CN111987742A - 风电机组虚拟惯量控制方法、系统、存储介质及计算设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组虚拟惯量控制方法、系统、存储介质及计算设备，该方法包括初始化状态、虚拟惯量控制判断、虚拟惯量控制目标功率计算、动能调节值限幅控制、虚拟惯量启动控制、虚拟惯量控制、虚拟惯量控制退出。采用本发明无需额外增加设备，利用风电机组自身的转动动能特性，可使风电机组具备虚拟惯量能力，解决风电机组不具备惯量支撑能力的问题，有利于风电机组的推广应用。

Description

风电机组虚拟惯量控制方法、系统、存储介质及计算设备

技术领域

本发明涉及风电机组虚拟惯量控制的技术领域，尤其是指一种风电机组虚拟惯量控制方法、系统、存储介质及计算设备。

背景技术

随着国家对风力发电开发的大力支持，大量风电机组将接入电网,风电机组在接入电网的电源中占比越来越高。但风电机组均采用电力电子设备并网，与传统火力发电机组不同，不能给电网提供旋转惯量，使得电网缺乏备用惯量，导致出现2019年因为系统频率过低等严重的电网事故。电力系统惯量支撑能力缺乏极大的影响了电网的安全稳定运行，也限制了风力发电的发展与消纳。

电网逐步提出风电机组具备模拟火力发电机组惯量调节能力即虚拟惯量能力要求。但风电机组出力由风电机组捕获的机械风能和转速决定，该模式下风电机组的转速与电网频率之间不存在直接耦合关系，无法实现模拟火力发电机组惯量支撑能力。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种风电机组虚拟惯量控制方法，采用该方法无需额外增加设备，利用风电机组自身的转动动能特性，可使风电机组具备虚拟惯量能力，解决风电机组不具备惯量支撑能力的问题，有利于风电机组的推广应用。

本发明的第二目的在于提供一种风电机组虚拟惯量控制系统。

本发明的第三目的在于提供一种存储介质。

本发明的第四目的在于提供一种计算设备。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种风电机组虚拟惯量控制方法，包括以下步骤：

1)初始化状态：

风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组运行各变量；

2)虚拟惯量控制判断：

进行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，当超出死区范围时进入虚拟惯量控制目标功率计算，否则风电机组虚拟惯量调节偏差值设置为0；

3)虚拟惯量控制目标功率计算：

计算风电机组的虚拟惯量调节偏差值；

4)动能调节值限幅控制：

求取动能需求调节功率值，并对最终下发执行动能调节值进行限幅，并下发；

5)虚拟惯量启动控制：

通过风电机组的控制器判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，控制器会保持初始化状态，如满足进入虚拟惯量控制；

6)虚拟惯量控制：

给风电机组的全功率变流器或变频器下发转矩参考值指令，并计时，当计时时间超过设定值或检测频率恢复到死区范围内时，进入虚拟惯量控制退出；

7)虚拟惯量控制退出：

在虚拟惯量控制退出状态下，将F1赋值为1，把ΔP_虚拟惯量、Mflag、T_调节计时赋值为0；其中，F1为风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号，ΔP_虚拟惯量为风电机组的虚拟惯量调节偏差值，Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间。

在步骤1)中，风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组变量：当前需求并网有功功率P₁、转速V、转矩T₂及频率变化率df/dt；所述转速V为风电机组实时机械转速，所述转矩T₂为风电机组的控制器计算得到的转矩参考值，所述功率P₁为风电机组的控制器计算得到的需求并网有功功率值，所述频率变化率df/dt为风电机组的全功率变流器或双馈变频器采集电网侧三相电压瞬时值Ua、Ub、Uc后，利用全功率变流器或双馈变频器的锁相环(PLL)计算获得；检测风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号F1，当检测到F1＝0时，表示初始化完成，进入虚拟惯量控制判断；当检测到F1＝1时,再次进入初始化；

在步骤2)中，所述虚拟惯量控制判断执行如下过程：

2.1)判断风电机组是否

如果是则执行步骤2.2)，否则风电机组虚拟惯量有功调节量命令值设置为0，即虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0；其中，P_10min为风电机组10mins平均发电有功功率值,P_N为风电机组额定有功功率，

为启动功率百分比；

2.2)进行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，若在死区范围内，则风电机组虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0，流程结束，若不在死区范围内，则进行步骤3)；其中，是否在死区范围内的判断方法如下：

当f_low≤f≤f_up，频率在死区范围内；

当f＜f_low或f＞f_up，频率在死区范围外，进入有功调频；

其中，f为采集的电网同步频率值，f_low为频率死区下限值，f_up为频率死区上限值；

若f＞f_up或f＜f_low，锁定并取值进入调频瞬间风电机组发电有功功率值P₀，进入步骤3)的虚拟惯量控制目标功率计算；

在步骤3)中，所述虚拟惯量控制目标功率计算采用如下公式：

式中，T_J为模拟传统同步发电机惯性时间常数，f_N为电网额定频率；

在步骤4)中，所述动能调节值限幅控制执行如下过程：

求取动能需求调节功率值ΔP_动能需求：

ΔP_动能需求＝(P₀+ΔP_虚拟惯量)-P₁

计算动能调节能力的最大值ΔP_{动能能力max}：

式中，T_{惯量剩余持续时间}＝T_{调节最大允许运行时间}-T_调节计时，T_{调节最大允许运行时间}由风电机组设计能力参数决定，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间，ΔP_{动能能力max}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最大值，J为风电机组的叶轮转动惯量,V_min为最小并网转速；

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力max}与factor*P_N取最小值，公式如下：

ΔP_动能max＝min(ΔP_{动能能力max},factor*P_N)

式中，factor为饱和系数；

计算惯量调节能力的最小值ΔP_{动能能力min}：

式中，ΔP_{动能能力min}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最小值，V_max为最大并网转速允许值；

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力min}与factor*P_N取最大值，公式如下：

ΔP_动能min＝max(ΔP_{动能能力min},factor*P_N)

判断ΔP_动能需求是否小于或等于0，如果确定小于或等于0，执行降功率动能限幅，否则执行升功率动能限幅；再进入目标功率值计算，公式如下：

P₂＝P₁+ΔP_动能执行

式中，P₂为风电机组的主控制策略功率控制目标值，ΔP_动能执行为最终下发执行动能调节值；

在步骤5)中，所述虚拟惯量启动控制执行如下过程：

风电机组的主控系统开始判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，主控系统会保持初始化状态；其中，边界条件为：

a、ΔP_虚拟惯量≠0；

b、桨距角Angle1<1°，所述桨距角Angle1为风电机组的叶片相对水平面角度；

c、转速V大于风电机组额定转速的Ω倍，Ω值由风电机组设计决定；

d、转矩T₁大于风电机组的发电机转矩最小值；

e、转速V持续下降，持续时间不超过t2，t2值由风电机组设计决定；

f、T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}；

g、输入的目标功率值

时，转速V大于风电机组的发电机最小并网同步转速V_min；

以上条件均满足时，则达到边界条件要求，任意一条不满足时，对变量F2赋值，所述F2为超出边界条件标志，F2＝0表示边界条件不满足，则主控系统返回初始化状态，直到边界条件满足时，对变量Mflag赋值，所述Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，Mflag＝1表示风电机组进入虚拟惯量控制；

在步骤6)中，所述虚拟惯量控制执行如下过程：

当风电机组进入虚拟惯量控制状态时，T_调节计时开始计时，主控系统会根据计算出的转矩值T₁，转矩值T₁需要限制在一个合适的范围内并设置最大转矩限定值T_max防止机组过载，并且需要限定转矩的变化率，以便转矩值以合适的速率进行变化，防止超过转矩的最大幅值，其中，T₁＝MIN(P₁/V，T_max)；

另外，为防止控制目标值突变导致风电机组载荷突增和大转速波动，需进行定步长控制，具体逻辑如下：

检测ΔT的值，ΔT为T₁与T₂的差值；当ΔT的值小于K倍转矩控制精度时，T₃＝T₂；当ΔT的值大于K倍转矩控制精度，T₁>T₂时,T₃＝T₁-T_步长；当T的值大于K倍转矩控制精度，T₁<T₂时,T₃＝T₁+T_步长；系数K根据风电机组控制参数设计确定，T_步长为每次调节转矩步长，由风电机组载荷和控制设计决定；最终下发转矩T₃给风电机组的全功率变流器或双馈变频器执行输出；

当T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}或f_low≤f≤f_up时，完成整个虚拟惯量控制，进入步骤7)的虚拟惯量控制退出。

进一步，所述降功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝max(ΔP_动能min，ΔP_动能需求)。

进一步，所述升功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝min(ΔP_动能max，ΔP_动能需求)。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种风电机组虚拟惯量控制系统，包括初始化模块、虚拟惯量控制判断模块、虚拟惯量控制目标功率计算模块、动能调节值限幅控制模块、虚拟惯量启动控制模块、虚拟惯量控制模块和虚拟惯量控制退出模块；

所述初始化模块用于风电机组上电后自检，当风电机组安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组运行各变量；

所述虚拟惯量控制判断模块用于判断风电机组是否进入频率调节的死区范围，当超出死区范围时进入虚拟惯量控制目标功率计算模块，否则风电机组虚拟惯量调节偏差值设置为0；

所述虚拟惯量控制目标功率计算模块用于计算虚拟惯量调节偏差值；

所述动能调节值限幅控制模块用于求取动能需求调节功率值，并对最终下发执行动能调节值进行限幅，并下发；

所述虚拟惯量启动控制模块利用风电机组的控制器判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，控制器会保持初始化状态，如满足则进入虚拟惯量控制模块；

所述虚拟惯量控制模块用于给风电机组的全功率变流器或变频器下发转矩参考值指令，并计时，当计时时间超过设定值或检测频率恢复到死区范围内时进入虚拟惯量控制退出模块；

所述虚拟惯量控制退出模块用于在虚拟惯量控制退出状态下将F1赋值为1，把ΔP_虚拟惯量、Mflag、T_调节计时赋值为0；其中，F1为风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号，ΔP_虚拟惯量为风电机组的虚拟惯量调节偏差值，Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间。

所述初始化模块执行如下操作：

风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组变量：当前需求并网有功功率P₁、转速V、转矩T₂及频率变化率df/dt；所述转速V为风电机组实时机械转速，所述转矩T₂为风电机组的控制器计算得到的转矩参考值，所述功率P₁为风电机组的控制器计算得到的需求并网有功功率值，所述频率变化率df/dt为风电机组的全功率变流器或双馈变频器采集电网侧三相电压瞬时值Ua、Ub、Uc后，利用全功率变流器或双馈变频器的锁相环(PLL)计算获得；检测风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号F1，当检测到F1＝0时，表示初始化完成，进入虚拟惯量启动判断，即进入虚拟惯量控制判断模块；当检测到F1＝1时,再次进入初始化；

所述虚拟惯量控制判断模块执行如下操作：

判断风电机组是否

如果是则执行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，否则风电机组虚拟惯量有功调节量命令值设置为0，即虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0，P_10min为风电机组10mins平均发电有功功率值,P_N为风电机组额定有功功率，

为启动功率百分比；其中，风电机组是否进入频率调节的死区范围判断具体如下：

若在死区范围内，则风电机组虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0，流程结束，若不在死区范围内，则进行虚拟惯量控制目标功率计算，即进入虚拟惯量控制目标功率计算模块；其中是否在死区范围内的判断方法如下：

当f_low≤f≤f_up，频率在死区范围内；

当f＜f_low或f＞f_up，频率在死区范围外，进入有功调频；

f为采集的电网同步频率值，f_low为频率死区下限值，f_up为频率死区上限值；若f＞f_up或f＜f_low，锁定并取值进入调频瞬间风电机组发电有功功率值P₀，进入虚拟惯量控制目标功率计算；

所述虚拟惯量控制目标功率计算模块采用如下公式：

式中，T_J为模拟传统同步发电机惯性时间常数，f_N为电网额定频率；

所述动能调节值限幅控制模块执行如下操作：

求取动能需求调节功率值ΔP_动能需求：

ΔP_动能需求＝(P₀+ΔP_虚拟惯量)-P₁

计算动能调节能力的最大值ΔP_{动能能力max}：

式中，T_{惯量剩余持续时间}＝T_{调节最大允许运行时间}-T_调节计时，T_{调节最大允许运行时间}由风电机组设计能力参数决定，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间，ΔP_{动能能力max}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最大值，J为风电机组的叶轮转动惯量,V_min为最小并网转速；

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力max}与factor*P_N取最小值，公式如下：

ΔP_动能max＝min(ΔP_{动能能力max},factor*P_N)

式中，factor为饱和系数；

计算惯量调节能力的最小值ΔP_{动能能力min}：

式中，ΔP_{动能能力min}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最小值，V_max为最大并网转速允许值；

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力min}与factor*P_N取最大值，公式如下：

ΔP_动能min＝max(ΔP_{动能能力min},factor*P_N)

判断ΔP_动能需求是否小于或等于0，如果确定小于或等于0，执行降功率动能限幅，否则执行升功率动能限幅；再进入目标功率值计算，公式如下：

P₂＝P₁+ΔP_动能执行

式中，P₂为风电机组的主控制策略功率控制目标值，ΔP_动能执行为最终下发执行动能调节值；

所述虚拟惯量启动控制模块执行如下操作：

风电机组的主控系统开始判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，主控系统会保持初始化状态；其中，边界条件为：

a、ΔP_虚拟惯量≠0；

b、桨距角Angle1<1°，所述桨距角Angle1为风电机组的叶片相对水平面角度；

c、转速V大于风电机组额定转速的Ω倍，Ω值由风电机组设计决定；

d、转矩T₁大于风电机组的发电机转矩最小值；

e、转速V持续下降，持续时间不超过t2，t2值由风电机组设计决定；

f、T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}；

g、输入的目标功率值

时，转速V大于风电机组的发电机最小并网同步转速V_min；

以上条件均满足时，则达到边界条件要求，任意一条不满足时，对变量F2赋值，所述F2为超出边界条件标志，F2＝0表示边界条件不满足，则主控系统返回初始化状态，直到边界条件满足时，对变量Mflag赋值，所述Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，Mflag＝1表示风电机组进入虚拟惯量控制；

所述虚拟惯量控制模块执行如下操作：

当风电机组进入虚拟惯量控制状态时，T_调节计时开始计时，主控系统会根据计算出的转矩值T₁，转矩值T₁需要限制在一个合适的范围内并设置最大转矩限定值T_max防止机组过载，并且需要限定转矩的变化率，以便转矩值以合适的速率进行变化，防止超过转矩的最大幅值，其中，T₁＝MIN(P₁/V，T_max)；

另外，为防止控制目标值突变导致风电机组载荷突增和大转速波动，需进行定步长控制，具体逻辑如下：

检测ΔT的值，ΔT为T₁与T₂的差值；当ΔT的值小于K倍转矩控制精度时，T₃＝T₂；当ΔT的值大于K倍转矩控制精度，T₁>T₂时,T₃＝T₁-T_步长；当T的值大于K倍转矩控制精度，T₁<T₂时,T₃＝T₁+T_步长；系数K根据风电机组控制参数设计确定，T_步长为每次调节转矩步长，由风电机组载荷和控制设计决定；最终下发转矩T₃给风电机组的全功率变流器或双馈变频器执行输出；

当T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}或f_low≤f≤f_up时，完成整个虚拟惯量控制，进入虚拟惯量控制退出。

进一步，所述降功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝max(ΔP_动能min，ΔP_动能需求)。

进一步，所述升功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝min(ΔP_动能max，ΔP_动能需求)。

本发明的第三目的通过下述技术方案实现：一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的风电机组虚拟惯量控制方法。

本发明的第四目的通过下述技术方案实现：一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的风电机组虚拟惯量控制方法。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明无需额外增加设备，节约虚拟惯量控制的成本。

2、利用风电机组自身的转动动能特性，不会增加风电机组的额外载荷。

3、本发明的功率快速跟踪电网频率变化，根据电网频率提供虚拟惯量支撑以提升电网稳定性。

总之，采用本发明可保证在风电机组能力范围内进行虚拟惯量控制，使风电机组具备虚拟惯量能力，同时防止风电机组因超出自身调节控制能力而过快退出虚拟惯量控制状态，并解决了风电机组不具备惯量支撑能力的问题，有利于风电机组的推广应用。

附图说明

图1为本发明系统架构图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例公开了一种风电机组虚拟惯量控制方法，步骤如下：

1)初始化状态：

风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组变量：当前需求并网有功功率P₁、转速V、转矩T₂及频率变化率df/dt；所述转速V为风电机组实时机械转速，所述转矩T₂为风电机组的控制器计算得到的转矩参考值，所述功率P₁为风电机组的控制器计算得到的需求并网有功功率值，所述频率变化率df/dt为风电机组的全功率变流器或双馈变频器采集电网侧三相电压瞬时值Ua、Ub、Uc后，利用全功率变流器或双馈变频器的锁相环(PLL)计算获得；检测风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号F1，当检测到F1＝0时，表示初始化完成，进入虚拟惯量控制判断；当检测到F1＝1时,再次进入初始化。

2)虚拟惯量控制判断：

2.1)判断风电机组是否

如果是则执行步骤2.2)，否则风电机组虚拟惯量有功调节量命令值设置为0，即虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0；其中，P_10min为风电机组10mins平均发电有功功率值,P_N为风电机组额定有功功率，

为启动功率百分比，默认值可取20％，可根据风电机组能力和调度要求设置。

2.2)进行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，若在死区范围内，则风电机组虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0，流程结束，若不在死区范围内，则进行步骤3)。其中，是否在死区范围内的判断方法如下：

当f_low≤f≤f_up，频率在死区范围内；

当f＜f_low或f＞f_up，频率在死区范围外，进入有功调频；

其中，f为采集的电网同步频率值，f_low为频率死区下限值，默认可取49.95Hz，f_up为频率死区上限值，默认值可取50.05Hz，具体根据当地电网调度要求进行设定。

若f＞f_up或f＜f_low，锁定并取值进入调频瞬间风电机组发电有功功率值P₀，进入步骤3)的虚拟惯量控制目标功率计算。

3)虚拟惯量控制目标功率计算：

计算虚拟惯量调节偏差值

式中，T_J为模拟传统同步发电机惯性时间常数，取值应在4s～12s范围内，推荐为5s；f_N为电网额定频率。

4)动能调节值限幅控制：

求取动能需求调节功率值ΔP_动能需求：

ΔP_动能需求＝(P₀+ΔP_虚拟惯量)-P₁

计算动能调节能力的最大值ΔP_{动能能力max}：

式中，T_{惯量剩余持续时间}＝T_{调节最大允许运行时间}-T_调节计时，T_{调节最大允许运行时间}由风电机组设计能力参数决定，推荐值为10s～15s，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间，ΔP_{动能能力max}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最大值，J为风电机组的叶轮转动惯量,V_min为最小并网转速，依据所使用的风电机组型号及参数设定。

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力max}与factor*P_N取最小值，公式如下：

ΔP_动能max＝min(ΔP_{动能能力max},factor*P_N)

式中，factor为饱和系数，可依据风电机组实际参数设定，建议取值为0.1。

计算惯量调节能力的最小值ΔP_{动能能力min}：

式中，ΔP_{动能能力min}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最小值，V_max为最大并网转速允许值，依据所使用的风电机组型号及参数设定。

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力min}与factor*P_N取最大值，公式如下：

ΔP_动能min＝max(ΔP_{动能能力min},factor*P_N)

判断ΔP_动能需求是否小于或等于0，如果确定小于或等于0，执行降功率动能限幅，否则执行升功率动能限幅；再进入目标功率值计算，公式如下：

P₂＝P₁+ΔP_动能执行

式中，P₂为风电机组的主控制策略功率控制目标值，ΔP_动能执行为最终下发执行动能调节值。

其中，降功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝max(ΔP_动能min，ΔP_动能需求)；升功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝min(ΔP_动能max，ΔP_动能需求)。

5)虚拟惯量启动控制：

风电机组的主控系统开始判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，主控系统会保持初始化状态；其中，边界条件为：

a、ΔP_虚拟惯量≠0；

b、桨距角Angle1<1°，所述桨距角Angle1为风电机组的叶片相对水平面角度，由风电机组的变桨系统通过旋转编码器采集计算获得，旋转编码器为增量式旋转编码器或绝对式旋转编码器；

c、转速V大于风电机组额定转速的Ω倍，Ω值由风电机组设计决定；

d、转矩T₁大于风电机组的发电机转矩最小值；

e、转速V持续下降，持续时间不超过t2，t2值由风电机组设计决定；

f、T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}；

g、输入的目标功率值

时，转速V大于风电机组的发电机最小并网同步转速V_min；

以上条件均满足时，则达到边界条件要求，任意一条不满足时，对变量F2赋值，所述F2为超出边界条件标志，F2＝0表示边界条件不满足，则主控系统返回初始化状态，直到边界条件满足时，对变量Mflag赋值，所述Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，Mflag＝1表示风电机组进入虚拟惯量控制。

6)虚拟惯量控制：

当风电机组进入虚拟惯量控制状态时，T_调节计时开始计时，主控系统会根据计算出的转矩值T₁，转矩值T₁需要限制在一个合适的范围内并设置最大转矩限定值T_max(T_max具体值根据风电机组载荷设计确定)防止机组过载，并且需要限定转矩的变化率，以便转矩值以合适的速率进行变化，防止超过转矩的最大幅值，其中，T₁＝MIN(P₁/V，T_max)；

另外，为防止控制目标值突变导致风电机组载荷突增和较大的转速波动，需进行定步长控制，具体逻辑如下：

检测ΔT的值，ΔT为T₁与T₂的差值；当ΔT的值小于K倍转矩控制精度时，T₃＝T₂；当ΔT的值大于K倍转矩控制精度，T₁>T₂时,T₃＝T₁-T_步长；当T的值大于K倍转矩控制精度，T₁<T₂时,T₃＝T₁+T_步长；系数K根据风电机组控制参数设计确定，T_步长为每次调节转矩步长，由风电机组载荷和控制设计决定；最终下发转矩T₃给风电机组的全功率变流器或双馈变频器执行输出；

当T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}或f_low≤f≤f_up时，完成整个虚拟惯量控制，进入虚拟惯量控制退出。

7)虚拟惯量控制退出：

在虚拟惯量控制退出状态下，将F1赋值为1，把ΔP_虚拟惯量、Mflag、T_调节计时赋值为0。

实施例2

本实施例公开了一种风电机组虚拟惯量控制系统，如图1所示，包括初始化模块、虚拟惯量控制判断模块、虚拟惯量控制目标功率计算模块、动能调节值限幅控制模块、虚拟惯量启动控制模块、虚拟惯量控制模块和虚拟惯量控制退出模块。

所述初始化模块执行如下操作：

风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组变量：当前需求并网有功功率P₁、转速V、转矩T₂及频率变化率df/dt；所述转速V为风电机组实时机械转速，所述转矩T₂为风电机组的控制器计算得到的转矩参考值，所述功率P₁为风电机组的控制器计算得到的需求并网有功功率值，所述频率变化率df/dt为风电机组的全功率变流器或双馈变频器采集电网侧三相电压瞬时值Ua、Ub、Uc后，利用全功率变流器或双馈变频器的锁相环(PLL)计算获得；检测风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号F1，当检测到F1＝0时，表示初始化完成，进入虚拟惯量启动判断，即进入虚拟惯量控制判断模块；当检测到F1＝1时,再次进入初始化。

所述虚拟惯量控制判断模块执行如下操作：

判断风电机组是否

如果是则执行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，否则风电机组虚拟惯量有功调节量命令值设置为0，即虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0，P_10min为风电机组10mins平均发电有功功率值,P_N为风电机组额定有功功率，

为启动功率百分比，默认值可取20％，可根据风电机组能力和调度要求设置。其中，风电机组是否进入频率调节的死区范围判断具体如下：

若在死区范围内，则风电机组虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0，流程结束，若不在死区范围内，则进行步骤3)。其中，是否在死区范围内的判断方法如下：

当f_low≤f≤f_up，频率在死区范围内；

当f＜f_low或f＞f_up，频率在死区范围外，进入有功调频；

其中，f为采集的电网同步频率值，f_low为频率死区下限值，默认可取49.95Hz，f_up为频率死区上限值，默认值可取50.05Hz，具体根据当地电网调度要求进行设定。

若f＞f_up或f＜f_low，锁定并取值进入调频瞬间风电机组发电有功功率值P₀，进入虚拟惯量控制目标功率计算模块。

所述虚拟惯量控制目标功率计算模块采用如下公式：

式中，T_J为模拟传统同步发电机惯性时间常数，取值应在4s～12s范围内，推荐为5s；f_N为电网额定频率。

所述动能调节值限幅控制模块执行如下操作：

求取动能需求调节功率值ΔP_动能需求：

ΔP_动能需求＝(P₀+ΔP_虚拟惯量)-P₁

计算动能调节能力的最大值ΔP_{动能能力max}：

式中，T_{惯量剩余持续时间}＝T_{调节最大允许运行时间}-T_调节计时，T_{调节最大允许运行时间}由风电机组设计能力参数决定，推荐值为10s～15s，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间，ΔP_{动能能力max}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最大值，J为风电机组的叶轮转动惯量,V_min为最小并网转速，依据所使用的风电机组型号及参数设定。

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力max}与factor*P_N取最小值，公式如下：

ΔP_动能max＝min(ΔP_{动能能力max},factor*P_N)

式中，factor为饱和系数，可依据风电机组实际参数设定，建议取值为0.1。

计算惯量调节能力的最小值ΔP_{动能能力min}：

式中，ΔP_{动能能力min}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最小值，V_max为最大并网转速允许值，依据所使用的风电机组型号及参数设定。

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力min}与factor*P_N取最大值，公式如下：

ΔP_动能min＝max(ΔP_{动能能力min},factor*P_N)

判断ΔP_动能需求是否小于或等于0，如果确定小于或等于0，执行降功率动能限幅，否则执行升功率动能限幅；再进入目标功率值计算，公式如下：

P₂＝P₁+ΔP_动能执行

式中，P₂为风电机组的主控制策略功率控制目标值，ΔP_动能执行为最终下发执行动能调节值。

其中，降功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝max(ΔP_动能min，ΔP_动能需求)；升功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝min(ΔP_动能max，ΔP_动能需求)。

所述虚拟惯量启动控制模块执行如下操作：

风电机组的主控系统开始判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，主控系统会保持初始化状态；其中，边界条件为：

a、ΔP_虚拟惯量≠0；

b、桨距角Angle1<1°，所述桨距角Angle1为风电机组的叶片相对水平面角度，由风电机组的变桨系统通过旋转编码器采集计算获得，旋转编码器为增量式旋转编码器或绝对式旋转编码器；

c、转速V大于风电机组额定转速的Ω倍，Ω值由风电机组设计决定；

d、转矩T₁大于风电机组的发电机转矩最小值；

e、转速V持续下降，持续时间不超过t2，t2值由风电机组设计决定；

f、T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}；

g、输入的目标功率值

时，转速V大于风电机组的发电机最小并网同步转速V_min；

以上条件均满足时，则达到边界条件要求，任意一条不满足时，对变量F2赋值，所述F2为超出边界条件标志，F2＝0表示边界条件不满足，则主控系统返回初始化状态，直到边界条件满足时，对变量Mflag赋值，所述Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，Mflag＝1表示风电机组进入虚拟惯量控制。

所述虚拟惯量控制模块执行如下操作：

当风电机组进入虚拟惯量控制状态时，T_调节计时开始计时，主控系统会根据计算出的转矩值T₁，转矩值T₁需要限制在一个合适的范围内并设置最大转矩限定值T_max(T_max具体值根据风电机组载荷设计确定)防止机组过载，并且需要限定转矩的变化率，以便转矩值以合适的速率进行变化，防止超过转矩的最大幅值，其中，T₁＝MIN(P₁/V，T_max)；

另外，为防止控制目标值突变导致风电机组载荷突增和较大的转速波动，需进行定步长控制，具体逻辑如下：

检测ΔT的值，ΔT为T₁与T₂的差值；当ΔT的值小于K倍转矩控制精度时，T₃＝T₂；当ΔT的值大于K倍转矩控制精度，T₁>T₂时,T₃＝T₁-T_步长；当T的值大于K倍转矩控制精度，T₁<T₂时,T₃＝T₁+T_步长；系数K根据风电机组控制参数设计确定，T_步长为每次调节转矩步长，由风电机组载荷和控制设计决定；最终下发转矩T₃给风电机组的全功率变流器或双馈变频器执行输出；

当T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}或f_low≤f≤f_up时，完成整个虚拟惯量控制，进入虚拟惯量控制退出模块。

所述虚拟惯量控制退出模块用于在虚拟惯量控制退出状态下将F1赋值为1，把ΔP_虚拟惯量、Mflag、T_调节计时赋值为0。

实施例3

本实施例公开了一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现实施例1所述的风电机组虚拟惯量控制方法，具体如下：

1)初始化状态：

风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组变量：当前需求并网有功功率P₁、转速V、转矩T₂及频率变化率df/dt；所述转速V为风电机组实时机械转速，所述转矩T₂为风电机组的控制器计算得到的转矩参考值，所述功率P₁为风电机组的控制器计算得到的需求并网有功功率值，所述频率变化率df/dt为风电机组的全功率变流器或双馈变频器采集电网侧三相电压瞬时值Ua、Ub、Uc后，利用全功率变流器或双馈变频器的锁相环(PLL)计算获得；检测风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号F1，当检测到F1＝0时，表示初始化完成，进入虚拟惯量控制判断；当检测到F1＝1时,再次进入初始化。

2)虚拟惯量控制判断：

2.1)判断风电机组是否

如果是则执行步骤2.2)，否则风电机组虚拟惯量有功调节量命令值设置为0，即虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0；其中，P_10min为风电机组10mins平均发电有功功率值,P_N为风电机组额定有功功率，

为启动功率百分比，默认值可取20％，可根据风电机组能力和调度要求设置。

2.2)进行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，若在死区范围内，则风电机组虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0，流程结束，若不在死区范围内，则进行步骤3)。其中，是否在死区范围内的判断方法如下：

当f_low≤f≤f_up，频率在死区范围内；

当f＜f_low或f＞f_up，频率在死区范围外，进入有功调频；

其中，f为采集的电网同步频率值，f_low为频率死区下限值，默认可取49.95Hz，f_up为频率死区上限值，默认值可取50.05Hz，具体根据当地电网调度要求进行设定。

若f＞f_up或f＜f_low，锁定并取值进入调频瞬间风电机组发电有功功率值P₀，进入步骤3)的虚拟惯量控制目标功率计算。

3)虚拟惯量控制目标功率计算：

计算虚拟惯量调节偏差值

式中，T_J为模拟传统同步发电机惯性时间常数，取值应在4s～12s范围内，推荐为5s；f_N为电网额定频率。

4)动能调节值限幅控制：

求取动能需求调节功率值ΔP_动能需求：

ΔP_动能需求＝(P₀+ΔP_虚拟惯量)-P₁

计算动能调节能力的最大值ΔP_{动能能力max}：

式中，T_{惯量剩余持续时间}＝T_{调节最大允许运行时间}-T_调节计时，T_{调节最大允许运行时间}由风电机组设计能力参数决定，推荐值为10s～15s，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间，ΔP_{动能能力max}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最大值，J为风电机组的叶轮转动惯量,V_min为最小并网转速，依据所使用的风电机组型号及参数设定。

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力max}与factor*P_N取最小值，公式如下：

ΔP_动能max＝min(ΔP_{动能能力max},factor*P_N)

式中，factor为饱和系数，可依据风电机组实际参数设定，建议取值为0.1。

计算惯量调节能力的最小值ΔP_{动能能力min}：

式中，ΔP_{动能能力min}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最小值，V_max为最大并网转速允许值，依据所使用的风电机组型号及参数设定。

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力min}与factor*P_N取最大值，公式如下：

ΔP_动能min＝max(ΔP_{动能能力min},factor*P_N)

判断ΔP_动能需求是否小于或等于0，如果确定小于或等于0，执行降功率动能限幅，否则执行升功率动能限幅；再进入目标功率值计算，公式如下：

P₂＝P₁+ΔP_动能执行

式中，P₂为风电机组的主控制策略功率控制目标值，ΔP_动能执行为最终下发执行动能调节值。

其中，降功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝max(ΔP_动能min，ΔP_动能需求)；升功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝min(ΔP_动能max，ΔP_动能需求)。

5)虚拟惯量启动控制：

风电机组的主控系统开始判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，主控系统会保持初始化状态；其中，边界条件为：

a、ΔP_虚拟惯量≠0；

b、桨距角Angle1<1°，所述桨距角Angle1为风电机组的叶片相对水平面角度，由风电机组的变桨系统通过旋转编码器采集计算获得，旋转编码器为增量式旋转编码器或绝对式旋转编码器；

c、转速V大于风电机组额定转速的Ω倍，Ω值由风电机组设计决定；

d、转矩T₁大于风电机组的发电机转矩最小值；

e、转速V持续下降，持续时间不超过t2，t2值由风电机组设计决定；

f、T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}；

g、输入的目标功率值

时，转速V大于风电机组的发电机最小并网同步转速V_min；

以上条件均满足时，则达到边界条件要求，任意一条不满足时，对变量F2赋值，所述F2为超出边界条件标志，F2＝0表示边界条件不满足，则主控系统返回初始化状态，直到边界条件满足时，对变量Mflag赋值，所述Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，Mflag＝1表示风电机组进入虚拟惯量控制。

6)虚拟惯量控制：

当风电机组进入虚拟惯量控制状态时，T_调节计时开始计时，主控系统会根据计算出的转矩值T₁，转矩值T₁需要限制在一个合适的范围内并设置最大转矩限定值T_max(T_max具体值根据风电机组载荷设计确定)防止机组过载，并且需要限定转矩的变化率，以便转矩值以合适的速率进行变化，防止超过转矩的最大幅值，其中，T₁＝MIN(P₁/V，T_max)；

另外，为防止控制目标值突变导致风电机组载荷突增和较大的转速波动，需进行定步长控制，具体逻辑如下：

检测ΔT的值，ΔT为T₁与T₂的差值；当ΔT的值小于K倍转矩控制精度时，T₃＝T₂；当ΔT的值大于K倍转矩控制精度，T₁>T₂时,T₃＝T₁-T_步长；当T的值大于K倍转矩控制精度，T₁<T₂时,T₃＝T₁+T_步长；系数K根据风电机组控制参数设计确定，T_步长为每次调节转矩步长，由风电机组载荷和控制设计决定；最终下发转矩T₃给风电机组的全功率变流器或双馈变频器执行输出；

当T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}或f_low≤f≤f_up时，完成整个虚拟惯量控制，进入虚拟惯量控制退出。

7)虚拟惯量控制退出：

在虚拟惯量控制退出状态下，将F1赋值为1，把ΔP_虚拟惯量、Mflag、T_调节计时赋值为0。

本实施例中的存储介质可以是磁盘、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、U盘、移动硬盘等介质。

实施例4

本实施例公开了一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现实施例1所述的风电机组虚拟惯量控制方法，具体如下：

1)初始化状态：

风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组变量：当前需求并网有功功率P₁、转速V、转矩T₂及频率变化率df/dt；所述转速V为风电机组实时机械转速，所述转矩T₂为风电机组的控制器计算得到的转矩参考值，所述功率P₁为风电机组的控制器计算得到的需求并网有功功率值，所述频率变化率df/dt为风电机组的全功率变流器或双馈变频器采集电网侧三相电压瞬时值Ua、Ub、Uc后，利用全功率变流器或双馈变频器的锁相环(PLL)计算获得；检测风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号F1，当检测到F1＝0时，表示初始化完成，进入虚拟惯量控制判断；当检测到F1＝1时,再次进入初始化。

2)虚拟惯量控制判断：

2.1)判断风电机组是否

如果是则执行步骤2.2)，否则风电机组虚拟惯量有功调节量命令值设置为0，即虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0；其中，P_10min为风电机组10mins平均发电有功功率值,P_N为风电机组额定有功功率，

为启动功率百分比，默认值可取20％，可根据风电机组能力和调度要求设置。

2.2)进行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，若在死区范围内，则风电机组虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0，流程结束，若不在死区范围内，则进行步骤3)。其中，是否在死区范围内的判断方法如下：

当f_low≤f≤f_up，频率在死区范围内；

当f＜f_low或f＞f_up，频率在死区范围外，进入有功调频；

其中，f为采集的电网同步频率值，f_low为频率死区下限值，默认可取49.95Hz，f_up为频率死区上限值，默认值可取50.05Hz，具体根据当地电网调度要求进行设定。

若f＞f_up或f＜f_low，锁定并取值进入调频瞬间风电机组发电有功功率值P₀，进入步骤3)的虚拟惯量控制目标功率计算。

3)虚拟惯量控制目标功率计算：

计算虚拟惯量调节偏差值

式中，T_J为模拟传统同步发电机惯性时间常数，取值应在4s～12s范围内，推荐为5s；f_N为电网额定频率。

4)动能调节值限幅控制：

求取动能需求调节功率值ΔP_动能需求：

ΔP_动能需求＝(P₀+ΔP_虚拟惯量)-P₁

计算动能调节能力的最大值ΔP_{动能能力max}：

式中，T_{惯量剩余持续时间}＝T_{调节最大允许运行时间}-T_调节计时，T_{调节最大允许运行时间}由风电机组设计能力参数决定，推荐值为10s～15s，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间，ΔP_{动能能力max}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最大值，J为风电机组的叶轮转动惯量,V_min为最小并网转速，依据所使用的风电机组型号及参数设定。

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力max}与factor*P_N取最小值，公式如下：

ΔP_动能max＝min(ΔP_{动能能力max},factor*P_N)

式中，factor为饱和系数，可依据风电机组实际参数设定，建议取值为0.1。

计算惯量调节能力的最小值ΔP_{动能能力min}：

式中，ΔP_{动能能力min}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最小值，V_max为最大并网转速允许值，依据所使用的风电机组型号及参数设定。

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力min}与factor*P_N取最大值，公式如下：

ΔP_动能min＝max(ΔP_{动能能力min},factor*P_N)

判断ΔP_动能需求是否小于或等于0，如果确定小于或等于0，执行降功率动能限幅，否则执行升功率动能限幅；再进入目标功率值计算，公式如下：

P₂＝P₁+ΔP_动能执行

式中，P₂为风电机组的主控制策略功率控制目标值，ΔP_动能执行为最终下发执行动能调节值。

其中，降功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝max(ΔP_动能min，ΔP_动能需求)；升功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝min(ΔP_动能max，ΔP_动能需求)。

5)虚拟惯量启动控制：

风电机组的主控系统开始判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，主控系统会保持初始化状态；其中，边界条件为：

a、ΔP_虚拟惯量≠0；

b、桨距角Angle1<1°，所述桨距角Angle1为风电机组的叶片相对水平面角度，由风电机组的变桨系统通过旋转编码器采集计算获得，旋转编码器为增量式旋转编码器或绝对式旋转编码器；

c、转速V大于风电机组额定转速的Ω倍，Ω值由风电机组设计决定；

d、转矩T₁大于风电机组的发电机转矩最小值；

e、转速V持续下降，持续时间不超过t2，t2值由风电机组设计决定；

f、T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}；

g、输入的目标功率值

时，转速V大于风电机组的发电机最小并网同步转速V_min；

以上条件均满足时，则达到边界条件要求，任意一条不满足时，对变量F2赋值，所述F2为超出边界条件标志，F2＝0表示边界条件不满足，则主控系统返回初始化状态，直到边界条件满足时，对变量Mflag赋值，所述Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，Mflag＝1表示风电机组进入虚拟惯量控制。

6)虚拟惯量控制：

当风电机组进入虚拟惯量控制状态时，T_调节计时开始计时，主控系统会根据计算出的转矩值T₁，转矩值T₁需要限制在一个合适的范围内并设置最大转矩限定值T_max(T_max具体值根据风电机组载荷设计确定)防止机组过载，并且需要限定转矩的变化率，以便转矩值以合适的速率进行变化，防止超过转矩的最大幅值，其中，T₁＝MIN(P₁/V，T_max)；

另外，为防止控制目标值突变导致风电机组载荷突增和较大的转速波动，需进行定步长控制，具体逻辑如下：

检测ΔT的值，ΔT为T₁与T₂的差值；当ΔT的值小于K倍转矩控制精度时，T₃＝T₂；当ΔT的值大于K倍转矩控制精度，T₁>T₂时,T₃＝T₁-T_步长；当T的值大于K倍转矩控制精度，T₁<T₂时,T₃＝T₁+T_步长；系数K根据风电机组控制参数设计确定，T_步长为每次调节转矩步长，由风电机组载荷和控制设计决定；最终下发转矩T₃给风电机组的全功率变流器或双馈变频器执行输出；

当T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}或f_low≤f≤f_up时，完成整个虚拟惯量控制，进入虚拟惯量控制退出。

7)虚拟惯量控制退出：

在虚拟惯量控制退出状态下，将F1赋值为1，把ΔP_虚拟惯量、Mflag、T_调节计时赋值为0。

本实施例中所述的计算设备可以是台式电脑、笔记本电脑、智能手机、PDA手持终端、平板电脑、可编程逻辑控制器(PLC，Programmable Logic Controller)、或其它具有处理器功能的终端设备。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电机组虚拟惯量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)初始化状态：

风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组运行各变量；

2)虚拟惯量控制判断：

进行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，当超出死区范围时进入虚拟惯量控制目标功率计算，否则风电机组虚拟惯量调节偏差值设置为0；

3)虚拟惯量控制目标功率计算：

计算风电机组的虚拟惯量调节偏差值；

4)动能调节值限幅控制：

求取动能需求调节功率值，并对最终下发执行动能调节值进行限幅，并下发；

5)虚拟惯量启动控制：

通过风电机组的控制器判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，控制器会保持初始化状态，如满足进入虚拟惯量控制；

6)虚拟惯量控制：

给风电机组的全功率变流器或变频器下发转矩参考值指令，并计时，当计时时间超过设定值或检测频率恢复到死区范围内时，进入虚拟惯量控制退出；

7)虚拟惯量控制退出：

在虚拟惯量控制退出状态下，将F1赋值为1，把ΔP_虚拟惯量、Mflag、T_调节计时赋值为0；其中，F1为风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号，ΔP_虚拟惯量为风电机组的虚拟惯量调节偏差值，Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组虚拟惯量控制方法，其特征在于：

在步骤1)中，风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组变量：当前需求并网有功功率P₁、转速V、转矩T₂及频率变化率df/dt；所述转速V为风电机组实时机械转速，所述转矩T₂为风电机组的控制器计算得到的转矩参考值，所述功率P₁为风电机组的控制器计算得到的需求并网有功功率值，所述频率变化率df/dt为风电机组的全功率变流器或双馈变频器采集电网侧三相电压瞬时值Ua、Ub、Uc后，利用全功率变流器或双馈变频器的锁相环(PLL)计算获得；检测风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号F1，当检测到F1＝0时，表示初始化完成，进入虚拟惯量控制判断；当检测到F1＝1时,再次进入初始化；

在步骤2)中，所述虚拟惯量控制判断执行如下过程：

2.1)判断风电机组是否

如果是则执行步骤2.2)，否则风电机组虚拟惯量有功调节量命令值设置为0，即虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0；其中，P_10min为风电机组10mins平均发电有功功率值,P_N为风电机组额定有功功率，

为启动功率百分比；

2.2)进行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，若在死区范围内，则风电机组虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0，流程结束，若不在死区范围内，则进行步骤3)；其中，是否在死区范围内的判断方法如下：

当f_low≤f≤f_up，频率在死区范围内；

当

或

频率在死区范围外，进入有功调频；

其中，f为采集的电网同步频率值，f_low为频率死区下限值，f_up为频率死区上限值；

若

或

锁定并取值进入调频瞬间风电机组发电有功功率值P₀，进入步骤3)的虚拟惯量控制目标功率计算；

在步骤3)中，所述虚拟惯量控制目标功率计算采用如下公式：

式中，T_J为模拟传统同步发电机惯性时间常数，f_N为电网额定频率；

在步骤4)中，所述动能调节值限幅控制执行如下过程：

求取动能需求调节功率值ΔP_动能需求：

ΔP_动能需求＝(P₀+ΔP_虚拟惯量)-P₁

计算动能调节能力的最大值ΔP_{动能能力max}：

式中，T_{惯量剩余持续时间}＝T_{调节最大允许运行时间}-T_调节计时，T_{调节最大允许运行时间}由风电机组设计能力参数决定，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间，ΔP_{动能能力max}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最大值，J为风电机组的叶轮转动惯量,V_min为最小并网转速；

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力max}与factor*P_N取最小值，公式如下：

ΔP_动能max＝min(ΔP_{动能能力max},factor*P_N)

式中，factor为饱和系数；

计算惯量调节能力的最小值ΔP_{动能能力min}：

式中，ΔP_{动能能力min}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最小值，V_max为最大并网转速允许值；

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力min}与factor*P_N取最大值，公式如下：

ΔP_动能min＝max(ΔP_{动能能力min},factor*P_N)

判断ΔP_动能需求是否小于或等于0，如果确定小于或等于0，执行降功率动能限幅，否则执行升功率动能限幅；再进入目标功率值计算，公式如下：

P₂＝P₁+ΔP_动能执行

式中，P₂为风电机组的主控制策略功率控制目标值，ΔP_动能执行为最终下发执行动能调节值；

在步骤5)中，所述虚拟惯量启动控制执行如下过程：

风电机组的主控系统开始判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，主控系统会保持初始化状态；其中，边界条件为：

a、ΔP_虚拟惯量≠0；

b、桨距角Angle1<1°，所述桨距角Angle1为风电机组的叶片相对水平面角度；

c、转速V大于风电机组额定转速的Ω倍，Ω值由风电机组设计决定；

d、转矩T₁大于风电机组的发电机转矩最小值；

e、转速V持续下降，持续时间不超过t2，t2值由风电机组设计决定；

f、T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}；

g、输入的目标功率值

时，转速V大于风电机组的发电机最小并网同步转速V_min；

以上条件均满足时，则达到边界条件要求，任意一条不满足时，对变量F2赋值，所述F2为超出边界条件标志，F2＝0表示边界条件不满足，则主控系统返回初始化状态，直到边界条件满足时，对变量Mflag赋值，所述Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，Mflag＝1表示风电机组进入虚拟惯量控制；

在步骤6)中，所述虚拟惯量控制执行如下过程：

当风电机组进入虚拟惯量控制状态时，T_调节计时开始计时，主控系统会根据计算出的转矩值T₁，转矩值T₁需要限制在一个合适的范围内并设置最大转矩限定值T_max防止机组过载，并且需要限定转矩的变化率，以便转矩值以合适的速率进行变化，防止超过转矩的最大幅值，其中，T₁＝MIN(P₁/V，T_max)；

另外，为防止控制目标值突变导致风电机组载荷突增和大转速波动，需进行定步长控制，具体逻辑如下：

检测ΔT的值，ΔT为T₁与T₂的差值；当ΔT的值小于K倍转矩控制精度时，T₃＝T₂；当ΔT的值大于K倍转矩控制精度，T₁>T₂时,T₃＝T₁-T_步长；当T的值大于K倍转矩控制精度，T₁<T₂时,T₃＝T₁+T_步长；系数K根据风电机组控制参数设计确定，T_步长为每次调节转矩步长，由风电机组载荷和控制设计决定；最终下发转矩T₃给风电机组的全功率变流器或双馈变频器执行输出；

当T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}或f_low≤f≤f_up时，完成整个虚拟惯量控制，进入步骤7)的虚拟惯量控制退出。

3.根据权利要求2所述的一种风电机组虚拟惯量控制方法，其特征在于：所述降功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝max(ΔP_动能min，ΔP_动能需求)。

4.根据权利要求2所述的一种风电机组虚拟惯量控制方法，其特征在于：所述升功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝min(ΔP_动能max，ΔP_动能需求)。

5.一种风电机组虚拟惯量控制系统，其特征在于，包括初始化模块、虚拟惯量控制判断模块、虚拟惯量控制目标功率计算模块、动能调节值限幅控制模块、虚拟惯量启动控制模块、虚拟惯量控制模块和虚拟惯量控制退出模块；

所述初始化模块用于风电机组上电后自检，当风电机组安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组运行各变量；

所述虚拟惯量控制判断模块用于判断风电机组是否进入频率调节的死区范围，当超出死区范围时进入虚拟惯量控制目标功率计算模块，否则风电机组虚拟惯量调节偏差值设置为0；

所述虚拟惯量控制目标功率计算模块用于计算虚拟惯量调节偏差值；

所述动能调节值限幅控制模块用于求取动能需求调节功率值，并对最终下发执行动能调节值进行限幅，并下发；

所述虚拟惯量启动控制模块利用风电机组的控制器判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，控制器会保持初始化状态，如满足则进入虚拟惯量控制模块；

所述虚拟惯量控制模块用于给风电机组的全功率变流器或变频器下发转矩参考值指令，并计时，当计时时间超过设定值或检测频率恢复到死区范围内时进入虚拟惯量控制退出模块；

所述虚拟惯量控制退出模块用于在虚拟惯量控制退出状态下将F1赋值为1，把ΔP_虚拟惯量、Mflag、T_调节计时赋值为0；其中，F1为风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号，ΔP_虚拟惯量为风电机组的虚拟惯量调节偏差值，Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间。

6.根据权利要求5所述的一种风电机组虚拟惯量控制系统，其特征在于：

所述初始化模块执行如下操作：

风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组变量：当前需求并网有功功率P₁、转速V、转矩T₂及频率变化率df/dt；所述转速V为风电机组实时机械转速，所述转矩T₂为风电机组的控制器计算得到的转矩参考值，所述功率P₁为风电机组的控制器计算得到的需求并网有功功率值，所述频率变化率df/dt为风电机组的全功率变流器或双馈变频器采集电网侧三相电压瞬时值Ua、Ub、Uc后，利用全功率变流器或双馈变频器的锁相环(PLL)计算获得；检测风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号F1，当检测到F1＝0时，表示初始化完成，进入虚拟惯量启动判断，即进入虚拟惯量控制判断模块；当检测到F1＝1时,再次进入初始化；

所述虚拟惯量控制判断模块执行如下操作：

判断风电机组是否

如果是则执行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，否则风电机组虚拟惯量有功调节量命令值设置为0，即虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0，P_10min为风电机组10mins平均发电有功功率值,P_N为风电机组额定有功功率，

为启动功率百分比；其中，风电机组是否进入频率调节的死区范围判断具体如下：

若在死区范围内，则风电机组虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0，流程结束，若不在死区范围内，则进行虚拟惯量控制目标功率计算，即进入虚拟惯量控制目标功率计算模块；其中是否在死区范围内的判断方法如下：

当f_low≤f≤f_up，频率在死区范围内；

当

或

频率在死区范围外，进入有功调频；

f为采集的电网同步频率值，f_low为频率死区下限值，f_up为频率死区上限值；若

或

锁定并取值进入调频瞬间风电机组发电有功功率值P₀，进入虚拟惯量控制目标功率计算；

所述虚拟惯量控制目标功率计算模块采用如下公式：

式中，T_J为模拟传统同步发电机惯性时间常数，f_N为电网额定频率；

所述动能调节值限幅控制模块执行如下操作：

求取动能需求调节功率值ΔP_动能需求：

ΔP_动能需求＝(P₀+ΔP_虚拟惯量)-P₁

计算动能调节能力的最大值ΔP_{动能能力max}：

式中，T_{惯量剩余持续时间}＝T_{调节最大允许运行时间}-T_调节计时，T_{调节最大允许运行时间}由风电机组设计能力参数决定，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间，ΔP_{动能能力max}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最大值，J为风电机组的叶轮转动惯量,V_min为最小并网转速；

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力max}与factor*P_N取最小值，公式如下：

ΔP_动能max＝min(ΔP_{动能能力max},factor*P_N)

式中，factor为饱和系数；

计算惯量调节能力的最小值ΔP_{动能能力min}：

式中，ΔP_{动能能力min}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最小值，V_max为最大并网转速允许值；

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力min}与factor*P_N取最大值，公式如下：

ΔP_动能min＝max(ΔP_{动能能力min},factor*P_N)

判断ΔP_动能需求是否小于或等于0，如果确定小于或等于0，执行降功率动能限幅，否则执行升功率动能限幅；再进入目标功率值计算，公式如下：

P₂＝P₁+ΔP_动能执行

式中，P₂为风电机组的主控制策略功率控制目标值，ΔP_动能执行为最终下发执行动能调节值；

所述虚拟惯量启动控制模块执行如下操作：

风电机组的主控系统开始判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，主控系统会保持初始化状态；其中，边界条件为：

a、ΔP_虚拟惯量≠0；

b、桨距角Angle1<1°，所述桨距角Angle1为风电机组的叶片相对水平面角度；

c、转速V大于风电机组额定转速的Ω倍，Ω值由风电机组设计决定；

d、转矩T₁大于风电机组的发电机转矩最小值；

e、转速V持续下降，持续时间不超过t2，t2值由风电机组设计决定；

f、T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}；

g、输入的目标功率值

时，转速V大于风电机组的发电机最小并网同步转速V_min；

以上条件均满足时，则达到边界条件要求，任意一条不满足时，对变量F2赋值，所述F2为超出边界条件标志，F2＝0表示边界条件不满足，则主控系统返回初始化状态，直到边界条件满足时，对变量Mflag赋值，所述Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，Mflag＝1表示风电机组进入虚拟惯量控制；

所述虚拟惯量控制模块执行如下操作：

当风电机组进入虚拟惯量控制状态时，T_调节计时开始计时，主控系统会根据计算出的转矩值T₁，转矩值T₁需要限制在一个合适的范围内并设置最大转矩限定值T_max防止机组过载，并且需要限定转矩的变化率，以便转矩值以合适的速率进行变化，防止超过转矩的最大幅值，其中，T₁＝MIN(P₁/V，T_max)；

另外，为防止控制目标值突变导致风电机组载荷突增和大转速波动，需进行定步长控制，具体逻辑如下：

检测ΔT的值，ΔT为T₁与T₂的差值；当ΔT的值小于K倍转矩控制精度时，T₃＝T₂；当ΔT的值大于K倍转矩控制精度，T₁>T₂时,T₃＝T₁-T_步长；当T的值大于K倍转矩控制精度，T₁<T₂时,T₃＝T₁+T_步长；系数K根据风电机组控制参数设计确定，T_步长为每次调节转矩步长，由风电机组载荷和控制设计决定；最终下发转矩T₃给风电机组的全功率变流器或双馈变频器执行输出；

当T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}或f_low≤f≤f_up时，完成整个虚拟惯量控制，进入虚拟惯量控制退出。

7.根据权利要求6所述的一种风电机组虚拟惯量控制系统，其特征在于：所述降功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝max(ΔP_动能min，ΔP_动能需求)。

8.根据权利要求6所述的一种风电机组虚拟惯量控制系统，其特征在于：所述升功率动能限幅采用的公式为：ΔP_动能执行＝min(ΔP_动能max，ΔP_动能需求)。

9.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1至4中任一项所述的风电机组虚拟惯量控制方法。

10.一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1至4中任一项所述的风电机组虚拟惯量控制方法。

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