雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制方法及控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制方法及 控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)電在電力系統(tǒng)中的滲透率越來(lái)越高，特別是大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)直接接入高壓輸 電網(wǎng)后，風(fēng)電已經(jīng)對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行和安全穩(wěn)定等諸多方面帶來(lái)了不可忽視的影響。 該其中的關(guān)鍵問(wèn)題之一是大規(guī)模風(fēng)電接入后對(duì)電力系統(tǒng)頻率的影響W及如何進(jìn)行含大規(guī) 模風(fēng)電電力系統(tǒng)的頻率控制從而維持電力系統(tǒng)所要求的頻率水平。
[0003] 其中，風(fēng)電虛擬慣量控制是指在風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中加入系統(tǒng)頻率響應(yīng)環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng) 頻率變化時(shí)，通過(guò)釋放一定的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能給電網(wǎng)或?qū)⒁欢ǖ碾娔苻D(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，從而在短 時(shí)間內(nèi)增加或減小風(fēng)機(jī)的有功出力，參與電力系統(tǒng)頻率控制。具體來(lái)說(shuō)，虛擬慣量控制的實(shí) 現(xiàn)方法是在風(fēng)機(jī)有功參考值上附加一個(gè)與系統(tǒng)頻率微分信號(hào)成比例的分量，在此基礎(chǔ)上模 擬同步發(fā)電機(jī)的一次調(diào)頻，在風(fēng)機(jī)有功參考值上再附加一個(gè)與頻率偏移量成比例的分量， 從而得出了相關(guān)技術(shù)中所采用的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的PD控制策略。
[0004] 然而，相關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)必須獲取頻率微分信號(hào)，而在實(shí)際工程中微分器的實(shí)現(xiàn)是 很困難的，并且很容易被噪聲放大效應(yīng)所影響，導(dǎo)致存在著一定局限性，無(wú)法很好地滿足使 用要求，因此有待改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。
[0006] 為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制方法，該控制方 法可W避免微分器難W實(shí)現(xiàn)的難題，并且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制裝置。
[000引為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了一種雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制方 法，包括W下步驟：建立風(fēng)電附加虛擬慣量控制之后的電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)方程；根據(jù)在線 運(yùn)行發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)獲取系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)的估計(jì)值；根據(jù)所述系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù) 的估計(jì)值和所述電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)方程獲取擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)形式；根據(jù)所述擴(kuò)張狀 態(tài)觀測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)形式設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；W及通過(guò)所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器得到有功參考增 量，W獲取雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量控制方程。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制方法，通過(guò)系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù) 的估計(jì)值和電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)方程設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，W通過(guò)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器得到有功 參考增量，實(shí)現(xiàn)獲取雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量控制方程的目的，避免了微分器難W實(shí)現(xiàn)的難題，并 且可W方便地考慮風(fēng)電虛擬慣量控制對(duì)系統(tǒng)總慣量的相對(duì)貢獻(xiàn)大小，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。
[0010] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制方法還可W具有如下附 加的技術(shù)特征：
[0011] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)方程為：
[0012]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制方法，其特征在于，包括以下步驟： 建立風(fēng)電附加虛擬慣量控制之后的電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)方程； 根據(jù)在線運(yùn)行發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)獲取系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)的估計(jì)值； 根據(jù)所述系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)的估計(jì)值和所述電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)方程獲取擴(kuò)張狀態(tài)觀 測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)形式； 根據(jù)所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)形式設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；以及 通過(guò)所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器得到有功參考增量，以獲取雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量控制方程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制方法，其特征在于，所述電力系統(tǒng) 頻率響應(yīng)方程為：
其中，Afe為糸統(tǒng)頻率偏栘量H為糸統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)，Ape為常規(guī)問(wèn)步發(fā)電的輸出功 率變化量，所考察系統(tǒng)與相鄰系統(tǒng)之間交換功率的變化量，Ap 為系統(tǒng)有功負(fù)荷的 變化量，Δ?；為系統(tǒng)頻率偏移，D為系統(tǒng)的負(fù)荷阻尼系數(shù)，ΛΡΙΚ表示風(fēng)電虛擬慣量控制所產(chǎn) 生的有功參考值增量，t為時(shí)間變量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制方法，其特征在于，根據(jù)以下公式 獲取所述系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)的估計(jì)值：
其中，η為同步發(fā)電機(jī)的總數(shù)，SiiN和H iiSe分別為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的功率基值和慣性時(shí)間 常數(shù)，Sb為系統(tǒng)功率基值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制方法，其特征在于，所述擴(kuò)張狀態(tài) 觀測(cè)器為：
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 分別 為21和z 2的估計(jì)值，e $實(shí)際值z(mì)占估計(jì)值A(chǔ)的偏差，u為擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的輸入，u = Δ ΡΙΚ，β 01、β 02為擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的參數(shù)，函數(shù)fal (e " α，δ )表達(dá)式為：
式中，參數(shù)〇〈α〈1，δ為濾波因子，sign為符號(hào)函數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制方法，其特征在于，在所述有功參 考增量中加入模擬同步發(fā)電機(jī)一次調(diào)頻的有功參考增量獲取所述雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量控制 方程，所述雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量控制方程為： XPiR 二-Km ·2Η― KPt 乏ι， 其中，M爾為風(fēng)機(jī)慣性響應(yīng)參與系數(shù)，Kpf為等效頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)。夂IR ^//。毛用于模 擬同步發(fā)電機(jī)的慣性響應(yīng)，用于模擬同步發(fā)電機(jī)的一次調(diào)頻，與和毛為狀態(tài)觀測(cè)量， Htl為所述系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)的估計(jì)值。
6. -種雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制裝置，其特征在于，包括： 構(gòu)建模塊，用于建立風(fēng)電附加虛擬慣量控制之后的電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)方程； 估計(jì)模塊，用于根據(jù)在線運(yùn)行發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)獲取系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)的估計(jì) 值； 第一獲取模塊，用于根據(jù)所述系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)的估計(jì)值和所述電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)方 程獲取擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)形式； 設(shè)計(jì)模塊，用于根據(jù)所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)形式設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；以及 第二獲取模塊，用于通過(guò)所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器得到有功參考增量，以獲取雙饋風(fēng)機(jī)虛 擬慣量控制方程。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制裝置，其特征在于，所述電力系統(tǒng) 頻率響應(yīng)方程為：
其中，Λ?；為系統(tǒng)頻率偏移量H為系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)，Ape為常規(guī)同步發(fā)電的輸出功 率變化量，所考察系統(tǒng)與相鄰系統(tǒng)之間交換功率的變化量，Ap 為系統(tǒng)有功負(fù)荷的 變化量，Δ?；為系統(tǒng)頻率偏移，D為系統(tǒng)的負(fù)荷阻尼系數(shù)，ΛΡΙΚ表示風(fēng)電虛擬慣量控制所產(chǎn) 生的有功參考值增量，t為時(shí)間變量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制裝置，其特 征在于，根據(jù)以下公式獲取所述系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)的估計(jì)值：
其中，η為同步發(fā)電機(jī)的總數(shù)，SiiN和H iiSe分別為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的功率基值和慣性時(shí)間 常數(shù)，Sb為系統(tǒng)功率基值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制裝置，其特 征在于，所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器為：
其中，zl= Afe，z2= [(APc+ApT-APfDAf)/2H+APIK/2H-AP IK/2H。]，為和4 分別為 Z1 和Z2的估計(jì)值，e i為實(shí)際值z(mì) i與估計(jì)值為的偏差，u為擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的輸入，u = Λρικ， β Q1、β C12為擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的參數(shù)，函數(shù)fal (e i，α，δ )表達(dá)式為：
式中，參數(shù)〇〈α〈1，δ為濾波因子，sign為符號(hào)函數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制裝置，其特征在于，所述第二獲取 模塊還用于在所述有功參考增量中加入模擬同步發(fā)電機(jī)一次調(diào)頻的有功參考增量獲取所 述雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量控制方程，所述雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量控制方程為： Mr = -[IR _ 2 盡Λ -[辦 f 1 , 其中，M爾為風(fēng)機(jī)慣性響應(yīng)參與系數(shù)，Kpf為等效頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)。Kir ·2//^2用于模 擬同步發(fā)電機(jī)的慣性響應(yīng)，用于模擬同步發(fā)電機(jī)的一次調(diào)頻，&和毛為狀態(tài)觀測(cè)量， Htl為所述系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)的估計(jì)值。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量的控制方法及控制裝置，其中，方法包括以下步驟：建立電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)方程；獲取系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)的估計(jì)值；獲取擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)形式；設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；通過(guò)所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器得到有功參考增量，以獲取雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量控制方程。該控制方法通過(guò)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器得到有功參考增量，從而獲取雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量控制方程，避免了微分器難以實(shí)現(xiàn)的難題，并且可以方便地考慮風(fēng)電虛擬慣量控制對(duì)系統(tǒng)總慣量的相對(duì)貢獻(xiàn)大小。
【IPC分類(lèi)】H02J3-38
【公開(kāi)號(hào)】CN104836253
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510257213
【發(fā)明人】梅生偉, 張新燕, 劉鋒, 王維慶, 陳來(lái)軍, 常喜強(qiáng), 鄭天文, 何山, 陳天一
【申請(qǐng)人】清華大學(xué), 新疆大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月19日