阅读说明：本技术 一种双馈风电机组转子控制方法及装置 (Rotor control method and device for doubly-fed wind turbine generator ) 是由 田新首 李琰 迟永宁 汤海雁 刘超 苏媛媛 于 2020-03-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种双馈风电机组转子控制方法及装置,包括：获取上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量；根据上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量确定上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量；基于上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速；本发明将双馈风电机组的调频能量变化量作为双馈风电机组转子控制时的影响因素,提高了控制双馈风电机组转子转速的精度以及机组的运行稳定性。(The invention relates to a method and a device for controlling a rotor of a doubly-fed wind turbine generator, which comprise the following steps: acquiring kinetic energy variation and wind energy capture quantity of the double-fed wind turbine generator in the last frequency modulation period; determining the frequency modulation energy variation of the double-fed wind turbine generator set in the last frequency modulation period according to the kinetic energy variation and wind energy capture amount of the double-fed wind turbine generator set in the last frequency modulation period; controlling the rotor speed of the double-fed wind turbine generator set in the current frequency modulation period based on the frequency modulation energy variation of the double-fed wind turbine generator set in the last frequency modulation period; according to the invention, the variable quantity of the frequency modulation energy of the double-fed wind turbine generator is used as an influence factor when the rotor of the double-fed wind turbine generator is controlled, so that the precision of controlling the rotating speed of the rotor of the double-fed wind turbine generator and the operation stability of the double-fed wind turbine generator are improved.)

一种双馈风电机组转子控制方法及装置

技术领域

本发明涉及新能源控制技术领域，具体涉及一种双馈风电机组转子控制方法及装置。

背景技术

随着全球风力发电的快速发展和风机装机容量的快速增长，建设规模化并网风电场成为了高效利用风能的有效方式。然而，风电存在间歇性、波动性和反调峰性等特点，大规模风电并网使得系统功率平衡和调频难度不断增大，对系统的运行控制、保护和调度等方面提出了挑战。

双馈风电机组可以利用机组自身旋转动能参与系统调频，机组基于最大功率跟踪控制运行时，自身惯量并没有降低，可通过附加频率控制表现出其惯量作用。双馈风电机组的频率控制同时受电网扰动类型和机组运行工况两方面的影响，但目前对双馈风电机组频率控制的研究主要集中在实现响应系统频率变化上，频率控制器缺乏对双馈风电机组运行特性的考虑，控制机组转子的精度较低，机组运行稳定性较差。

因此，在双馈风电机组转子控制时，如何充分应用双馈风电机组的运行特性，以提高控制双馈风电机组转子转速的精度是本领域需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种双馈风电机组转子控制方法及装置，在对双馈风电机组的转子进行控制时，将机组上一调频时段的运行特性考虑在内，以提高控制双馈风电机组转子转速的精度以及机组的运行稳定性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种双馈风电机组转子控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：

获取上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量；

根据上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量确定上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量；

基于上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速。

优选的，所述获取上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量，包括：

获取上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速，并根据上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速确定上一调频时段双馈风电机组的动能变化量；

根据上一调频时段双馈风电机组的有功功率确定上一调频时段双馈风电机组的风能捕获量。

进一步的，按下述方法获取所述上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速ω：

当P₀≤P_min时，ω＝ω_min；

当P_min≤P₀≤P_max时，ω等于实际采样值；

当P₀≥P_max时，ω＝ω_max；

其中，P₀为上一调频时段初始时刻双馈风电机组的有功功率，ω_min为双馈风电机组的转子转速下限值，ω_max为双馈风电机组的转子转速上限值，P_min为双馈风电机组的有功功率下限值，P_max为双馈风电机组的有功功率上限值。

进一步的，所述根据上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速确定上一调频时段双馈风电机组的动能变化量，包括：

按下式确定上一调频时段双馈风电机组的动能变化量ΔE_D：

式中，P_D为双馈风电机组的极对数，J_D为双馈风电机组的总转动惯量，ω为上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速，ω∈[ω_min,ω_max]，ω_min为双馈风电机组的转子转速下限值，ω_max为双馈风电机组的转子转速上限值。

进一步的，所述根据上一调频时段双馈风电机组的有功功率确定上一调频时段双馈风电机组的风能捕获量，包括：

按下式确定上一调频时段双馈风电机组的风能捕获量ΔE_P：

式中，P_W(t)为上一调频时段调频时刻t双馈风电机组的有功功率，P₀为上一调频时段初始时刻双馈风电机组的有功功率，t_on为上一调频时段初始时刻，t_off为上一调频时段结束时刻，t∈[t_on,t_off]。

优选的，所述根据上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量确定上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量，包括：

按下式确定上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量ΔE：

ΔE＝ΔE_D+ΔE_P+M

式中，ΔE_D为上一调频时段双馈风电机组的动能变化量，ΔE_P为上一调频时段双馈风电机组的风能捕获量，M为上一调频时段双馈风电机组的能量损耗。

优选的，所述基于上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速，包括：

按下式确定双馈风电机组的有功功率目标值P_ref：

P_ref＝P′_ref+ΔPΔE

式中，P′_ref为双馈风电机组的有功功率参考值，ΔP为双馈风电机组的有功功率变化量，ΔE为上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量；

将所述双馈风电机组的有功功率目标值作为转子变频控制器的输入，并利用该转子变频控制器生成的控制信号控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速。

进一步的，按下式确定所述双馈风电机组的有功功率参考值P′_ref：

式中，ω_ref为双馈风电机组的转子转速参考值，ω为上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速，K为转速控制器比例系数，T为转速控制器积分时间常数。

进一步的，按下式确定所述双馈风电机组的有功功率变化量ΔP：

式中，K_f为微分系数，f为电网频率。

基于同一发明构思，本发明还提供一种双馈风电机组转子控制装置，其改进之处在于，所述装置包括：

获取单元，用于获取上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量；

确定单元，用于根据上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量确定上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量；

控制单元，用于基于上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明提供的一种双馈风电机组转子控制方法及装置，包括：获取上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量；根据上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量确定上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量；基于上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速；本发明将双馈风电机组的调频能量变化量作为双馈风电机组转子控制时的影响因素，提高了控制双馈风电机组转子转速的精度，提高了机组调速过程中的运行稳定性，进而可以最大限度满足电网的调频需要；其中，获取双馈风电机组的调频能量变化量时，充分考虑了机组的转子转速、有功功率以及调频损耗，为提高机组的运行稳定性奠定了基础。

附图说明

图1是本发明双馈风电机组转子控制方法流程图；

图2是本发明双馈风电机组转子控制装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种双馈风电机组转子控制方法，如图1所示，所述方法包括：

获取上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量；

根据上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量确定上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量；

基于上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速。

为了更加清楚地表明本发明的目的，下面结合具体实施例对本发明的方案作进一步解释。

在本发明实施例中，上述获取上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量，包括：

获取上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速，并根据上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速确定上一调频时段双馈风电机组的动能变化量；

根据上一调频时段双馈风电机组的有功功率确定上一调频时段双馈风电机组的风能捕获量。

其中，按下述方法获取所述上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速ω：

当P₀≤P_min时，ω＝ω_min；

当P_min≤P₀≤P_max时，ω等于实际采样值；

当P₀≥P_max时，ω＝ω_max；

其中，P₀为上一调频时段初始时刻双馈风电机组的有功功率，ω_min为双馈风电机组的转子转速下限值，ω_max为双馈风电机组的转子转速上限值，P_min为双馈风电机组的有功功率下限值，P_max为双馈风电机组的有功功率上限值，ω_max＝1.2pu，ω_min＝0.7pu，P_min取值为0.7pu，P_max为1.2pu。

具体地，上述根据上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速确定上一调频时段双馈风电机组的动能变化量，包括：

按下式确定上一调频时段双馈风电机组的动能变化量ΔE_D：

式中，P_D为双馈风电机组的极对数，J_D为双馈风电机组的总转动惯量，ω为上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速，ω∈[ω_min,ω_max]，ω_min为双馈风电机组的转子转速下限值，ω_max为双馈风电机组的转子转速上限值。其中，ω_max＝1.2pu，ω_min＝0.7pu。

具体地，上述根据上一调频时段双馈风电机组的有功功率确定上一调频时段双馈风电机组的风能捕获量，包括：

按下式确定上一调频时段双馈风电机组的风能捕获量ΔE_P：

式中，P_W(t)为上一调频时段调频时刻t双馈风电机组的有功功率，P₀为上一调频时段初始时刻双馈风电机组的有功功率，t_on为上一调频时段初始时刻，t_off为上一调频时段结束时刻，t∈[t_on,t_off]。

在本发明的实施例中，上述根据上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量确定上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量，包括：

按下式确定上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量ΔE：

ΔE＝ΔE_D+ΔE_P+M

式中，ΔE_D为上一调频时段双馈风电机组的动能变化量，ΔE_P为上一调频时段双馈风电机组的风能捕获量，M为上一调频时段双馈风电机组的能量损耗。

在本发明的实施例中，上述基于上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速，包括：

按下式确定双馈风电机组的有功功率目标值P_ref：

P_ref＝P′_ref+ΔPΔE

式中，P′_ref为双馈风电机组的有功功率参考值，ΔP为双馈风电机组的有功功率变化量，ΔE为上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量；

将所述双馈风电机组的有功功率目标值作为转子变频控制器的输入，并利用该转子变频控制器生成的控制信号控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速。

具体地，按下式确定所述双馈风电机组的有功功率参考值P′_ref：

式中，ω_ref为双馈风电机组的转子转速参考值，ω为上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速，K为转速控制器比例系数，T为转速控制器积分时间常数。

具体地，按下式确定所述双馈风电机组的有功功率变化量ΔP：

式中，K_f为微分系数，f为电网频率。

在本发明的实施例中，上述将所述双馈风电机组的有功功率目标值作为转子变频控制器的输入，并利用该转子变频控制器生成的控制信号控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速，具体是将本发明获得的双馈风电机组的有功功率目标值，作为电网技术2017年2月第41卷2期公开的文献《双馈风电机组与静止无功发生器交互作用原理及系统振荡特性研究》中的有功功率目标值P_ref，实现对当前调频时段双馈风电机组的转子转速的控制。

基于同一发明构思，本发明还提供一种双馈风电机组转子控制装置，如图2所示，所述装置包括：

获取单元，用于获取上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量；

确定单元，用于根据上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量确定上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量；

控制单元，用于基于上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速。

在本发明实施例中，上述获取上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量，包括：

获取上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速，并根据上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速确定上一调频时段双馈风电机组的动能变化量；

根据上一调频时段双馈风电机组的有功功率确定上一调频时段双馈风电机组的风能捕获量。

其中，按下述方法获取所述上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速ω：

当P₀≤P_min时，ω＝ω_min；

当P_min≤P₀≤P_max时，ω等于实际采样值；

当P₀≥P_max时，ω＝ω_max；

其中，P₀为上一调频时段初始时刻双馈风电机组的有功功率，ω_min为双馈风电机组的转子转速下限值，ω_max为双馈风电机组的转子转速上限值，P_min为双馈风电机组的有功功率下限值，P_max为双馈风电机组的有功功率上限值，ω_max＝1.2pu，ω_min＝0.7puP_min取值为0.7pu，P_max为1.2pu。

具体地，上述根据上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速确定上一调频时段双馈风电机组的动能变化量，包括：

按下式确定上一调频时段双馈风电机组的动能变化量ΔE_D：

式中，P_D为双馈风电机组的极对数，J_D为双馈风电机组的总转动惯量，ω为上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速，ω∈[ω_min,ω_max]，ω_min为双馈风电机组的转子转速下限值，ω_max为双馈风电机组的转子转速上限值。

具体地，上述根据上一调频时段双馈风电机组的有功功率确定上一调频时段双馈风电机组的风能捕获量，包括：

按下式确定上一调频时段双馈风电机组的风能捕获量ΔE_P：

式中，P_W(t)为上一调频时段调频时刻t双馈风电机组的有功功率，P₀为上一调频时段初始时刻双馈风电机组的有功功率，t_on为上一调频时段初始时刻，t_off为上一调频时段结束时刻，t∈[t_on,t_off]。

在本发明的实施例中，上述根据上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量确定上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量，包括：

按下式确定上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量ΔE：

ΔE＝ΔE_D+ΔE_P+M

式中，ΔE_D为上一调频时段双馈风电机组的动能变化量，ΔE_P为上一调频时段双馈风电机组的风能捕获量，M为上一调频时段双馈风电机组的能量损耗。

在本发明的实施例中，上述基于上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速，包括：

按下式确定双馈风电机组的有功功率目标值P_ref：

P_ref＝P′_ref+ΔPΔE

式中，P′_ref为双馈风电机组的有功功率参考值，ΔP为双馈风电机组的有功功率变化量，ΔE为上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量；

将所述双馈风电机组的有功功率目标值作为转子变频控制器的输入，并利用该转子变频控制器生成的控制信号控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速。

具体地，按下式确定所述双馈风电机组的有功功率参考值P′_ref：

式中，ω_ref为双馈风电机组的转子转速参考值，ω为上一调频时段初始时刻双馈风电机组的转子转速，K为转速控制器比例系数，T为转速控制器积分时间常数。

具体地，按下式确定所述双馈风电机组的有功功率变化量ΔP：

式中，K_f为微分系数，f为电网频率。

综上所述，本发明提供的一种双馈风电机组转子控制方法及装置，包括：获取上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量；根据上一调频时段双馈风电机组的动能变化量和风能捕获量确定上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量；基于上一调频时段双馈风电机组的调频能量变化量控制当前调频时段双馈风电机组的转子转速；本发明将双馈风电机组的调频能量变化量作为双馈风电机组转子控制时的影响因素，提高了控制双馈风电机组转子转速的精度，提高了机组调速过程中的运行稳定性，进而可以最大限度满足电网的调频需要；其中，获取双馈风电机组的调频能量变化量时，充分考虑了机组的转子转速、有功功率以及调频损耗，为提高机组的运行稳定性奠定了基础。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。