一种双馈风机等效惯量评估方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种双馈风机等效惯量评估方法及系统。所述方法包括获取稳态信息，所述稳态信息包括双馈风机的输出功率和电网频率；根据所述双馈风机的输出功率计算初始转子角速度；根据所述电网频率计算系统初始同步角速度；基于所述系统初始同步角速度和所述初始转子角速度计算等效惯性时间常数，所述等效惯性时间常数用于评估双馈风机等效惯量。本发明专利技术在计算等效惯性时间常数时过程简单、计算量小，能够提高惯量评估的准确性。能够提高惯量评估的准确性。能够提高惯量评估的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风机等效惯量评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及评估领域，特别是涉及一种双馈风机等效惯量评估方法及系统。

技术介绍

[0002]在碳达峰、碳中和的时代背景下，加快构建以新能源为主体的新型电力系统是电力行业的必由之路。高比例可再生能源和高比例电力电子设备正在成为电力系统发展的重要趋势和关键特征。作为风电市场的主要机型，双馈风机灵活快速的控制特性使其转子动能与输出有功功率相对解耦，基本不具备惯量支撑能力。随着风电机组渗透率的提高，电力系统整体惯量水平势必会被削弱，严重恶化系统抗扰能力和稳定特性。为保证电网的安全稳定运行，虚拟惯量控制技术已成为提高电力系统惯量水平的重要手段，在双馈风机传统控制策略的基础上将电网频率偏差相关量引入变流器有功控制环节，通过吸收或释放转子动能来抵抗电网频率波动，进而向电网提供惯量支撑。
[0003]一般情况下，同步机组的等效惯性时间常数已经给定，且其数值基本不会发生变化。但对于双馈风机来说，其惯量响应特性与变流器类型、控制方式和机组运行工况息息相关。双馈风机出力的强随机性、间歇性和波动性使系统运行方式复杂多变，系统惯量在时间尺度将表现出较大的波动特性，所以含虚拟惯量控制的双馈风机接入电网后，系统惯量不再是无法改变的固有特性，其时空变化特征将愈加突出，扰动后的惯量响应过程将会更加复杂多变。惯量评估可为电网规划和调度运行提供科学参考，有助于电网运行调度人员掌握当前系统的等效惯量水平，辨识出惯量薄弱时段、节点或区域，进而有针对性地采取局部惯量补偿措施，为精细化惯量调控提供基础。<br/>[0004]系统暂态稳定以及暂态失稳模式不仅与系统总惯量相关，与整个系统的惯量分布更为相关。然而，现有惯量评估方法大多聚焦于整个系统的等效惯量，关于双馈风机自身惯量及响应特性的研究，当前缺少相关理论方法。惯量评估最常见的计算方法为利用摇摆方程计算惯性时间常数，此方法需要根据频率曲线精确测定计算频率变化率，计算量大，复杂程度高。无论是频率变化率的滤波取值，还是扰动发生时间的确定都会给计算带来难度，计算出错时会影响惯量评估的准确性。除此之外，此方法依赖于电网扰动下的时间序列量测数据，无法实现常态化下系统惯量的实时连续监测。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种双馈风机等效惯量评估方法及系统，在计算等效惯性时间常数时过程简单、计算量小，能够提高惯量评估的准确性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种双馈风机等效惯量评估方法，包括：
[0008]获取稳态信息，所述稳态信息包括双馈风机的输出功率和电网频率；
[0009]根据所述双馈风机的输出功率计算初始转子角速度；
[0010]根据所述电网频率计算系统初始同步角速度；
[0011]基于所述系统初始同步角速度和所述初始转子角速度计算等效惯性时间常数，所述等效惯性时间常数用于评估双馈风机等效惯量。
[0012]可选的，所述基于所述系统初始同步角速度和所述初始转子角速度计算等效惯性时间常数，具体包括：
[0013]获取双馈风机参数，所述双馈风机参数包括：增益参数、频域微分算子、滤波器的时间常数、双馈风机固有惯性时间常数和双馈风机额定角速度；
[0014]根据所述双馈风机参数、所述系统初始同步角速度和所述初始转子角速度计算等效惯性时间常数。
[0015]可选的，所述根据所述双馈风机参数、所述系统初始同步角速度和所述初始转子角速度计算等效惯性时间常数，具体为：
[0016]根据求解公式计算等效惯性时间常数，其中，H
eq
表示等效惯性时间常数，K
dvic
表示虚拟惯量控制的微分增益，s表示频域微分算子，K
pvic
表示虚拟惯量控制的比例增益，T
f
表示滤波器的时间常数，K
p_pll
表示锁相环的比例增益，K
i_pll
表示锁相环的积分增益，ω
r0
表示初始转子角速度，ω
s0
表示系统初始同步角速度，H
d
表示双馈风机固有惯性时间常数，K
ps
表示速度控制器的比例增益，K
is
表示速度控制器的积分增益，ω
N
表示双馈风机额定角速度。
[0017]可选的，所述求解公式的确定方法为：
[0018]根据转速参考值与双馈风机输出的有功功率确定关系表达式；
[0019]以定子电压相角增量为输入以虚拟惯量控制提供的电磁转矩参考值增量为输出构建基于锁相环频率的比例微分虚拟惯量控制模型；
[0020]以双馈风机的电磁功率为输入以电磁转矩参考值增量为输出构建双馈风机的最大功率追踪模型；
[0021]以电磁转矩参考值为输入以双馈风机转子转速为输出构建双馈风机的发电机暂态模型；
[0022]根据第一动能变化量表达式和第二动能变化量表达式确定等效惯性时间常数表达式；所述第一动能变化量表达式为附加虚拟惯量控制前双馈风机惯量响应过程中的动能变化量表达式，所述第二动能变化量表达式为附加虚拟惯量控制后双馈风机惯量响应过程中的动能变化量；
[0023]根据三相同步锁相环动态方程、所述关系表达式、所述基于锁相环频率的比例微分虚拟惯量控制模型、所述双馈风机的最大功率追踪模型发电机暂态模型和所述等效惯性时间表达式确定所述求解公式。
[0024]可选的，所述根据第一动能变化量表达式和第二动能变化量表达式确定等效惯性时间常数表达式，具体包括：
[0025]根据所述第一动能变化量表达式和所述第二动能变化量表达式确定虚拟转动惯量表达式；
[0026]基于所述虚拟转动惯量表达式确定等效惯性时间常数表达式。
[0027]一种双馈风机等效惯量评估系统，包括：
[0028]获取模块，用于获取稳态信息，所述稳态信息包括双馈风机的输出功率和电网频率；
[0029]初始转子角速度确定模块，用于根据所述双馈风机的输出功率计算初始转子角速度；
[0030]系统初始同步角速度确定模块，用于根据所述电网频率计算系统初始同步角速度；
[0031]等效惯性时间常数确定模块，用于基于所述系统初始同步角速度和所述初始转子角速度计算等效惯性时间常数，所述等效惯性时间常数用于评估双馈风机等效惯量。
[0032]可选的，所述等效惯性时间常数确定模块，具体包括：
[0033]获取子模块，用于获取双馈风机参数，所述双馈风机参数包括：增益参数、频域微分算子、滤波器的时间常数、双馈风机固有惯性时间常数和双馈风机额定角速度；
[0034]等效惯性时间常数确定子模块，用于根据所述双馈风机参数、所述系统初始同步角速度和所述初始转子角速度计算等效惯性时间常数。
[0035]可选的，所述等效惯性时间常数确定子模块，具体包括：
[0036]求解单元，用于根据求解公式
[0037]计算等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双馈风机等效惯量评估方法，其特征在于，包括：获取稳态信息，所述稳态信息包括双馈风机的输出功率和电网频率；根据所述双馈风机的输出功率计算初始转子角速度；根据所述电网频率计算系统初始同步角速度；基于所述系统初始同步角速度和所述初始转子角速度计算等效惯性时间常数，所述等效惯性时间常数用于评估双馈风机等效惯量。2.根据权利要求1所述的一种双馈风机等效惯量评估方法，其特征在于，所述基于所述系统初始同步角速度和所述初始转子角速度计算等效惯性时间常数，具体包括：获取双馈风机参数，所述双馈风机参数包括：增益参数、频域微分算子、滤波器的时间常数、双馈风机固有惯性时间常数和双馈风机额定角速度；根据所述双馈风机参数、所述系统初始同步角速度和所述初始转子角速度计算等效惯性时间常数。3.根据权利要求2所述的一种双馈风机等效惯量评估方法，其特征在于，所述根据所述双馈风机参数、所述系统初始同步角速度和所述初始转子角速度计算等效惯性时间常数，具体为：根据求解公式计算等效惯性时间常数，其中，H
eq
表示等效惯性时间常数，K
dvic
表示虚拟惯量控制的微分增益，s表示频域微分算子，K
pvic
表示虚拟惯量控制的比例增益，T
f
表示滤波器的时间常数，K
p_pll
表示锁相环的比例增益，K
i_pll
表示锁相环的积分增益，ω
r0
表示初始转子角速度，ω
s0
表示系统初始同步角速度，H
d
表示双馈风机固有惯性时间常数，K
ps
表示速度控制器的比例增益，K
is
表示速度控制器的积分增益，ω
N
表示双馈风机额定角速度。4.根据权利要求3所述的一种双馈风机等效惯量评估方法，其特征在于，所述求解公式的确定方法为：根据转速参考值与双馈风机输出的有功功率确定关系表达式；以定子电压相角增量为输入以虚拟惯量控制提供的电磁转矩参考值增量为输出构建基于锁相环频率的比例微分虚拟惯量控制模型；以双馈风机的电磁功率为输入以电磁转矩参考值增量为输出构建双馈风机的最大功率追踪模型；以电磁转矩参考值为输入以双馈风机转子转速为输出构建双馈风机的发电机暂态模型；根据第一动能变化量表达式和第二动能变化量表达式确定等效惯性时间常数表达式；所述第一动能变化量表达式为附加虚拟惯量控制前双馈风机惯量响应过程中的动能变化量表达式，所述第二动能变化量表达式为附加虚拟惯量控制后双馈风机惯量响应过程中的动能变化量；根据三相同步锁相环动态方程、所述关系表达式、所述基于锁相环频率的比例微分虚拟惯量控制模型、所述双馈风机的最大功率追踪模型发电机暂态模型和所述等效惯性时间表达式确定所述求解公式。
5.根据权利要求4所述的一种双馈风机等效惯量评估方法，其特征在于，所述根据第一动能变化量表达式和第二动能变化量表达式确定等效惯性时间常数表达式，具体包括：根据所述第一动能变化量表达式和所述第二动能变化量表达式确定虚拟转动惯量表达式；基于所述虚拟转动惯量表达式确定等效惯性时间常数表达式。6.一种双馈风机等效惯量评估系统，其特征在于，包括：获取模块，用于获取稳态信息，所述稳态信息包括双馈风机的输出功率和电网频...

【专利技术属性】
技术研发人员：王康，李立，张青蕾，乔彦君，邢其鹏，王彤，邓俊，彭书涛，夏楠，
申请(专利权)人：华北电力大学国网陕西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：