技术领域
[0001] 本发明属于风力发电控制技术领域，具体涉及一种考虑多目标优化的风电惯性系数和下垂系数动态整定方法、系统、装置及介质。
相关背景技术
[0002] 随着新能源占比的逐渐提高，新型电力系统在有功平衡、频率稳定方面面临了新的挑战，主要表现为以下两个方面：一是由于新能源发电出力的强不确定性和强波动性，电力系统电力电量平衡呈现概率化趋势；二是由于新能源发电大多采用电力电子接口，导致系统等效惯量减少。
[0003] 为了保证新型电力系统频率稳定，电力系统监管部门针对新能源参与调频提出了要求，尤其是风电参与调频。根据能量来源的不同，风电参与调频可以分为基于旋转动能的风电短期调频和基于功率备用的风电长期调频。由于后者会损害正常运行工况下的发电利益，因此前者应用更加广泛。风电短期调频一般会通过采用额外的惯性控制环和下垂控制环来模拟同步发电机组的惯性响应和一次调频，对于此类方法而言，其控制增益的整定是关键。
[0004] 已有关于风电惯性系数和下垂系数整定的研究仍然比较有限，大多仅考虑对单一频率响应指标的优化，如，遏制频率变化率、提升频率最低点、避免频率二次跌落等，缺乏考虑频率响应指标综合提升的控制增益整定方法。
具体实施方式
[0066] 为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0067] 本发明所提供的考虑多目标优化的风电惯性系数和下垂系数动态整定方法采用的风电惯性响应和一次调频控制框图如图1所示。
[0068] 一种考虑多目标优化的风电惯性系数和下垂系数动态整定方法，包含惯性系数(以下简称为惯性系数)和下垂系数(以下简称为下垂系数)的动态整定方法，具体步骤如下：
[0069] S1、获取电网关键数据，电网关键数据包括系统等效惯量、系统内同步发电机组额定容量之和、系统内发电机组额定容量之和以及系统规定的风力发电机组频率运行范围下限；
[0070] S2、通过风力发电机组控制系统的锁相环实时监测并网点的系统频率，一旦发生频率扰动事件导致频率偏离设定的阈值范围，执行步骤S3(动态整定控制增益)，频率阈值范围为50±0.02Hz；
[0071] S3、基于实时频率、频率偏差、频率变化率、风力发电机组转速等输入信息，根据频率扰动事件进程分阶段动态整定惯性系数和下垂系数，具体如下：
[0072] 惯性系数的整定是基于风力发电机组转速和系统频率之间的动态关系。
[0073] 在频率最低点到达之前，惯性系数的整定如下所示：
[0074]
[0075] 其中，Kinertia为惯性系数，HWTG为风力发电机组旋转质块的惯性时间常数，ωr为风力发电机组转速，ωmin为风力发电机组最低运行转速，fsys为锁相环测量的系统频率，fmin为系统规定的风力发电机组频率运行范围下限。
[0076] 在频率最低点到达之后，惯性系数将置零，整定如下所示：
[0077] Kinertia＝0
[0078] 而下垂系数的整定包含两部分，如下式所示：
[0079] Kdroop＝KGr(ωr)
[0080] 其中，Kdroop为下垂系数，K和Gr(ωr)为Kdroop的组成部分。
[0081] K是根据频率扰动事件进程分阶段动态整定。
[0082] 当检测到频率扰动后，在达到设定时长Δtset之前，K的整定如下所示。
[0083]
[0084] 其中，Hsys为系统等效惯量，Δf’为系统频率与频率扰动检测阈值的偏差，Δt为自频率扰动检测时刻至当前时刻的时长，Stot,sg为系统内所有同步发电机组额定容量之和、Pwtg0为频率扰动检测时刻的风力发电机组有功输出，Stot为系统内所有发电机组额定容量之和，Sr,wtg为风力发电机组额定容量，Δf为系统频率与额定频率的偏差。
[0085] 当达到设定时长Δtset，K将会被锁定并保持不变直到频率最低点，整定如下：
[0086]
[0087] 其中，Δf’set、ωset和Δfset分别为Δt达到Δtset时刻的Δf’、ωr和Δf值，即，K2为Δt达到Δtset时刻的K1值。
[0088] 当达到频率最低点之后，K将随时间衰减至零，整定如下：
[0089]
[0090] ΔT＝Tprimary‑(tFN‑t0)
[0091] 其中，tFN为频率最低点发生时刻，Tprimary自频率扰动检测时刻至一次调频结束的时长。
[0092] 综上，K的变化如图2所示。
[0093] Gr(ωr)仅与可释放动能有关，整定如下：
[0094]
[0095] 其中，ωmax为风力发电机组最高运行转速。
[0096] S4、基于整定的控制增益，计算惯性响应和一次调频控制生成的额外有功参考值，实施风电惯性响应和一次调频，具体计算如下：
[0097]
[0098] ΔPdroop＝‑KdroopΔf＝‑KGr(ωr)Δf
[0099] 其中，ΔPinertia为惯性响应生成的有功参考值，ΔPdroop为一次调频生成的有功参考值。
[0100] 本发明还提供一种考虑多目标优化的风电惯性系数和下垂系数动态整定系统，包括如下模块：
[0101] ‑电网关键数据获取模块，所述电网关键数据获取模块用于获取电网关键数据；
[0102] ‑系统频率偏离判定模块，所述系统频率偏离判定模块用于通过风力发电机组控制系统的锁相环实时监测并网点的系统频率，一旦发生频率扰动事件，则判断系统频率是否偏离设定的阈值范围；
[0103] ‑控制增益动态整定模块，所述控制增益动态整定模块用于当系统频率偏离判定模块判定系统频率偏离设定的阈值范围时，基于输入信息，根据频率扰动事件进程分阶段动态整定惯性系数和下垂系数；
[0104] ‑惯性响应和一次调频模块，所述惯性响应和一次调频模块用于根据控制增益整定模块所整定后的控制增益，计算惯性响应和一次调频控制生成的额外有功参考值，实施风电惯性响应和一次调频。
[0105] 本发明还提供一种考虑多目标优化的风电惯性系数和下垂系数动态整定装置，包括：
[0106] ‑至少一个处理器；
[0107] ‑至少一个存储器，用于存储至少一个计算机程序；
[0108] 所述处理器执行存储器上的计算机程序以实现如前文所述的考虑多目标优化的风电惯性系数和下垂系数动态整定方法步骤。
[0109] 本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机运行以实现如前文所述的考虑多目标优化的风电惯性系数和下垂系数动态整定方法步骤。
[0110] 以下结合具体仿真算例对本发明的有益效果进行详细的阐述。
[0111] 参阅图3，为了验证本发明所提出的方法的有效性和优越性，基于EMTP‑RV平台搭建仿真模型，包含同步发电机组、静态负载、异步电机负载及聚合直驱型永磁同步风电场。本发明将在风速10m/s，同步机脱网100MW的场景下，对比分析本发明提出的方法和传统方法的特性。
[0112] 参阅图4a‑4c，在50s时刻发生频率扰动事件，系统频率开始跌落，当未采用任何频率支撑方法时，系统频率最低点将会跌落至49.02Hz，当采用传统方法一(传统方法一：KangM,KimK,MuljadiE,etal.FrequencyControlSupportofaDoubly‑
FedIn ducti onGen erato rBased on theTor queLi mit[J ]
.IEEETransactionsonPowerSystems,2016,31(6):4575‑83.)时，系统频率最低点将会下降至49.25Hz，当采用传统方法二和本发明所提出的方法(传统方法二：LeeJ,JangG,MuljadiE,etal.StableShort‑TermFrequencySupportUsingAdaptiveGainsfora DFIG‑BasedWindPowerPlant[J].IEEETransactionsonEnergyConversion,2016,31(3):1068‑
79.)时，系统频率最低点将会下降至49.30Hz，说明本发明所提出的方法可有效提升频率最低点。此外，相较于传统方法一在78s产生的二次频率跌落问题，本发明所提出的方法无明显二次频率跌落问题。相较于传统方法二产生的准稳态频率偏差较大问题，本发明所提出的方法下的准稳态频率偏差最小。仿真波形图中的频率响应性能指标统计与比较如表1所示(表1为图4a‑4c中仿真波形图中的频率响应性能指标统计与比较结果)，综合来看，本发明提出的方法在频率最低点、准稳态频率偏差、二次频率跌落等频率响应性能指标提升方面存在优势，实现了频率性能多方面改善和转子转速恢复等多目标优化。
[0113] 表1
[0114]
[0115] 上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
