本發(fā)明涉及風(fēng)電并網(wǎng)，并且更具體地，涉及一種用于風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)慣量支撐方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、由于我國可再生能源與負(fù)荷中心點呈逆向分布特點，在大型可再生能源基地向負(fù)荷中心遠(yuǎn)距離直流輸電應(yīng)用廣泛。大規(guī)模可再生能源經(jīng)柔性直流接入受端電網(wǎng)，由于傳統(tǒng)并網(wǎng)控制下的柔性直流輸電電力電子裝置無法提供旋轉(zhuǎn)慣量，會導(dǎo)致受端電網(wǎng)的慣量支撐下降，對頻率穩(wěn)定造成不利影響。同時，直流輸電使得風(fēng)電場與受端電網(wǎng)頻率解耦，使得送端風(fēng)電和受端電網(wǎng)成為了獨立的個體，送端風(fēng)電及直流輸電無法響應(yīng)頻率變化及進行慣量支撐和調(diào)頻支撐，從而失去了在事故期間相互支援的能力，導(dǎo)致受端電網(wǎng)頻率進一步降低。

2、柔性直流輸電系統(tǒng)具有可以靈活調(diào)節(jié)有功無功的特性，可以類比新能源發(fā)電系統(tǒng)，在柔性直流輸電系統(tǒng)中引入下垂控制和虛擬慣量控制，主動調(diào)節(jié)直流系統(tǒng)輸送的直流功率，從而使得直流系統(tǒng)能夠參與受端電網(wǎng)的慣量調(diào)節(jié)，從而改善受端電網(wǎng)的頻率特性。

3、為實現(xiàn)風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電對受端電網(wǎng)頻率變化的協(xié)同主動頻率支撐，同時避免風(fēng)電場利用通信感知受端電網(wǎng)頻率擾動引起的控制時延問題，現(xiàn)有研究通過耦合風(fēng)電場側(cè)換流母線電壓頻率調(diào)節(jié)跟隨網(wǎng)側(cè)換流站直流電壓調(diào)節(jié)變化，實現(xiàn)風(fēng)電-柔直系統(tǒng)的無通信協(xié)調(diào)頻率支撐控制。相關(guān)研究定性討論了不同gsvsc直流電壓-頻率下垂系數(shù)和風(fēng)機附加有功-頻率下垂控制系數(shù)對并網(wǎng)系統(tǒng)無通信協(xié)調(diào)慣量支撐效果、直流電壓和風(fēng)機轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)過程的影響。分析表明由于直流電壓調(diào)節(jié)量正比于下垂系數(shù)，雖然較小的下垂系數(shù)取值能夠保證極端情況下的直流電壓調(diào)節(jié)不越限，但也限制了gsvsc利用電容儲能提供慣量支撐的作用；同時，較小的風(fēng)機附加調(diào)頻下垂系數(shù)也會限制風(fēng)電場發(fā)揮慣量支撐的作用，較大的下垂系數(shù)則會引起風(fēng)機轉(zhuǎn)速恢復(fù)導(dǎo)致的頻率二次跌落，但并未進一步研究提升協(xié)同慣量支撐的關(guān)鍵控制參數(shù)設(shè)計方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提出了一種用于風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)慣量支撐方法，包括：

2、構(gòu)建風(fēng)電柔直系統(tǒng)的無通信慣性響應(yīng)模型；

3、根據(jù)所述無通信慣性響應(yīng)模型，確定所述風(fēng)電柔直系統(tǒng)的下垂系數(shù)控制律及調(diào)速系數(shù)控制律；

4、基于所述下垂系數(shù)控制律及調(diào)速系數(shù)控制律，控制風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的慣量支撐。

5、可選的，構(gòu)建風(fēng)電柔直系統(tǒng)的無通信慣性響應(yīng)模型，包括：

6、根據(jù)風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的控制策略和等效電路，建立雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電接入受端電網(wǎng)并網(wǎng)的運行原理圖；

7、根據(jù)所述運行原理圖，建立gsvsc附加下垂控制后頻率響應(yīng)的第一傳遞函數(shù)及當(dāng)前轉(zhuǎn)速雙饋風(fēng)機變比例調(diào)速頻率響應(yīng)的第二傳遞函數(shù)；

8、根據(jù)所述第一傳遞函數(shù)及第二傳遞函數(shù)，構(gòu)建風(fēng)電柔直系統(tǒng)的無通信慣性響應(yīng)模型。

9、可選的，第一傳遞函數(shù)如下：

10、

11、其中，gi1(s)為柔直電流內(nèi)環(huán)傳遞函數(shù)，icd和icdref分別為柔直內(nèi)環(huán)電流的d軸分量實際值與參考值，lg和rg分別為gsvsc交流側(cè)等效連接阻抗，gp1(s)為柔直頻率響應(yīng)開環(huán)傳遞函數(shù)，ku為直流電壓-頻率下垂系數(shù)，δpg(s)為柔直輸出功率增量，δf(s)為系統(tǒng)頻率變化量，δudc(s)為直流線路電壓變化量，usd為網(wǎng)側(cè)換流母線電壓d軸分量，gpg(s)為柔直系統(tǒng)頻率響應(yīng)閉環(huán)傳遞函數(shù)，c為直流線路等效電容，udc0為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時直流電壓，kp1、ki1、kp2和ki2分別為gsvsc功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)pi控制的比例和積分控制參數(shù)。

12、可選的，第二傳遞函數(shù)如下：

13、

14、其中，gi2(s)為風(fēng)機電流內(nèi)環(huán)傳遞函數(shù)，irq和irqref分別為風(fēng)機轉(zhuǎn)子q軸分量電流的實際值與參考值，lσ＝lr－lm2/ls、ls、lr、lm分別為雙饋風(fēng)機定、轉(zhuǎn)子繞組的自感和互感，rr為轉(zhuǎn)子繞組電阻，gp2(s)為風(fēng)機輸出功率傳遞函數(shù)，δpwe和δpweref分別為風(fēng)機參與調(diào)頻的有功增量及其參考值，uf為風(fēng)電場端電壓幅值，gpw(s)為風(fēng)機頻率響應(yīng)閉環(huán)傳遞函數(shù)，δfg為wfvsc逆變電壓頻率變化量，kw為調(diào)速系數(shù)，ωr0和ωrref分別為轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速參考值，hw為風(fēng)機轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)，kp3和ki3為轉(zhuǎn)速pi控制的比例和積分參數(shù)，kp4、ki4、kp5和ki5分別為雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子側(cè)變流器功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)pi控制的比例和積分參數(shù)。

15、可選的，無通信慣性響應(yīng)模型，如下：

16、

17、其中，gpf(s)為風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)慣性響應(yīng)閉環(huán)傳遞函數(shù)，δpg(s)為柔直輸出功率增量，δf(s)為系統(tǒng)頻率變化量，c為直流線路等效電容，udc0為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時直流電壓，ku為直流電壓-頻率下垂系數(shù)，kf為慣性協(xié)調(diào)系數(shù)，gp1(s)為柔直頻率響應(yīng)開環(huán)傳遞函數(shù)，gpg(s)為柔直系統(tǒng)頻率響應(yīng)閉環(huán)傳遞函數(shù)，gpwwf(s)為風(fēng)電場頻率響應(yīng)閉環(huán)傳遞函數(shù)，kwi為風(fēng)機i的調(diào)速系數(shù)，gp2(s)為風(fēng)機的輸出功率傳遞函數(shù)。

18、可選的，風(fēng)電柔直系統(tǒng)的下垂系數(shù)控制律，如下：

19、

20、其中，ku為直流電壓-頻率下垂系數(shù)，α為調(diào)節(jié)權(quán)重，t為流形收斂時間，δf和分別為系統(tǒng)頻率變化量及其變化率，δudc和為直流線路電壓變化量及其變化率，c為直流線路等效電容，udc0為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時直流電壓。

21、可選的，風(fēng)電柔直系統(tǒng)的調(diào)速系數(shù)控制律，如下：

22、

23、其中，kwi為風(fēng)機i的調(diào)速系數(shù)，m為風(fēng)機臺數(shù)，hdi和hwi分別為風(fēng)機i自身固有的慣性時間常數(shù)和阻尼fg變化的虛擬慣性時間常數(shù)，ωri0為風(fēng)機i轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速，β和β1分別為風(fēng)電場慣量和直流線路電壓的調(diào)節(jié)權(quán)重，t為流形收斂時間，pwmi和pwei分別為風(fēng)機i的機械功率和參與調(diào)頻的有功功率，δfg和分別為wfvsc逆變電壓頻率變化量及其變化率，δudc和為直流線路電壓變化量及其變化率，δωrk為風(fēng)機k的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化量。

24、再一方面，本發(fā)明還移除了一種用于風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)慣量支撐系統(tǒng)，包括：

25、構(gòu)建模型單元，用于構(gòu)建風(fēng)電柔直系統(tǒng)的無通信慣性響應(yīng)模型；

26、計算單元，用于根據(jù)所述無通信慣性響應(yīng)模型，確定所述風(fēng)電柔直系統(tǒng)的下垂系數(shù)控制律及調(diào)速系數(shù)控制律；

27、協(xié)同單元，用于基于所述下垂系數(shù)控制律及調(diào)速系數(shù)控制律，控制風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的慣量支撐。

28、可選的，構(gòu)建風(fēng)電柔直系統(tǒng)的無通信慣性響應(yīng)模型，包括：

29、根據(jù)風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的控制策略和等效電路，建立雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電接入受端電網(wǎng)并網(wǎng)的運行原理圖；

30、根據(jù)所述運行原理圖，建立gsvsc附加下垂控制后頻率響應(yīng)的第一傳遞函數(shù)及當(dāng)前轉(zhuǎn)速雙饋風(fēng)機變比例調(diào)速頻率響應(yīng)的第二傳遞函數(shù)；

31、根據(jù)所述第一傳遞函數(shù)及第二傳遞函數(shù)，構(gòu)建風(fēng)電柔直系統(tǒng)的無通信慣性響應(yīng)模型。

32、可選的，第一傳遞函數(shù)如下：

33、

34、其中，gi1(s)為柔直電流內(nèi)環(huán)傳遞函數(shù)，icd和icdref分別為柔直內(nèi)環(huán)電流的d軸分量實際值與參考值，lg和rg分別為gsvsc交流側(cè)等效連接阻抗，gp1(s)為柔直頻率響應(yīng)開環(huán)傳遞函數(shù)，ku為直流電壓-頻率下垂系數(shù)，δpg(s)為柔直輸出功率增量，δf(s)為系統(tǒng)頻率變化量，δudc(s)為直流線路電壓變化量，usd為網(wǎng)側(cè)換流母線電壓d軸分量，gpg(s)為柔直系統(tǒng)頻率響應(yīng)閉環(huán)傳遞函數(shù)，c為直流線路等效電容，udc0為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時直流電壓，kp1、ki1、kp2和ki2分別為gsvsc功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)pi控制的比例和積分控制參數(shù)。

35、可選的，第二傳遞函數(shù)如下：

36、

37、其中，gi2(s)為風(fēng)機電流內(nèi)環(huán)傳遞函數(shù)，irq和irqref分別為風(fēng)機轉(zhuǎn)子q軸分量電流的實際值與參考值，lσ＝lr－lm2/ls、ls、lr、lm分別為雙饋風(fēng)機定、轉(zhuǎn)子繞組的自感和互感，rr為轉(zhuǎn)子繞組電阻，gp2(s)為風(fēng)機輸出功率傳遞函數(shù)，δpwe和δpweref分別為風(fēng)機參與調(diào)頻的有功增量及其參考值，uf為風(fēng)電場端電壓幅值，gpw(s)為風(fēng)機頻率響應(yīng)閉環(huán)傳遞函數(shù)，δfg為wfvsc逆變電壓頻率變化量，kw為調(diào)速系數(shù)，ωr0和ωrref分別為轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速參考值，hw為風(fēng)機轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)，kp3和ki3為轉(zhuǎn)速pi控制的比例和積分參數(shù)，kp4、ki4、kp5和ki5分別為雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子側(cè)變流器功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)pi控制的比例和積分參數(shù)。

38、可選的，無通信慣性響應(yīng)模型，如下：

39、

40、其中，gpf(s)為風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)慣性響應(yīng)閉環(huán)傳遞函數(shù)，δpg(s)為柔直輸出功率增量，δf(s)為系統(tǒng)頻率變化量，c為直流線路等效電容，udc0為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時直流電壓，ku為直流電壓-頻率下垂系數(shù)，kf為慣性協(xié)調(diào)系數(shù)，gp1(s)為柔直頻率響應(yīng)開環(huán)傳遞函數(shù)，gpg(s)為柔直系統(tǒng)頻率響應(yīng)閉環(huán)傳遞函數(shù)，gpwwf(s)為風(fēng)電場頻率響應(yīng)閉環(huán)傳遞函數(shù)，kwi為風(fēng)機i的調(diào)速系數(shù)，gp2(s)為風(fēng)機的輸出功率傳遞函數(shù)。

41、可選的，風(fēng)電柔直系統(tǒng)的下垂系數(shù)控制律，如下：

42、

43、其中，ku為直流電壓-頻率下垂系數(shù)，α為調(diào)節(jié)權(quán)重，t為流形收斂時間，δf和分別為系統(tǒng)頻率變化量及其變化率，δudc和為直流線路電壓變化量及其變化率，c為直流線路等效電容，udc0為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時直流電壓。

44、可選的，風(fēng)電柔直系統(tǒng)的調(diào)速系數(shù)控制律，如下：

45、

46、其中，kwi為風(fēng)機i的調(diào)速系數(shù)，m為風(fēng)機臺數(shù)，hdi和hwi分別為風(fēng)機i自身固有的慣性時間常數(shù)和阻尼fg變化的虛擬慣性時間常數(shù)，ωri0為風(fēng)機i轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速，β和β1分別為風(fēng)電場慣量和直流線路電壓的調(diào)節(jié)權(quán)重，t為流形收斂時間，pwmi和pwei分別為風(fēng)機i的機械功率和參與調(diào)頻的有功功率，δfg和分別為wfvsc逆變電壓頻率變化量及其變化率，δudc和為直流線路電壓變化量及其變化率，δωrk為風(fēng)機k的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化量。

47、再一方面，本發(fā)明還提供了一種計算設(shè)備，包括：一個或多個處理器；

48、處理器，用于執(zhí)行一個或多個程序；

49、當(dāng)所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)如上述所述的方法。

50、再一方面，本發(fā)明還提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存有計算機程序，所述計算機程序被執(zhí)行時，實現(xiàn)如上述所述的方法。

51、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

52、本發(fā)明提供了一種用于風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)慣量支撐方法，包括：構(gòu)建風(fēng)電柔直系統(tǒng)的無通信慣性響應(yīng)模型；根據(jù)所述無通信慣性響應(yīng)模型，確定所述風(fēng)電柔直系統(tǒng)的下垂系數(shù)控制律及調(diào)速系數(shù)控制律；基于所述下垂系數(shù)控制律及調(diào)速系數(shù)控制律，控制風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的慣量支撐。本發(fā)明能夠充分利用頻率恢復(fù)階段的發(fā)電機調(diào)頻能力，在避免產(chǎn)生頻率二次擾動情況下優(yōu)化直流電壓和風(fēng)機轉(zhuǎn)速的恢復(fù)動態(tài)特性。