【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源并网运行调控，尤其涉及一种风电机组动态惯量控制方法及系统。
技术介绍
1、随着风力发电渗透率的增加，系统的惯量持续性减小，而惯量不足会导致系统稳定性减弱甚至崩溃。为了使风电机组能够为系统提供一定的惯量支持，虚拟惯量控制等策略相继被提出。然而，现有研究大多集中在风电接入电力系统时的虚拟惯量模拟方法、区域惯量水平估计等方面，忽略了风电机组提供惯量支撑的能力，而风电场可用惯量支撑能力的准确评估可以为各机组调频功率的输出提供参考。因此，本专利技术基于对风电场惯量支撑能力的有效评估，提出相应的频率控制策略。
2、风电机组通过变流器与系统实现并网，当系统发生功率扰动时，常规频率控制下的机组无法像传统同步发电机那样直接调节转子的转矩及时响应系统的频率变化。因此，随着风电机组的广泛应用，国内外关于风电机组如何为系统提供频率支撑的研究也日益增多。在利用风电机组进行主动频率支撑的研究方面，已有研究通过仿真分析对风电渗透率增加对系统频率带来的影响进行了分析，可以看出风电机组的主动支撑能够对扰动后系统频率的恢复起到积极作用。
3、事实上，传统同步电机转子动能变化范围只有[0.95p.u,1.0p.u]，而风电机组与电力系统解耦，其转速变化范围能够增大到[0.7p.u,1.2p.u]，风机在参与系统调频方面具有更大的潜力。因此，国内外对风电机组进行频率主动支撑的具体控制方式也进行了深入研究。
4、已有研究根据风电机组换流器灵活调节的特点，在保留常规虚拟同步发电机(virtual synchronou
5、但受风速不确定性和间歇性的影响，风电机组对系统频率的调节能力也具有波动性，且风速低于或高于某个值时，风机会保护性退网。因此，对风电场调频能力进行分析时，往往还需要考虑到风电的特定和风资源的约束。总体而言，风电机组大多通过虚拟惯量控制等策略控制风电场输出功率来实现系统频率的主动支撑。然而现有研究通常采用的常规控制方式，较少考虑风电机组的实际调频能力。同时，大部分研究以频率快速响应为目标，忽略了系统的实际调频需求，可能造成系统频率过冲或功率饱和，难以保障系统的安全运行。因此，需深入研究兼顾风电场实际可用惯量和系统调频需求的频率主动支撑策略。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术针对上述现有技术中的问题，构建了一种风电机组动态惯量控制方法，本专利技术还提出一种与实现该方法对应的风电机组动态惯量控制系统。
2、技术方案：第一方面，本专利技术提供一种风电机组动态惯量控制方法，该方法包括以下步骤：
3、s1根据高比例新能源电力系统的系统频率动态响应，得到系统频率偏差值的决定因素以及表示出风机响应频率恢复的功率调节量，所述风机响应频率恢复的功率调节量中包括动态虚拟惯量系数；所述高比例新能源电力系统由大规模风电机组并网后形成；
4、s2所述动态虚拟惯量系数包括调频需求项kwl和可用惯量项kwe，所述调频需求项kwl和可用惯量项kwe采用权重分配系数η表示，所述权重分配系数η由以频率变化率为输入的sigmoid函数决定；
5、s3基于pscad平台搭建了含风力发电的高比例新能源电力系统仿真模型，从而验证所述动态虚拟惯量系数对系统受到扰动时的有效支撑性，所述含风力发电的高比例新能源电力系统仿真模型包括：系统额定频率、系统总容量、初始负荷、同步机额定容量、风电场集群分区后等效的机组台数、各风电机组的额定输出功率、风电机组出力在该系统中占比。
6、进一步的，包括：
7、所述步骤s1中，根据高比例新能源电力系统的系统频率动态响应，得到系统频率偏差值的决定因素，具体包括：当仅考虑惯量响应和一次调频时，系统频率的动态响应表示为：
8、
9、其中，hsys为系统等效惯量，δfac(t)为系统惯量的中心频率，d为阻尼系数，δpl(t)为有功不平衡量，δpg(t)为一次调频的有功调整量，fn为系统额定频率；
10、系统的频率变化与功率不平衡量成正相关，通常在扰动初始时刻，一次调频尚未开始，此时系统的频率变化程度最大，而系统的等效惯量越大，频率变化就越小；其中的功率不平衡量为δpg(t)-δpl(t)。
11、进一步的，包括：
12、所述步骤s1中，表示出风机响应频率恢复的功率调节量，包括：
13、
14、其中，δp表示风机响应频率恢复的功率调节量，kw为动态虚拟惯量系数，d fac/dt为系统频率变化率。
15、进一步的，包括：
16、所述步骤s2中，所述动态虚拟惯量系数包括：调频需求项kwl和可用惯量项kwe，具体表示为：
17、
18、其中，η为权重分配系数，c为系统调频需求项kwl的频率自适应参数，a为权重分配系数的调节参数，ew表示风机的可用惯量大小，sigmoid在其定义域内是一个连续且光滑的函数，能够将输入转换为(0，1)区间内的输出，因此，平滑地控制输出对频率变化率的敏感程度，基于sigmoid函数的权重分配系数η与频率变化率d fac/d t的关系，根据a的值呈现不同平滑的u形曲线。
19、进一步的，包括：
20、根据公式(2)可知，当频率变化率d fac/d t较小时，η趋近于0，此时动态虚拟惯量系数kw主要由kwl决定；而当频率变化率d fac/d t较大时，权重分配系数η趋近于1，此时动态虚拟惯量系数kw的大小主要由可用惯量项kwe确定；当参数a增大时，权重分配系数η的输出曲线斜率更大，即η的取值对频率变化率d fac/d t的敏感程度增加。
21、进一步的，包括：
22、所述当频率变化率d fac/d t较小时，η趋近于0，此时动态虚拟惯量系数kw主要由kwl决定，即：
23、
24、其中，c为系统调频需求项kwl的频率自适应参数，因此，系统频率变化率较小时，风机的虚拟惯量支撑功率由系统实际调频需求决定，其具体大小由频率自适应参数c确定，因而，系统的频率支撑功率会随着频率恢复需求的增大而增大。
25、进一步的，包括：
26、所述当频率变化率d fac/d t较大时，权重分配系数η趋近于1，此时动态虚拟惯量系数kw的大小主要由可用惯量项kwe确定，因此，风机动态虚拟惯量控制策略的附加调节功率指令表示为：
27、
28、因此，系统频率变化率较大时，动态惯量控制策略输出的参考功率值由风机的可用惯量确定，避免了输出功率超过风电机组支撑能力的情况。
29、进一步的，包括：
30、所述动态虚拟惯量系数表示为：
31、
32、其中，j表示风机的转动惯量大小，ω为风机转子实际转速本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据高比例新能源电力系统的系统频率动态响应，得到系统频率偏差值的决定因素，具体包括：当仅考虑惯量响应和一次调频时，系统频率的动态响应表示为：
3.根据权利要求2所述的风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，表示出风机响应频率恢复的功率调节量，包括：
4.根据权利要求3所述的风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述动态虚拟惯量系数包括：调频需求项Kwl和可用惯量项KwE，具体表示为：
5.根据权利要求4所述的风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，根据公式(2)可知，当频率变化率d fac/d t较小时，η趋近于0，此时动态虚拟惯量系数Kw主要由Kwl决定；而当频率变化率d fac/d t较大时，权重分配系数η趋近于1，此时动态虚拟惯量系数Kw的大小主要由可用惯量项KwE确定；当参数a增大时，权重分配系数η的输出曲线斜率更大，即η的取值对频率变化率d fac/d
6.根据权利要求5所述的风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，所述当频率变化率d fac/d t较小时，η趋近于0，此时动态虚拟惯量系数Kw主要由Kwl决定，即：
7.根据权利要求5所述的风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，所述当频率变化率d fac/d t较大时，权重分配系数η趋近于1，此时动态虚拟惯量系数Kw的大小主要由可用惯量项KwE确定，因此，风机动态虚拟惯量控制策略的附加调节功率指令表示为：
8.根据权利要求7所述的风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，所述动态虚拟惯量系数表示为：
9.根据权利要求1所述的风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，验证所述动态虚拟惯量系数对系统受到扰动时的有效支撑性，包括：负荷波动、新能源出力波动和系统故障。
10.一种风电机组动态惯量控制系统，其特征在于，其用于实现权利要求1所述的风电机组动态惯量控制方法，所述系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，所述步骤s1中，根据高比例新能源电力系统的系统频率动态响应，得到系统频率偏差值的决定因素，具体包括：当仅考虑惯量响应和一次调频时，系统频率的动态响应表示为：
3.根据权利要求2所述的风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，所述步骤s1中，表示出风机响应频率恢复的功率调节量，包括：
4.根据权利要求3所述的风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述动态虚拟惯量系数包括：调频需求项kwl和可用惯量项kwe，具体表示为：
5.根据权利要求4所述的风电机组动态惯量控制方法，其特征在于，根据公式(2)可知，当频率变化率d fac/d t较小时，η趋近于0，此时动态虚拟惯量系数kw主要由kwl决定；而当频率变化率d fac/d t较大时，权重分配系数η趋近于1，此时动态虚拟惯量系数kw的大小主要由可用惯量项kwe确定；当参数a增大时，权重分配系...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨天蒙，刘继成，孙霈盈，冯伟，陈泽龙，叶拓然，刘子文，赵宇民，代俊雯，吴兆成，
申请(专利权)人：国家电网公司东北分部，
类型：发明
国别省市：
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