一种基于转子动能的风电机组等效转动惯量在线评估方法技术

一种基于转子动能的风电机组等效转动惯量在线评估方法，包括以下步骤：采集风电机组输出电磁功率、风机转子角速度，获得其离散采样信号；确定故障前时刻、故障后风机纯惯性响应时间段内的任意两个时刻；提取故障前时刻的风电输出电磁功率、两个惯性响应时刻时间段内的风电输出电磁功率，两个惯性响应时刻的风机转子角速度数据，并对上述数据进行有效性检查；根据有效合格的数据最终计算出风机有效惯性时间常数。该方法依据能量守恒原理和惯量定义，在风机纯惯性响应过程中，建立风机转子转速随动能变化的能量关系模型，从风机输出能量增量的角度实现对其等效转动惯量的估计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于转子动能的风电机组等效转动惯量在线评估方法
本专利技术属于电力系统
，具体涉及一种基于转子动能的风电机组等效转动惯量在线评估方法。
技术介绍
随着新能源装机与发电占比不断攀升，大量电力电子装置投入电网。这些电力电子器件的投入造成了电网侧与发电侧电气解耦，使得存储在发电侧诸如风机齿轮箱、叶片中的惯量无法传递到电网，电力系统的惯量水平持续下降，电网频率脆弱性问题凸显。因此，高比例新能源接入下电力系统的惯量评估，对于系统新能源接入、调度策略优化配置具有重要的指导作用。新能源电力系统的等效惯量由传统发电机和采用虚拟惯量控制技术的新能源发电机共同提供。虽然部分风机设备铭牌参数标记了其转动惯量的试验值或设计值，但在运行中，风电机组实际的等效转动惯量将受控制参数和运行工况的影响而改变，因此需要进行在线辨识和评估。通常所指的风机虚拟惯量，是机组通过附加控制的手段，吸收或释放叶轮、发电机转子上的旋转动能，实现短时间内降低或提高发电功率，最终参与电网的频率调节。风电机组的附加惯量控制虽然反映电网的频率波动，但仍是以电力电子变流器为功率传输环节，通过调节控制参数，模拟风机有功输出与电网频率之间的联系。因此，基于经典的同步发电机转子运动方程的惯量辨识方法已经不适用于求解风机的虚拟惯量。风电机组的等效转动惯量评估，缺少有效的方法。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提出了一种基于转子动能的风电机组等效转动惯量在线评估方法。本专利技术具体采用以下技术方案。一种基于转子动能的风电机组等效转动惯量在线评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：对风电机组输出电磁功率、风机转子角速度、风机一次调频动作信号进行采样，获得其离散采样信号；步骤2：确定故障前时刻t0，和故障后风机纯惯性响应时间段内的任意两个时刻，即第一惯性响应时刻t1、第二惯性响应时刻t2，其中t1＜t2；步骤3：取所述故障前时刻t0的故障前风电输出电磁功率P0、第一惯性响应时刻t1到第二惯性响应时刻t2时间段内的风电输出电磁功率Pt，及第一惯性响应时刻t1风机转子的第一角速度ωt1以及第二惯性响应时刻t2风机转子的第二角速度ωt2实时数据；步骤4：对步骤3获取的所述故障前风电输出电磁功率P0、风电输出电磁功率Pt、第一角速度ωt1、第二角速度ωt2进行有效性检查，合格则执行步骤5，否则返回步骤1；步骤5：计算第一惯性响应时刻t1到第二惯性响应时刻t2时段内风机输出能量的增量；步骤6：根据步骤5的计算结果、第一角速度ωt1、第二角速度ωt2，计算风电机组的等效转动惯量；步骤7：根据步骤6的计算结果，即风电机组的等效转动惯量，计算风机等效惯性时间常数H。本专利技术还进一步采用以下优选技术方案：在所述步骤2中，所述纯惯性响应时刻在扰动发生后到机组一次调频动作信号变位时刻tgov之前时段内选取任意时刻，或者取经验值Tgov。其中，所述纯惯性响应是指扰动发生后的最初时刻，一次调频未发生作用之前，发电机将转子中储存的动能转化为电磁功率向系统释放或吸收，从而对系统频率产生惯性的过程。在所述步骤3中，所述风电输出电磁功率Pt为一组数据，包括从第一惯性响应时刻t1到第二惯性响应时刻t2时间段内的多个时刻的电磁功率。在步骤4中，所采集的故障前风电输出电磁功率P0、风电输出电磁功率Pt、第一角速度ωt1、第二角速度ωt2同时满足以下公式则合格，否则不合格：0.2Pn≤P0≤Pn；0.2Pn≤Pt≤1.2Pn；ωmin≤ωt1≤ωn；ωmin≤ωt2≤ωn；其中Pn为风机额定有功功率，ωmin为风机有功输出功率为20％Pn时对应的风机角速度；ωn为额定角速度。在步骤5中，根据以下公式计算第一惯性响应时刻t1到第二惯性响应时刻t2时段内风机输出能量的增量：其中，ΔE为第一惯性响应时刻t1至第二惯性响应时刻t2时段内风机输出能量的增量。步骤6中，根据以下公式计算风电机组的等效转动惯量：其中，J为转动惯量。步骤7中，根据以下公式计算风电机组的等效惯性时间常数H：其中，S为风电机组容量，J为转动惯量，ωn为风机额定角速度。本专利技术相对于现有技术能取得以下有益效果：该方法从风机输出能量增量的角度实现对其虚拟惯量的在线估计，不涉及转子运动方程，无需计算频率变化率，不受风机附加控制策略和参数影响，适用于所有的风电机组类型，具有很强的实用价值。附图说明图1为本专利技术的一种基于转子动能的风电机组等效转动惯量在线评估方法示意图。具体实施方式下面结合说明书附图以及具体实施例对本专利技术的技术方案进一步进行说明。如图1所示，本专利技术一种基于转子动能的风电机组等效转动惯量在线评估方法包括以下步骤：步骤1：对风电机组输出电磁功率、风机转子角速度、风机一次调频动作信号进行采样，获得其离散采样信号。步骤2：确定故障前时刻t0，和故障后风机纯惯性响应时间段内的任意两个时刻，即第一惯性响应时刻t1、第二惯性响应时刻t2，其中t1＜t2。其中，纯惯性响应是指扰动发生后的最初时刻到一次调频未发生作用之前，发电机将转子中储存的动能转化为电磁功率向系统释放或吸收，从而对系统频率产生惯性的过程。该时间段，取扰动发生后到机组一次调频动作信号变位时刻tgov之前；也可以取经验值Tgov。步骤3：从步骤1采集的离散采样信号中，提取故障前时刻t0的故障前风电输出电磁功率P0、第一惯性响应时刻t1到第二惯性响应时刻t2时间段内的风电输出电磁功率Pt，及第一惯性响应时刻t1风机转子的第一角速度ωt1以及第二惯性响应时刻t2风机转子的第二角速度ωt2实时数据。其中，风电输出电磁功率Pt实际为一组数据序列，包括从第一惯性响应时刻t1到第二惯性响应时刻t2时间段内的多个时刻的电磁功率。步骤4：对步骤3获取的所述故障前风电输出电磁功率P0、风电输出电磁功率Pt、第一角速度ωt1、第二角速度ωt2进行有效性检查，合格则执行步骤5，否则返回步骤1。具体地，通过以下方式检查数据的有效性：0.2Pn≤P0≤Pn；0.2Pn≤Pt≤1.2Pn；ωmin≤ωt1≤ωn；ωmin≤ωt2≤ωn；其中Pn为风机额定有功功率，ωmin为风机有功输出功率为20％Pn时对应的风机角速度；ωn为额定角速度。并且，在故障前风电输出电磁功率P0、风电输出电磁功率Pt、第一角速度ωt1、第二角速度ωt2同时满足以上条件时，才判断为数据合格。步骤5：计算第一惯性响应时刻t1到第二惯性响应时刻t2时段内风机输出能量的增量。具体地，根据以下公式计算第一惯性响应时刻t1到第二惯性响应时刻t2时段内风机输出能量的增量：其中，ΔE为第一惯性响应时刻t1至第二惯性响应时刻t2时段内风机输出能量的增量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于转子动能的风电机组等效转动惯量在线评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤1：对风电机组输出电磁功率、风机转子角速度、风机一次调频动作信号进行采样，获得其离散采样信号；/n步骤2：确定故障前时刻t0，和故障后风机纯惯性响应时间段内的任意两个时刻，即第一惯性响应时刻t1、第二惯性响应时刻t2，其中t1＜t2；/n步骤3：取所述故障前时刻t0的故障前风电输出电磁功率P

【技术特征摘要】
1.一种基于转子动能的风电机组等效转动惯量在线评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：对风电机组输出电磁功率、风机转子角速度、风机一次调频动作信号进行采样，获得其离散采样信号；
步骤2：确定故障前时刻t0，和故障后风机纯惯性响应时间段内的任意两个时刻，即第一惯性响应时刻t1、第二惯性响应时刻t2，其中t1＜t2；
步骤3：取所述故障前时刻t0的故障前风电输出电磁功率P0、第一惯性响应时刻t1到第二惯性响应时刻t2时间段内的风电输出电磁功率Pt，及第一惯性响应时刻t1风机转子的第一角速度ωt1以及第二惯性响应时刻t2风机转子的第二角速度ωt2实时数据；
步骤4：对步骤3获取的所述故障前风电输出电磁功率P0、风电输出电磁功率Pt、第一角速度ωt1、第二角速度ωt2进行有效性检查，合格则执行步骤5，否则返回步骤1；
步骤5：计算第一惯性响应时刻t1到第二惯性响应时刻t2时段内风机输出能量的增量；
步骤6：根据步骤5的计算结果、第一角速度ωt1、第二角速度ωt2，计算风电机组的等效转动惯量；
步骤7：根据步骤6的计算结果，即风电机组的等效转动惯量，计算风机等效惯性时间常数H。


2.根据权利要求1所述的基于转子动能的风电机组等效转动惯量在线评估方法，其特征在于：
在所述步骤2中，所述纯惯性响应时刻在扰动发生后到机组一次调频动作信号变位时刻tgov之前时段内选取任意时刻，或者取经验值Tgov。
其中，所述纯惯性响应是指扰动发生后的最初时刻，一次调频未发生作用之前，发电机将转子中储存的动能转化为电磁功率向系统释放或吸收，从而对系统频率产生惯性的过程。


3.根据权利要求1所述的基于转子动能的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓彦，孙刚，时伯年，瞿艳霞，肖远清，徐刚，秦红霞，
申请(专利权)人：北京四方继保工程技术有限公司，北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11