適應(yīng)于微網(wǎng)多模式運行的雙饋風(fēng)機下垂電壓源型控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適應(yīng)于微網(wǎng)多模式運行的雙饋風(fēng)機下垂電壓源型控制方法。對雙饋風(fēng)機進行控制，在并網(wǎng)和孤網(wǎng)運行模式下，根據(jù)頻率和幅值下垂特性，采用電壓源型控制方法控制雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出端電壓的頻率和幅值；當(dāng)在微網(wǎng)并網(wǎng)運行模式下，構(gòu)建轉(zhuǎn)速觀測器以觀測得到雙饋風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，同時優(yōu)化最大風(fēng)能追蹤曲線，進而計算最大可輸入機械功率的估計值，進而對微網(wǎng)并網(wǎng)運行模式的電壓的頻率和幅值進行控制；在微網(wǎng)孤網(wǎng)運行模式下，平移雙饋風(fēng)機和儲能器件的下垂曲線，并對微網(wǎng)孤網(wǎng)運行模式的電壓的頻率和幅值進行控制。本發(fā)明實現(xiàn)微網(wǎng)在孤網(wǎng)和并網(wǎng)模式下雙饋風(fēng)機以統(tǒng)一的模式運行，擴展雙饋風(fēng)機在微網(wǎng)多模式運行時的功能和靈活性。
【專利說明】適應(yīng)于微網(wǎng)多模式運行的雙饋風(fēng)機下垂電壓源型控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種雙饋風(fēng)機控制方法，尤其是涉及一種適應(yīng)于微網(wǎng)多模式運行的雙 饋風(fēng)機下垂電壓源型控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 微型電網(wǎng)（簡稱微網(wǎng)）是從系統(tǒng)的角度將分布式發(fā)電單元和負(fù)荷組成一個獨立發(fā) 電系統(tǒng)，微網(wǎng)概念的提出為接入新能源和提高電力系統(tǒng)可靠性提供了新的途徑。相比于傳 統(tǒng)電網(wǎng)，微網(wǎng)中電源、負(fù)荷種類多，運行模式多，運行工況復(fù)雜。
[0003] -般微網(wǎng)中的電源包含風(fēng)機、光伏等波動性可再生能源和儲能、小型渦輪發(fā)電機 等可調(diào)度電源，而雙饋風(fēng)機是微網(wǎng)中的重要電源。然而，微電網(wǎng)中的風(fēng)機等波動性可再生能 源都作為電流源，以跟蹤最大功率模式運行，不參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，不具有可調(diào)度性，同時借由 儲能器件和小型渦輪發(fā)電機等可調(diào)度電源平抑系統(tǒng)波動。此外，由于風(fēng)機呈現(xiàn)電流源的外 特性，因此現(xiàn)有研究主要針對雙饋風(fēng)機電流型控制進行，缺乏電壓型控制方法的研究。因 此，尋找一種適應(yīng)于微網(wǎng)多模式運行的雙饋風(fēng)機下垂電壓源型控制策略，實現(xiàn)微網(wǎng)孤網(wǎng)和 并網(wǎng)模式下雙饋風(fēng)機的統(tǒng)一運行模式，簡化系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，并使之具有參與系統(tǒng)調(diào)度的 能力，成為了目前亟需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明提出一種適應(yīng)于微網(wǎng)多模式運行的雙饋風(fēng)機下垂電壓源 型控制方法，以實現(xiàn)微網(wǎng)在孤網(wǎng)和并網(wǎng)模式下雙饋風(fēng)機以統(tǒng)一的模式運行，擴展雙饋風(fēng)機 在微網(wǎng)多模式運行時的功能和靈活性。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案采用如下步驟：
[0006] 1)對雙饋風(fēng)機進行控制，在并網(wǎng)和孤網(wǎng)運行模式下，根據(jù)頻率和幅值下垂特性，采 用電壓源型控制方法控制雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出端電壓的頻率和幅值，以提高微網(wǎng)在并網(wǎng)和 孤網(wǎng)運行模式下電壓的頻率和幅值的穩(wěn)定性；
[0007] 2)當(dāng)在微網(wǎng)并網(wǎng)運行模式下，構(gòu)建轉(zhuǎn)速觀測器以觀測得到雙饋風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，同時 優(yōu)化最大風(fēng)能追蹤曲線，在優(yōu)化后的最大風(fēng)能追蹤曲線上獲得最大可輸入機械功率的估計 值，再計算雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出的有功功率的參考值，進而對微網(wǎng)并網(wǎng)運行模式的電壓的 頻率進行控制；
[0008] 當(dāng)在微網(wǎng)孤網(wǎng)運行模式下，平移雙饋風(fēng)機和儲能器件的下垂曲線，并對微網(wǎng)孤網(wǎng) 運行模式的電壓的頻率進行控制；
[0009] 同時在微網(wǎng)并網(wǎng)運行和孤網(wǎng)運行模式下，均根據(jù)無功功率幅值下垂特性對微網(wǎng)電 壓的幅值進行控制。
[0010] 所述的步驟1)中的雙饋風(fēng)機輸出端的電壓和頻率采用以下公式1進行控制
[0011] coe - (〇1^ + Κρ ^Pref -P^j (1)
[0012] 其中，〇^為雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出電壓的頻率，ω,Ι為雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出電壓頻 率的額定運行點，Κρ為頻率下垂特性曲線的增益，Ρ為雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出的有功功率，PMf 為雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出的有功功率的參考值。
[0013] 所述的步驟2)中的轉(zhuǎn)速觀測器采用以下公式2構(gòu)建：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種適應(yīng)于微網(wǎng)多模式運行的雙饋風(fēng)機下垂電壓源型控制方法，其特征在于包括以 下步驟： 1) 對雙饋風(fēng)機進行控制，在并網(wǎng)和孤網(wǎng)運行模式下，根據(jù)頻率和幅值下垂特性，采用電 壓源型控制方法控制雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出端電壓的頻率和幅值，以提高微網(wǎng)在并網(wǎng)和孤網(wǎng) 運行模式下電壓的頻率和幅值的穩(wěn)定性； 2) 當(dāng)在微網(wǎng)并網(wǎng)運行模式下，構(gòu)建轉(zhuǎn)速觀測器以觀測得到雙饋風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，同時優(yōu)化 最大風(fēng)能追蹤曲線，在優(yōu)化后的最大風(fēng)能追蹤曲線上獲得最大可輸入機械功率的估計值， 再計算雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出的有功功率的參考值，進而對微網(wǎng)并網(wǎng)運行模式的電壓的頻率 進行控制； 當(dāng)在微網(wǎng)孤網(wǎng)運行模式下，平移雙饋風(fēng)機和儲能器件的下垂曲線，并對微網(wǎng)孤網(wǎng)運行 模式的電壓的頻率進行控制； 同時在微網(wǎng)并網(wǎng)運行和孤網(wǎng)運行模式下，均根據(jù)無功功率幅值下垂特性對微網(wǎng)電壓的 幅值進行控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于微網(wǎng)多模式運行的雙饋風(fēng)機下垂電壓源型控制 方法，其特征在于：所述的步驟1)中的雙饋風(fēng)機輸出端的電壓和頻率采用以下公式1進行 控制
(1) 其中，為雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出電壓的頻率，吟％為雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出電壓頻率的 額定運行點，ΚΡ為頻率下垂特性曲線的增益，Ρ為雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出的有功功率，PMf為 雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出的有功功率的參考值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于微網(wǎng)多模式運行的雙饋風(fēng)機下垂電壓源型控制 方法，其特征在于：所述的步驟2)中的轉(zhuǎn)速觀測器采用以下公式2構(gòu)建：
(2) 其中，2H、ω、?、Tm、i"、Tg、L分別為雙饋風(fēng)機慣性的時間常數(shù)、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速觀測值、機 械轉(zhuǎn)矩、機械轉(zhuǎn)矩觀測值、電磁轉(zhuǎn)矩和風(fēng)速觀測器增益，KP，Tm、ΚΙ?Τπ分別為風(fēng)速觀測器第一、 第二待調(diào)參數(shù)，t為時間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于微網(wǎng)多模式運行的雙饋風(fēng)機下垂電壓源型控制 方法，其特征在于：所述的步驟2)中的最大風(fēng)能追蹤曲線采用以下方式進行優(yōu)化： 在雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)速極限值ω limit處，采用以下公式3對雙饋風(fēng)機最大功率跟蹤曲線進行 修正，并計算風(fēng)機最大可輸入機械功率的估計值，使得雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)速和最大功率滿足一一 對應(yīng)的關(guān)系：
(3) 其中，ω為雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)速，ωα6為雙饋風(fēng)機輸出功率為〇.6p.u.時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于微網(wǎng)多模式運行的雙饋風(fēng)機下垂電壓源型控制 方法，其特征在于：所述的步驟2)中的雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出的有功功率的參考值采用以下 公式4進行計算： (4) 其中，PMf為雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出的有功功率的參考值，為微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)給雙饋風(fēng) 機的初始有功功率，為雙饋風(fēng)機最大可輸入機械功率的估計值，Ρ(ω)為當(dāng)前轉(zhuǎn)速 下符合雙饋風(fēng)機最大功率曲線的有功出力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于微網(wǎng)多模式運行的雙饋風(fēng)機下垂電壓源型控制 方法，其特征在于：所述的步驟2)中對微網(wǎng)孤網(wǎng)運行模式的電壓的頻率和幅值的控制采用 以下公式5實現(xiàn)：
(5) 其中，和PESS分別為雙饋風(fēng)機和微網(wǎng)中儲能器件的實際出力，戶/M為儲能器件 的有功功率上限，(?)為雙饋風(fēng)機最大可輸入機械功率的估計值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于微網(wǎng)多模式運行的雙饋風(fēng)機下垂電壓源型控制 方法，其特征在于：所述的步驟2)中在微網(wǎng)并網(wǎng)運行和孤網(wǎng)運行模式下，采用以下公式6進 行對微網(wǎng)電壓的幅值進行控制， K,f=C+^(e"r-e) (()) 其中，VMf為雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出電壓的幅值，為雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出電壓的幅值 的額定運行點，KQ為幅值下垂特性曲線的增益，Q為雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出的無功功率，QMf為 雙饋風(fēng)機定子側(cè)輸出的無功功率的參考值。
【文檔編號】H02J3/38GK104158209SQ201410341456
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】辛煥海, 章雷其, 齊冬蓮, 張國月, 盧澤漢 申請人:浙江大學(xué)