转速恢复控制方法、控制器及风电场 |
| CN113193573B (zh) * | 2021-04-30 | 2022-05-20 | 华中科技大学 | 一种风机转速恢复控制方法、控制器及风电场 |
| CN116365581A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-06-30 | 山东大学 | 双馈风电机组故障穿越下的轴系扭振抑制方法及系统 |
| CN116365581B (zh) * | 2023-01-16 | 2024-05-03 | 山东大学 | 双馈风电机组故障穿越下的轴系扭振抑制方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109193778A (zh) | 一种基于风功率估计的惯量响应转速恢复控制方法 | |
| CN111277001B (zh) | 基于虚拟同步发电机参数自适应控制的风机并网控制方法 | |
| CN109449954B (zh) | 一种双馈风电机组基于两阶段功率跟踪优化的频率支撑控制方法 | |
| CN107453410B (zh) | 负荷扰动的双馈风机参与风柴微网调频控制方法 | |
| US20220316443A1 (en) | Fast Frequency Support from Wind Turbine Systems | |
| CN109861251B (zh) | 一种用于微网暂稳态频率优化的双馈风机综合控制方法 | |
| CN103244349B (zh) | 风机塔架振动抑制系统和提高风机切出风速的控制系统 | |
| Barambones et al. | Variable speed wind turbine control scheme using a robust wind torque estimation | |
| Wang et al. | Utilisation of kinetic energy from wind turbine for grid connections: a review paper | |
| CN110323789B (zh) | 一种基于虚拟惯量模拟的风电机组功率控制方法和系统 | |
| CN110417032A (zh) | 一种双馈风机参与系统调频的多目标优化控制方法 | |
| CN108964130B (zh) | 含可控惯量风电并网系统的功角首摆稳定控制方法 | |
| CN112350381A (zh) | 一种pmsg风机mppt运行时的分时协调控制方法及系统 | |
| CN109787274B (zh) | 一种虚拟同步控制方法及转子侧变频器控制器 | |
| CN111244974B (zh) | 一种适用于低频扰乱的风力发电机可控短期频率支撑方法 | |
| CN104265568B (zh) | 一种风机的升功率运行控制方法、装置及系统 | |
| CN111725848B (zh) | 一种适用于多种风电渗透率的风机可控频率下垂控制方法 | |
| CN112653130B (zh) | 一种基于惯量比确定电网的频率支撑能力的方法及系统 | |
| Van et al. | Ouput power smoothening of variable-speed wind turbine systems by pitch angle control | |
| CN111835023A (zh) | 一种双馈风电机组控制方法、装置和存储介质 | |
| CN108506163B (zh) | 一种双馈风电虚拟同步机转速恢复方法、装置及系统 | |
| CN116154804A (zh) | 考虑备用灵活性的风机-水轮机一次调频控制方法 | |
| El-Shennawy et al. | Impact of Renewable Energy Sources on Inertia and Frequency Response of Power Systems. | |
| CN112086962B (zh) | 一种基于频率预测的自适应虚拟惯量控制方法 | |
| CN113852095A (zh) | 风电机组惯量响应控制方法及系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190111 |