CN112350381A - 一种pmsg风机mppt运行时的分时协调控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法及系统，涉及风力发电技术领域，其技术方案要点是：电网侧变流器的定直流电压控制根据直流电压参考值控制PMSG风机调频；发电机侧变流器的定功率控制根据加入转子虚拟惯性控制后的功率参考值控制PMSG风机调频；发电机侧变流器的定功率控制根据加入下垂控制后新的功率参考值控制PMSG风机调频；根据直流电容虚拟惯性控制所能覆盖的频率偏差范围协调以直流电容虚拟惯性控制实现直流电容静电能参与频率调节、以转子虚拟惯性控制和自适应下垂控制实现转子动能参与频率调节的优先级。本发明能够减小风机因为参与频率调节而损失的风能，提高风能的利用率，从减小风机因为调频而损失风能的角度，分时协调控制优于同时协调控制。

Description

一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法及系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地说，它涉及一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法及系统。

背景技术

与同步发电机不同，永磁直驱风机(permanent magnet synchronous generator，PMSG)通过电力电子变流器接入电网，并通常采用基于锁相环的同步矢量控制方式，这导致风机的转速与电网频率呈现出解耦状态，风机转子的旋转惯量被隐藏了，不能响应频率的变化，无法参与频率的调节。并且变速风机输出的功率通常由最大功率点跟踪(MaximumPower Point Tracking，MPPT)控制，因此不具备有功备用，不能在系统变化时提供类似于常规机组的频率调节服务。随着风电在系统中的渗透率不断增加，传统的同步发电机将会逐步被变速风机部分替代，电力系统的惯量将会减少，这将显著地影响频率的动态行为，恶化频率的响应特性，给频率的稳定与控制带来严峻的挑战。

风机运行在MPPT控制时，转子旋转的动能和直流电容中的静电能都可以提供频率支撑，都是通过变流器PWM控制实现的，响应速度都很快。前者转子动能提供频率支撑的优势是所储备的能量比后者多，但受风速和转子转速的影响大，提供频率支撑时，转速会改变，风机会偏移MPPT运行，风机存在低速脱网的风险，无论转速上升还是下降，风机捕获的能量都会减少。后者直流电容静电能提供虚拟惯性的优势是将频率微分转化为了频率偏差，不需要对频率求导，并且提供频率支撑时不会影响风机MPPT运行，但正常容量的直流电容所储备的能量有限，需要增加电容容量来提供所需的虚拟惯性。

为此，一些学者提出了利用两种能量提供频率支撑，但主要集中在同时利用两种能量。文献(Li Y，Xu Z，Wong K P.Advanced control strategies of PMSG based windturbines for system inertia support[J].IEEE Transactions on Power Systems，2017，32(4)：2017.)提出一种首先利用直流电容静电能再利用转子动能调频的级联控制(cascading control)，但控制效果并不理想，因为在两种能量切换的过程中，风机输出的附加功率为零，并且会导致功率震荡。因此，深入研究在满足频率调节需求的前提下，如何协调风机转子动能和直流静电能参与频率调节来减少风机因参与调频而损失的风能具有重要意义。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法及系统，能够使PMSG风机在满足调频需求的同时尽量减少损失的风能，提高风能利用率,同时避免引起功率振荡等的稳定性问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，提供了一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法，包括以下步骤：

直流电容虚拟惯性控制：建立直流电压和交流频率的耦合关系，根据耦合关系计算得到直流电压参考值，电网侧变流器的定直流电压控制根据直流电压参考值控制PMSG风机调频；

转子虚拟惯性控制：根据频率变化的斜率计算得到功率参考值，发电机侧变流器的定功率控制根据得到的功率参考值控制PMSG风机调频；

自适应下垂控制：根据频率偏差计算得到下垂控制后新的功率参考值，发电机侧变流器的定功率控制根据加入下垂控制后新的功率参考值控制PMSG风机调频；

分时协调控制：根据直流电容虚拟惯性控制所能覆盖的频率偏差范围协调以直流电容虚拟惯性控制实现直流电容静电能参与频率调节、以转子虚拟惯性控制和自适应下垂控制实现转子动能参与频率调节的优先级。

进一步的，所述直流电压参考值计算具体为：

式中，V^* _dc为直流电压参考值，H_dc为直流虚拟惯性时间常数，f₀为系统扰动前正常运行的交流频率，V_dc0为系统扰动前正常运行的直流电压，f为锁相环测量的频率信息，C为标幺值下的等效电容值。

进一步的，所述直流虚拟惯性时间常数计算具体为：

式中，ΔV_max为最大允许的直流电压偏差，Δf_V为直流电容虚拟惯性控制覆盖的频率范围。

进一步的，所述加入转子虚拟惯性控制后的功率参考值计算具体为：

式中，P_refV为加入转子虚拟惯性控制的功率参考值，P_opt为风机工作在最大功率点时有功功率参考值，ΔP_RVIC为与频率的导数成正比的附加功率，H_RVIC为转子虚拟惯性时间常数。

进一步的，所述下加入垂控制后新的功率参考值计算具体为：

P_refD＝P_opt+ΔP_D＝P_opt-K_D(f-f₀)

式中，P_refD为加入下垂控制后新的功率参考值，ΔP_D为下垂控制的附加功率，K_D为下垂系数。

进一步的，所述下垂系数根据频率偏差进行调整：

当频率偏差大时，下垂系数大；当频率偏差小时，下垂系数小；具体为：

式中，|Δf|为频率偏差的绝对值，

为|Δf|的最小值，

为|Δf|的最大值，K_min为下垂系数的最小值，K_max为下垂系数的最大值。

进一步的，所述有功功率参考值P_opt计算具体为：

式中，ρ为空气密度，R为风机叶片半径，v_w为风速，λ_opt为叶尖速比λ取最佳值，β为桨距角，ω_r为风机转子转速，C_p为风机的风能利用系数，C_p ^max为C_p取最大值，k_opt为风机运行在最大功率跟踪时的功率曲线系数。

进一步的，所述分时协调控制的策略具体为：直流电容静电能优先提供频率支撑，转子动能在可利用的直流电容静电能用完后提供频率支撑，以实现风机因参与调频而损失的风能最小。

进一步的，所述分时协调控制参数选取具体为：

(1)根据风机提供的虚拟惯性H_dc和风机参数计算直流电容虚拟惯性控制所能覆盖的频率偏差范围Δf_V；

(2)设置自适应下垂控的参数Δf^d _min和K_min分别为Δf_V和0；

(3)转子虚拟惯性时间常数H_RVIC设置为H_dc，表示转子和直流电容提供的虚拟惯性时间常数相同；

(4)转子虚拟惯性控制的频率死区Δf_RV设置为：

Δf_RV＝max[(f-f₀-Δf_V),0]+min[(f-f₀+Δf_V),0]。

第二方面，提供了一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制系统，包括：

直流电容虚拟惯性控制模块，用于建立直流电压和交流频率的耦合关系，根据耦合关系计算得到直流电压参考值，电网侧变流器的定直流电压控制根据直流电压参考值控制PMSG风机调频；

转子虚拟惯性控制模块，用于根据频率变化的斜率计算得到功率参考值，发电机侧变流器的定功率控制根据得到的功率参考值控制PMSG风机调频；

自适应下垂控制模块，用于根据频率偏差计算得到下垂控制后新的功率参考值，发电机侧变流器的定功率控制根据加入下垂控制后新的功率参考值控制PMSG风机调频；

分时协调控制模块，用于根据直流电容虚拟惯性控制所能覆盖的频率偏差范围协调以直流电容虚拟惯性控制实现直流电容静电能参与频率调节、以转子虚拟惯性控制和自适应下垂控制实现转子动能参与频率调节的优先级。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用直流电压达到限幅对应的交流频率作为两种能量切换信号(级联利用直流电压达到限幅值作为两种能量的切换信号)，可以有效的避免两种能量切换过程中风机输出的功率震荡；通过引入转子虚拟惯性控制，两种能量切换过程中风机输出的附加功率不会为零，对ROCOF具有更好的抑制作用；与传统的同时协调控制相比，在频率改善作用相似的情况下(频率偏差和ROCOF相似)，分时协调控制策略能够减小风机因为参与频率调节而损失的风能，提高风能的利用率，从减小风机因为调频而损失风能的角度，分时协调控制优于同时协调控制。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是现有技术中PMSG直驱风机模型接入电网的拓扑结构示意图；

图2是本发明实施例中虚拟惯性时间常数H_dc与ΔV_max和Δf_V的关系图；

图3是本发明实施例中风机采用下垂控制后的动态运行特性效果图；

图4是本发明实施例中下垂系数随着频率偏差变化的控制特性效果图；

图5是本发明实施例中自适应下垂控制框图；

图6是本发明实施例中转子和直流电容分时协调控制策略框图；

图7是本发明实施例中仿真算例结构图；

图8是本发明实施例中负荷突然增加系统响应的对比图.

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法

如图1所示，PMSG风机接入低惯量交流电网的系统，PMSG风机通过背靠背变换器接入电网。发电机侧变流器控制无功功率和风机输出的功率。电网侧变流器控制直流电压和与交流电压幅值。

风机捕获的电磁功率为：

式中，ρ为空气密度，R为风机叶片半径，v_w为风速，λ为叶尖速比，β为桨距角，ω_r为风机转子转速，C_p为风机的风能利用系数。

风能利用系数C_p表示单位时间内风机捕获的能量与扫过风机叶片表面风能所携带的总能量之比，它与叶尖速比λ和桨距角β有关，表达式为：

风机转速ω_r低于桨距角控制的参考值ω_max时，桨距角β为零。此时风机运行在最大功率跟踪点上，C_p仅仅与λ有关，叶尖速比λ取最佳值λ_opt，C_p取最大值C_pmax。当给定风速v_w后，风机将由式(2)确定最佳的转速的ω_r。忽略功率损耗，将式(2)带入式(1)可得风机工作在最大功率点时有功功率参考值P_opt，P_opt表达式为：

式中，k_opt定义为风机运行在最大功率跟踪时的功率曲线系数。

一、直流电容虚拟惯性控制

如图6所示，建立直流电压和交流频率的耦合关系，根据耦合关系计算得到直流电压参考值，电网侧变流器的定直流电压控制根据直流电压参考值控制PMSG风机调频。

发电机转子的动态方程为：

式中，H为发电机的惯性时间常数，P_M为发电机输入的机械功率，P_E为发电机输出的电磁功率，ΔP_G为P_M与P_E的不平衡功率。

直流电容的电磁功率方程为：

式中，ΔP_C为直流电容的充放电功率，P_in为直流电容的输入功率，P_out为直流电容的输出功率，C为标幺值下的等效电容值，C_dc为有名值下的电容值，V_dc为直流电压，V_dcN为直流电压的基准值，S_WT为风机的额定功率。

令式(6)和式(7)相等，可得：

式中，H_dc为直流虚拟惯性时间常数，f₀和V_dc0分别为系统扰动前正常运行的交流频率和直流电压，f₁和V_dc1分别为扰动后的准稳态交流频率和直流电压，Δf为频率偏差(Δf＝f₁-f₀)，ΔV_dc为直流电压偏差(ΔV_dc＝V_dc1-V_dc0)。

如图2所示，由式(12)可以推导出新的直流电压参考值V^* _dc和直流虚拟惯性时间常数H_dc，具体为：

二、转子虚拟惯性控制

如图6所示，根据频率变化的斜率计算得到功率参考值，发电机侧变流器的定功率控制根据得到的功率参考值控制PMSG风机调频。

转子虚拟惯性控制在风机定功率控制中引入与频率偏的导数成正比的附加功率ΔP_RVIC，加入转子虚拟惯性控制后的功率参考值计算具体为：

式中，P_refV为引入转子虚拟惯性控制后的功率参考值，P_opt为风机工作在最大功率点时有功功率参考值，ΔP_RVIC为与频率的导数成正比的附加功率，H_RVIC为转子虚拟惯性时间常数。

三、自适应下垂控制

如图5与图6所示，根据频率偏差计算得到下垂控制后新的功率参考值，发电机侧变流器的定功率控制根据加入下垂控制后新的功率参考值控制PMSG风机调频。

在风机中引入下垂控制后新的功率参考值计算具体为：

P_refD＝P_opt+ΔP_D＝P_opt-K_D(f-f₀) (16)

式中，P_refD为加入下垂控制后新的功率参考值，ΔP_D为下垂控制的附加功率，K_D为下垂系数。

风机采用如式(16)所示的下垂控制后，转子动能能够根据频率偏差提供频率支撑。如图3所示，点A表示扰动前的MPPT运行点，点C表示转速最低点，点D表示扰动后风机的准稳态点。假设风机最初运行在MPPT点(图3中的A点)，一旦检测到频率下降，风机会根据频率的偏差增加输出的功率，释放储存在转子中的旋转动能，为交流系统提供频率支撑。由于是PWM控制实现的，风机增加输出电磁功率。然而此时风机捕获的机械功率接近扰动的初始点。因此，电磁功率与机械功率的不平衡，必然会导致转速下降，导致捕获的风能减小。在此之后，系统的频率会逐渐恢复，风机输出的附加功率ΔP_D也会减小，因此转速也会逐渐随着频率恢复。然而，由于频率偏差一直存在(不考虑二次调频)，风机会持续偏移原来的MPPT运行点，它捕获的风能也会一直低于最大可捕获的风能(P_{wind_D}<P_{wind_A})，风机参与频率调节的运行的轨迹为图3中的A-B-C-D。

显然下垂系数的选取非常关键。如果下垂系数K_D设置太小，风机的调频能力不能满足电网的需求(暂态频率偏差超过运行的最大频率偏差)。如果下垂系数K_D设置太大，可能影响风机的稳定运行。一个较小的频率偏差，可能过度释放转子动能，在频率恢复阶段转子还要吸收动能用于转速恢复，可能导致频率波动时间过长。严重情况下，可能引起风机过度释放动能而导致低速脱网等严重事故。此外，在相同的频率扰动下，较大的下垂系数K_D，会使得图3中的C点向左下方移动，这表明较大的K_D能够释放更多的转子动能，但这会使得风机因参与调频减小捕获的风能增加(ΔP_{loss_C}＝P_{wind_A}-P_{wind_C})。

如图4所示，为了减小风机提供频率支撑时对MPPT运行的影响，本小节提出一种考虑频率偏差的自适应下垂控制。核心思想是根据频率偏差调整下垂系数：频率偏差大时下垂系数大；频率偏差小时下垂系数小。因为频率偏差小表明系统受到的扰动小，需要风机提供的频率支撑相对小。这种情况下设置K_D为较小的值，可以减小风机偏移MPPT点运行的程度。反之，较大的频率偏差扰动表明电网的调频能力不足，需要风机多提供功率支撑，可将K_D设置为较大的值。根据这种设计思路，所提出的自适应下垂的下垂系数在式(17)中给出，具体为：

式中，|Δf|为频率偏差的绝对值，

和

分别为|Δf|的最小值和最大值，K_min和K_max分别为下垂系数的最小值和最大值。

图4中K_min可以设置为零，表明如果|Δf|<Δf^d _min，风机不参与频率调节。为了保证风机的稳定运行，下垂系数不能设置太大。如果|Δf|>Δf^d _max，需要限制K_d，使其不能超过风机运行的最大值K_max。

四、分时协调控制

根据直流电容虚拟惯性控制所能覆盖的频率偏差范围协调以直流电容虚拟惯性控制实现直流电容静电能参与频率调节、以转子虚拟惯性控制和自适应下垂控制实现转子动能参与频率调节的优先级。

图2表明，直流电容虚拟惯性控制所能覆盖的频率偏差范围Δf_V是影响直流电容提供虚拟惯性H_dc的重要参数。当风机参数给定时，减小Δf_V，可以增加H_dc，特别Δf_V是较小的时候，这种趋势尤为明显。但是频率偏差超过Δf_V时，直流电压将达到限幅，直流电容虚拟惯性控制会失去控制作用。因此可以利用这个特性，协调上述三种控制器。频率偏差在±Δf_V范围内，由直流电容提供虚拟惯性，频率偏差范围超过了±Δf_V，由转子动能提供虚拟惯性。当风机参数和H_dc确定后，可以由式(14)推导出计算Δf_V的公式，具体为：

分时协调控制策略下的控制器动作的优先级可分为两级：(1)直流电容虚拟惯性控制(直流电容静电能提供频率支撑)；(2)传统转子虚拟惯性控制和自适应下垂控制(转子动能提供频率支撑)。在这个控制策略下，直流电容静电能总是最先提供频率支撑，转子动能只有在可利用的直流电容静电能用完后才提供频率支撑，从而保证风机因参与调频而损失的风能最小。

如图6所示，协调控制的参数选取原则为：(1)根据需要风机提供的虚拟惯性H_dc和风机参数，利用式(18)计算直流电容虚拟惯性控制所能覆盖的频率偏差范围Δf_V；(2)设置自适应下垂控的参数Δf^d _min和K_min分别为Δf_V和0；(3)转子虚拟惯性时间常数H_RVIC也设置为H_dc，表示转子和直流电容提供的虚拟惯性时间常数相同；(4)转子虚拟惯性控制的频率死区Δf_RV设置为如式(19)所示。

Δf_RV＝max[(f-f₀-Δf_V),0]+min[(f-f₀+Δf_V),0] (19)

如果频率偏差在范围内±Δf_V，分时协调控制策略下，直流电压不会达到限幅值，由式(17)和(19)计算的自适应下垂系数K_D和转子虚拟惯性的Δf_RV都为0，表示转子动能不提供虚拟惯性，仅有直流电容静电能提供虚拟惯性。这种情况下，分时协调控制能让风机提供虚拟惯性的同时不偏离最大功率跟踪点，有利于风机的经济运行。

如果系统受到大的扰动，频率偏差超过了±Δf_V，直流电压将会达到限幅值，直流电容虚拟惯性控制将失去控制作用。一旦频率偏差超过±Δf_V，转子虚拟惯性和自适应下垂控制被激活，通过释放或者吸收转子动能来提供虚拟惯性。由于采用的是自适应下垂控制，它的下垂系数是根据频率偏差自动调整，减小对风机偏移MPPT的程度。如果准稳态频率恢复到了±Δf_V范围内，K_d和Δf_RV都为零，风机可以自动的恢复到MPPT控制。

与传统同时协调控制相比，分时协调控制具有提供频率支撑的同时减小损失的风能的优点，直流电容静电能总是优先提供虚拟惯性，这有利于减少频率小扰动对风机MPPT运行的影响。

五、准确性验证

如图7所示，为验证所提的控制策略的有效性，在PSCAD/EMTDC中搭建仿真系统，包含一个3MW的发电机、一个2MW的PMSG风机、一个3MW+0.3MVar的固定负荷和一个0.21MW+0.021MVar的可变负荷。发电机参数如表1所示，风机参数如表2所示。风速10m/s。采用四种控制策略进行对比分析，分别如下，Strategy A：没有附加控制；Strategy B：同时协调控制策略(H_dc＝0.59s,H_RVIC＝2.61s,K_D＝11)；Strategy C：分时协调控制策略(H_dc＝H_g＝3.2s,H_RVIC＝H_g＝3.2s,Δf^d _min＝Δf_V＝0.00738pu[0.369Hz],Δf^d _max＝Δf_max＝0.04pu[2Hz],K_min＝0,K_max＝25)Strategy D：文献(Li Y，Xu Z，Wong K P.Advanced control strategies ofPMSG based wind turbines for system inertia support[J].IEEE Transactions onPower Systems，2017，32(4)：2017.)中的cascading control(H_dc＝3.2s,K_D＝12)。在Strategy B中，选择Δf_V等于Δf_max(0.04pu)，利用式(14)计算出直流电容虚拟惯性控制的H_dc＝0.59s，为了让风机提供的虚拟惯性等于H_g(3.2s)，转子虚拟惯性控制应该提供剩余的惯性，故H_RVIC＝2.61s。在控制Strategy C中，根据H_dc＝H_g＝3.2s，根据利用式(18)计算出Δf_V＝0.00738pu(0.369Hzs)。为了让暂态频率最低点相同，控制Strategy B和Strategy D的下垂系数K_D分别设置为11和12。

表1同步发电机主要参数

表2 PMSG风机主要参数

如图8所示，图8为风速10m/s时，7％的可变负荷突然接入电网系统的响应对比图。由图8(a)和(b)可知，没有附加控制下，风机不提供频率支撑，频率偏差和最大频率变化的斜率的绝对值|ROCOF|_max最大。传统同时协调控制策略和分时协调控制策略都能提供较好的频率支撑，改善频率最低点和ROCOF。从图8(c)可以看出，分时协调控制直流电容提供的H_dc大，导致直流电压更快的达到限幅值。一但这种情况出现，意味着可利用的直流电容静电能用完了，直流电容虚拟惯性失去控制作用。一旦频率偏差超过±Δf_V，转子虚拟惯性控制和自适应下垂控制开始利用转子动能提供虚拟惯性支撑，下垂系数将会随着频率偏差改变，如图8(d)所示。在两种能量切换的过程中，风机输出的功率略微下降，如图8(e)中黑色曲线所示，可以解释图8(b)中频率扰动的初始阶段分时协调控制的|ROCOF|_max的略微比同时协调控制策略大。从图8(g)可以看出同时协调控制和分时协调控制因为频率调节而损失的风能分别为0.33228(蓝色曲线和红色曲线围成的红色阴影面积S₃)和0.04853(蓝色曲线与黑色曲线围成的黑色面积S₂)。分时协调控制策略相比同时协调控制策略，风机因为参与频率而损失的风能减小了70.8％。此外，由于扰动后的准稳态频率偏差一直存在(不考虑二次调频)，扰动后同时协调控制策略不能自动恢复MPPT运行，并且它捕获的风能会一直小于最大可能捕获的风能，如图8(g)和(h)所示。而对于分时协调控制，一旦扰动后的准稳态频率偏差恢复到了死区范围，风机能够自动恢复至MPPT点运行。因此，可以推断，在频率改善作用相似的情况下(频率偏差和ROCOF相似)，分时协调控制能够减小风机因为参与频率调节而损失的风能，提高风能的利用率。从减小风机因为调频而损失风能的角度，分时协调控制优于同时协调控制。

从频率最低点的改善和因调频而损失的风能的角度，cascading control与本发明的分时协调控制相比，从图8(e)可知，在两种能量切换的过程中cascading control下风机输出的附加功率会变为零，导致|ROCOF|_max改善效果不如分时协调控制。更为糟糕的是当直流电压达到限幅值时，直流电压会在0.9pu左右波动，如图8(c)所示。这导致下垂控制频繁的投入和退出，引起风机输出的功率震荡。因此，本发明所提的分时协调控制的控制性能优于cascading control。

工作原理：cascading control利用的是直流电压达到限幅值作为两种能量的切换信号，在切换的时候容易导致风机输出的功率震荡,并且转子只采用了下垂控制，两种能量切换过程，风机输出的附加功率会跌落至零。本发明提出的分时协调控制具有以下优点：(1)采用直流电压达到限幅对应的交流频率作为两种能量切换信号，可以有效的避免两种能量切换过程中风机输出功率的震荡；(2)引入转子虚拟惯性控制，两种能量切换过程中风机输出的附加功率不会为零，对ROCOF具有更好的抑制作用。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法，其特征是，包括以下步骤：

直流电容虚拟惯性控制：建立直流电压和交流频率的耦合关系，根据耦合关系计算得到直流电压参考值，电网侧变流器的定直流电压控制根据直流电压参考值控制PMSG风机调频；

转子虚拟惯性控制：根据频率变化的斜率计算得到功率参考值，发电机侧变流器的定功率控制根据得到的功率参考值控制PMSG风机调频；

自适应下垂控制：根据频率偏差计算得到下垂控制后新的功率参考值，发电机侧变流器的定功率控制根据加入下垂控制后新的功率参考值控制PMSG风机调频；

分时协调控制：根据直流电容虚拟惯性控制所能覆盖的频率偏差范围协调以直流电容虚拟惯性控制实现直流电容静电能参与频率调节、以转子虚拟惯性控制和自适应下垂控制实现转子动能参与频率调节的优先级。

2.根据权利要求1所述的一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法，其特征是，所述直流电压参考值计算具体为：

式中，V^* _dc为直流电压参考值，H_dc为直流虚拟惯性时间常数，f₀为系统扰动前正常运行的交流频率，V_dc0为系统扰动前正常运行的直流电压，f为锁相环测量的频率信息，C为标幺值下的等效电容值。

3.根据权利要求2所述的一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法，其特征是，所述直流虚拟惯性时间常数计算具体为：

式中，ΔV_max为最大允许的直流电压偏差，Δf_V为直流电容虚拟惯性控制覆盖的频率范围。

4.根据权利要求1所述的一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法，其特征是，所述加入转子虚拟惯性控制后的功率参考值计算具体为：

式中，P_refV为加入转子虚拟惯性控制后的功率参考值，P_opt为风机工作在最大功率点时有功功率参考值，ΔP_RVIC为与频率的导数成正比的附加功率，H_RVIC为转子虚拟惯性时间常数。

5.根据权利要求1所述的一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法，其特征是，所述加入下垂控制后新的功率参考值计算具体为：

P_refD＝P_opt+ΔP_D＝P_opt-K_D(f-f₀)

式中，P_refD为加入下垂控制后新的功率参考值，ΔP_D为下垂控制的附加功率，K_D为下垂系数。

6.根据权利要求5所述的一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法，其特征是，所述下垂系数根据频率偏差进行调整：

当频率偏差大时，下垂系数大；当频率偏差小时，下垂系数小；具体为：

式中，|Δf|为频率偏差的绝对值，

为|Δf|的最小值，

为|Δf|的最大值，K_min为下垂系数的最小值，K_max为下垂系数的最大值。

7.根据权利要求4或5所述的一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法，其特征是，所述有功功率参考值P_opt计算具体为：

式中，ρ为空气密度，R为风机叶片半径，v_w为风速，λ_opt为叶尖速比λ取最佳值，β为桨距角，ω_r为风机转子转速，C_p为风机的风能利用系数，C_p ^max为C_p取最大值，k_opt为风机运行在最大功率跟踪时的功率曲线系数。

8.根据权利要求1所述的一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法，其特征是，所述分时协调控制的策略具体为：直流电容静电能优先提供频率支撑，转子动能在可利用的直流电容静电能用完后提供频率支撑，以实现风机因参与调频而损失的风能最小。

9.根据权利要求1所述的一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制方法，其特征是，所述分时协调控制参数选取具体为：

(1)根据风机提供的虚拟惯性H_dc和风机参数计算直流电容虚拟惯性控制所能覆盖的频率偏差范围Δf_V；

(2)设置自适应下垂控的参数Δf^d _min和K_min分别为Δf_V和0；

(3)转子虚拟惯性时间常数H_RVIC设置为H_dc，表示转子和直流电容提供的虚拟惯性时间常数相同；

(4)转子虚拟惯性控制的频率死区Δf_RV设置为：

Δf_RV＝max[(f-f₀-Δf_V),0]+min[(f-f₀+Δf_V),0]。

10.一种PMSG风机MPPT运行时的分时协调控制系统，其特征是，包括：

直流电容虚拟惯性控制模块，用于建立直流电压和交流频率的耦合关系，根据耦合关系计算得到直流电压参考值，电网侧变流器的定直流电压控制根据直流电压参考值控制PMSG风机调频；

转子虚拟惯性控制模块，用于根据频率变化的斜率计算得到功率参考值，发电机侧变流器的定功率控制根据得到的功率参考值控制PMSG风机调频；

自适应下垂控制模块，用于根据频率偏差计算得到下垂控制后新的功率参考值，发电机侧变流器的定功率控制根据加入下垂控制后新的功率参考值控制PMSG风机调频；

分时协调控制模块，用于根据直流电容虚拟惯性控制所能覆盖的频率偏差范围协调以直流电容虚拟惯性控制实现直流电容静电能参与频率调节、以转子虚拟惯性控制和自适应下垂控制实现转子动能参与频率调节的优先级。

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