双馈风机虚拟惯量的控制方法及控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及新能源发电技术领域，特别设及一种双馈风机虚拟惯量的控制方法及 控制装置。
【背景技术】
[0002] 随着风电在电力系统中的渗透率越来越高，特别是大规模风电场直接接入高压输 电网后，风电已经对电力系统的调度运行和安全稳定等诸多方面带来了不可忽视的影响。 该其中的关键问题之一是大规模风电接入后对电力系统频率的影响W及如何进行含大规 模风电电力系统的频率控制从而维持电力系统所要求的频率水平。
[0003] 其中，风电虚拟惯量控制是指在风机控制系统中加入系统频率响应环节，当系统 频率变化时，通过释放一定的旋转动能给电网或将一定的电能转化为旋转动能，从而在短 时间内增加或减小风机的有功出力，参与电力系统频率控制。具体来说，虚拟惯量控制的实 现方法是在风机有功参考值上附加一个与系统频率微分信号成比例的分量，在此基础上模 拟同步发电机的一次调频，在风机有功参考值上再附加一个与频率偏移量成比例的分量， 从而得出了相关技术中所采用的双馈风机虚拟惯量的PD控制策略。
[0004] 然而，相关技术的实现必须获取频率微分信号，而在实际工程中微分器的实现是 很困难的，并且很容易被噪声放大效应所影响，导致存在着一定局限性，无法很好地满足使 用要求，因此有待改进。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0006] 为此，本发明的一个目的在于提出一种双馈风机虚拟惯量的控制方法，该控制方 法可W避免微分器难W实现的难题，并且实现简单。
[0007] 本发明的另一个目的在于提出一种双馈风机虚拟惯量的控制装置。
[000引为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种双馈风机虚拟惯量的控制方 法，包括W下步骤：建立风电附加虚拟惯量控制之后的电力系统频率响应方程；根据在线 运行发电机的惯性时间常数获取系统惯性时间常数的估计值；根据所述系统惯性时间常数 的估计值和所述电力系统频率响应方程获取扩张状态观测器的标准形式；根据所述扩张状 态观测器的标准形式设计扩张状态观测器；W及通过所述扩张状态观测器得到有功参考增 量，W获取双馈风机虚拟惯量控制方程。
[0009] 根据本发明实施例提出的双馈风机虚拟惯量的控制方法，通过系统惯性时间常数 的估计值和电力系统频率响应方程设计扩张状态观测器，W通过扩张状态观测器得到有功 参考增量，实现获取双馈风机虚拟惯量控制方程的目的，避免了微分器难W实现的难题，并 且可W方便地考虑风电虚拟惯量控制对系统总惯量的相对贡献大小，实现简单。
[0010] 另外，根据本发明上述实施例的双馈风机虚拟惯量的控制方法还可W具有如下附 加的技术特征：
[0011] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述电力系统频率响应方程为：
[0012]
【主权项】
1. 一种双馈风机虚拟惯量的控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 建立风电附加虚拟惯量控制之后的电力系统频率响应方程； 根据在线运行发电机的惯性时间常数获取系统惯性时间常数的估计值； 根据所述系统惯性时间常数的估计值和所述电力系统频率响应方程获取扩张状态观 测器的标准形式； 根据所述扩张状态观测器的标准形式设计扩张状态观测器；以及 通过所述扩张状态观测器得到有功参考增量，以获取双馈风机虚拟惯量控制方程。
2. 根据权利要求1所述的双馈风机虚拟惯量的控制方法，其特征在于，所述电力系统 频率响应方程为：
其中，Afe为糸统频率偏栘量H为糸统惯性时间常数，Ape为常规问步发电的输出功 率变化量，所考察系统与相邻系统之间交换功率的变化量，Ap 为系统有功负荷的 变化量，Δ?；为系统频率偏移，D为系统的负荷阻尼系数，ΛΡΙΚ表示风电虚拟惯量控制所产 生的有功参考值增量，t为时间变量。
3. 根据权利要求2所述的双馈风机虚拟惯量的控制方法，其特征在于，根据以下公式 获取所述系统惯性时间常数的估计值：
其中，η为同步发电机的总数，SiiN和H iiSe分别为第i台发电机的功率基值和惯性时间 常数，Sb为系统功率基值。
4. 根据权利要求3所述的双馈风机虚拟惯量的控制方法，其特征在于，所述扩张状态 观测器为：
其中，Z1= Λ f e，Z2= [ ( Λ p G+ Λ ρτ- Λ pL-D Δ f) /2H+ Δ ΡΙΚ/2Η- Δ PIK/2H。]，A 和 f2 分别 为21和z 2的估计值，e $实际值z占估计值A的偏差，u为扩张状态观测器的输入，u = Δ ΡΙΚ，β 01、β 02为扩张状态观测器的参数，函数fal (e " α，δ )表达式为：
式中，参数〇〈α〈1，δ为滤波因子，sign为符号函数。
5. 根据权利要求4所述的双馈风机虚拟惯量的控制方法，其特征在于，在所述有功参 考增量中加入模拟同步发电机一次调频的有功参考增量获取所述双馈风机虚拟惯量控制 方程，所述双馈风机虚拟惯量控制方程为： XPiR 二-Km ·2Η― KPt 乏ι， 其中，M尔为风机惯性响应参与系数，Kpf为等效频率调节效应系数。夂IR ^//。毛用于模 拟同步发电机的惯性响应，用于模拟同步发电机的一次调频，与和毛为状态观测量， Htl为所述系统惯性时间常数的估计值。
6. -种双馈风机虚拟惯量的控制装置，其特征在于，包括： 构建模块，用于建立风电附加虚拟惯量控制之后的电力系统频率响应方程； 估计模块，用于根据在线运行发电机的惯性时间常数获取系统惯性时间常数的估计 值； 第一获取模块，用于根据所述系统惯性时间常数的估计值和所述电力系统频率响应方 程获取扩张状态观测器的标准形式； 设计模块，用于根据所述扩张状态观测器的标准形式设计扩张状态观测器；以及 第二获取模块，用于通过所述扩张状态观测器得到有功参考增量，以获取双馈风机虚 拟惯量控制方程。
7. 根据权利要求6所述的双馈风机虚拟惯量的控制装置，其特征在于，所述电力系统 频率响应方程为：
其中，Λ?；为系统频率偏移量H为系统惯性时间常数，Ape为常规同步发电的输出功 率变化量，所考察系统与相邻系统之间交换功率的变化量，Ap 为系统有功负荷的 变化量，Δ?；为系统频率偏移，D为系统的负荷阻尼系数，ΛΡΙΚ表示风电虚拟惯量控制所产 生的有功参考值增量，t为时间变量。
8. 根据权利要求7所述的基于扩张状态观测器的双馈风机虚拟惯量的控制装置，其特 征在于，根据以下公式获取所述系统惯性时间常数的估计值：
其中，η为同步发电机的总数，SiiN和H iiSe分别为第i台发电机的功率基值和惯性时间 常数，Sb为系统功率基值。
9. 根据权利要求8所述的基于扩张状态观测器的双馈风机虚拟惯量的控制装置，其特 征在于，所述扩张状态观测器为：
其中，zl= Afe，z2= [(APc+ApT-APfDAf)/2H+APIK/2H-AP IK/2H。]，為和4 分别为 Z1 和Z2的估计值，e i为实际值z i与估计值為的偏差，u为扩张状态观测器的输入，u = Λρικ， β Q1、β C12为扩张状态观测器的参数，函数fal (e i，α，δ )表达式为：
式中，参数〇〈α〈1，δ为滤波因子，sign为符号函数。
10.根据权利要求9所述的双馈风机虚拟惯量的控制装置，其特征在于，所述第二获取 模块还用于在所述有功参考增量中加入模拟同步发电机一次调频的有功参考增量获取所 述双馈风机虚拟惯量控制方程，所述双馈风机虚拟惯量控制方程为： Mr = -[IR _ 2 尽Λ -[办 f 1 , 其中，M尔为风机惯性响应参与系数，Kpf为等效频率调节效应系数。Kir ·2//^2用于模 拟同步发电机的惯性响应，用于模拟同步发电机的一次调频，&和毛为状态观测量， Htl为所述系统惯性时间常数的估计值。
【专利摘要】本发明公开了一种双馈风机虚拟惯量的控制方法及控制装置，其中，方法包括以下步骤：建立电力系统频率响应方程；获取系统惯性时间常数的估计值；获取扩张状态观测器的标准形式；设计扩张状态观测器；通过所述扩张状态观测器得到有功参考增量，以获取双馈风机虚拟惯量控制方程。该控制方法通过扩张状态观测器得到有功参考增量，从而获取双馈风机虚拟惯量控制方程，避免了微分器难以实现的难题，并且可以方便地考虑风电虚拟惯量控制对系统总惯量的相对贡献大小。
【IPC分类】H02J3-38
【公开号】CN104836253
【申请号】CN201510257213
【发明人】梅生伟, 张新燕, 刘锋, 王维庆, 陈来军, 常喜强, 郑天文, 何山, 陈天一
【申请人】清华大学, 新疆大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月19日