CN207939216U - 一种新型的直驱式风电并网系统虚拟惯量控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种新型的直驱式风电并网系统虚拟惯量控制装置，属于风力发电控制技术领域；所要解决的技术问题是提供一种新型的直驱式风电并网系统虚拟惯量控制装置，在满足系统阻尼和风机轴系扭振的限制下，使传统虚拟惯量控制装置具备在向系统提供惯性支持的同时，还能够有效抑制风剪切和塔影效应产生的强迫功率振荡；解决该技术问题采用的技术方案为：信号输入模块，虚拟惯量控制模块和输出端，信号输入模块包括电网频率输入单元和风机最大功率跟踪参考值输入单元，虚拟惯量控制模块包括频率偏差计算单元、比例‑微分控制器、第一求和单元、第二求和单元和二阶带通滤波器；本实用新型可广泛应用于风力发电控制领域。

Description

一种新型的直驱式风电并网系统虚拟惯量控制装置

技术领域

本实用新型一种新型的直驱式风电并网系统虚拟惯量控制装置，属于风力发电控制技术领域。

背景技术

随着风电机组单机容量和渗透水平的不断提升，由风剪切和塔影效应导致风电机组产生的强迫功率振荡已不能忽视。由于振荡频率在1Hz左右，更容易接近区域间振荡频率，成为引发电力系统共振型低频振荡的潜在因素。一般可通过转速前馈补偿的方法抑制该振荡，补偿量可通过发电机电磁转矩、发电机输出功率、变流器直流侧电压或系统频率等计算得到。

为了建设“友好型”风机，虚拟惯量控制已成为人们的研究方向之一，主要集中于风电机组向系统提供惯量支持的能力、风电机组与同步发电机组的协同控制、风机轴系的扭振分析以及虚拟惯量控制引入负阻尼的预防等。虚拟惯量控制装置利用比例-微分环节建立起系统频率和风机转速之间的补偿通道，为强迫功率振荡的抑制提供了可能。

虽然传统虚拟惯量控制装置建立起系统频率和风机输出功率给定量之间的补偿通道，相比未安装时，具备了一定的强迫功率振荡抑制能力，但抑制效果受到比例-微分环节中微分系数的限制，抑制能力有限。

实用新型内容

本实用新型一种新型的直驱式风电并网系统虚拟惯量控制装置，克服了现有技术存在的不足，实现了在满足系统阻尼和风机轴系扭振的限制下，使传统虚拟惯量控制装置具备在向系统提供惯性支持的同时，还能够有效抑制风剪切和塔影效应产生的强迫功率振荡的目的。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种新型的直驱式风电并网系统虚拟惯量控制装置，包括信号输入模块，虚拟惯量控制模块和输出端，信号输入模块包括电网频率输入单元和风机最大功率跟踪参考值输入单元，虚拟惯量控制模块包括频率偏差计算单元、比例-微分控制器、第一求和单元、第二求和单元和二阶带通滤波器，电网频率输入单元与频率偏差计算单元相连，频率偏差计算单元与比例-微分控制器相连，比例-微分控制器与第一求和单元相连，第一求和单元分别与第二求和单元和二阶带通滤波器相连，第二求和单元分别与风机最大功率跟踪参考值输入单元、二阶带通滤波器和输出端相连。

进一步，所述二阶带通滤波器的中心频率为0.75Hz，带宽为1Hz，品质因数为0.75，中心频率增益为0.6～0.8。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：

本实用新型利用二阶带通滤波器和第一求和单元构成补偿支路，实现了比例-微分控制器中比例系数和微分系数的等效等比增大，实现了在满足系统阻尼和风机轴系扭振的限制下，使传统虚拟惯量控制装置具备了在向系统提供惯性支持的同时，还能够有效抑制风剪切和塔影效应产生的强迫功率振荡的能力。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图中，1-信号输入模块，2-虚拟惯量控制模块，3-输出端，4-电网频率输入单元，5-风机最大功率跟踪参考值输入单元，6-频率偏差计算单元，7-比例-微分控制器，8-第一求和单元，9-第二求和单元，10-二阶带通滤波器。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一种新型的直驱式风电并网系统虚拟惯量控制装置，包括信号输入模块1，虚拟惯量控制模块2和输出端3，信号输入模块1包括电网频率输入单元4和风机最大功率跟踪参考值输入单元5，虚拟惯量控制模块2包括频率偏差计算单元6、比例-微分控制器7、第一求和单元8、第二求和单元9和二阶带通滤波器10，电网频率输入单元4与频率偏差计算单元6相连，频率偏差计算单元6与比例-微分控制器7相连，比例-微分控制器7与第一求和单元8相连，第一求和单元8分别与第二求和单元9和二阶带通滤波器10相连，第二求和单元9分别与风机最大功率跟踪参考值输入单元5、二阶带通滤波器10和输出端3相连。本实用新型中，二阶带通滤波器10的中心频率为0.75Hz，带宽为1Hz，品质因数为0.75，中心频率增益为0.6～0.8。

对本实用新型的工作过程和原理进一步说明：

本实用新型利用电网频率输入单元4采集直驱式风电并网系统的实际频率，利用频率偏差计算单元6得到额定值与实际值的频率差后输入比例-微分控制器7。第二求和单元9的输出经二阶带通滤波器10滤波后，得到强迫功率振荡的补偿量。强迫功率振荡的补偿量与比例-微分控制器7的输出值经过第一求和单元8相减后，得到虚拟惯量控制的补偿量。虚拟惯量控制的补偿量与风机最大功率跟踪参考值输入单元5输出的风机最大功率跟踪参考值经过第二求和单元9相减后输入输出端3，得到风机功率跟踪参考值。

本实用新型在使用时，输出端3与直驱式风电机组转速控制系统相连。比例-微分控制器7的选择原则是为了使风电机组在引入虚拟惯量控制后，具有与等值同步发电机组相近的惯性响应特性和调频特。二阶带通滤波器10的选择原则是为了检出风剪切和塔影效应产生的强波振荡功率。

上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种新型的直驱式风电并网系统虚拟惯量控制装置，其特征在于：包括信号输入模块（1）、虚拟惯量控制模块（2）和输出端（3），信号输入模块（1）包括电网频率输入单元（4）和风机最大功率跟踪参考值输入单元（5），虚拟惯量控制模块（2）包括频率偏差计算单元（6）、比例-微分控制器（7）、第一求和单元（8）、第二求和单元（9）和二阶带通滤波器（10），电网频率输入单元（4）与频率偏差计算单元（6）相连，频率偏差计算单元（6）与比例-微分控制器（7）相连，比例-微分控制器（7）与第一求和单元（8）相连，第一求和单元（8）分别与第二求和单元（9）和二阶带通滤波器（10）相连，第二求和单元（9）分别与风机最大功率跟踪参考值输入单元（5）、二阶带通滤波器（10）和输出端（3）相连。

2.根据权利要求1所述的一种新型的直驱式风电并网系统虚拟惯量控制装置，其特征在于：所述二阶带通滤波器（10）的中心频率为0.75Hz，带宽为1Hz，品质因数为0.75，中心频率增益为0.6～0.8。