面向长期调频的风机非线性下垂控制设计

传统变速风机虚拟惯量控制是针对单个频率大扰动事件设计的,其惯量模拟和转速恢复是分离的两个阶段,根据一定逻辑进行切换。该设计难以满足系统长期持续调频的需求。为此,根据风机转速恢复特性,分析了面向长期调频的风机频率下垂系数曲线的设计需求,进而提出了基于Butterworth函数的风机非线性下垂控制策略。该策略可实现风机调频控制过程中的转速自恢复,避免了复杂的逻辑切换过程。通过分析两区域系统的特征值发现,合理设计的非线性下垂控制能增强系统的小干扰稳定性。仿真结果显示,非线性下垂控制与传统虚拟惯量控制相比,能减小风机转速波动,并有效避免因风机转速恢复过快导致的系统频率二次跌落问题。仿真同时表明,在非线性下垂控制下,风电场可为系统提供与等容量同步机相当甚至更优的频率支撑作用。

扩张状态观测器在双馈风机虚拟惯量控制转速恢复中的应用

双馈风机虚拟惯量控制通过在系统频率变化时利用附加功率控制释放一定的旋转动能或吸收一定的电能,从而为系统提供等效惯量。但风机在采用虚拟惯量控制后其转速会偏离最优转速,需要施加转速恢复控制。现有的基于比例(P)或比例积分(PI)控制器的转速恢复方法存在参数难以调节、恢复速度慢、容易引起频率的二次跌落等问题,因此需要有合适的控制策略使其恢复最优转速。该文提出了基于扩张状态观测器的双馈风机转速恢复策略,通过扩张观测器较为准确地动态估计风电机组捕获和输出的机械功率,进而通过设计加速功率曲线在避免二次频率跌落的前提下,提升转速恢复速度。动模实验验证了该方法的有效性。