考虑权重系数和转子能量状态的风机动态频率控制方法

1.本发明涉及风电发电机组频率控制技术领域，具体涉及一种考虑权重系数和转子能量状态的风机动态频率控制方法。


背景技术：

2.风电作为发展最为迅速的清洁电力之一，其大规模并网导致了电网惯量减少和抵御扰动能力变弱，系统频率越限风险大幅升高。为适应未来高比例可再生能源场景，风电机组需具备主动参与电网频率调节的能力。因此部分学者开展了对风电频率控制技术的研究，而通过利用转子能量提供短期功率支撑的风机虚拟惯量控制方式更是成为研究热点。目前关于虚拟惯量控制的研究重点主要集中于两方面：
①
如何确定风电虚拟惯量控制参数，以充分挖掘风机调频潜力，实现较好的频率控制效果；
②
如何设置合理的转速恢复方式，使风机闭锁虚拟惯量控制后，能够快速恢复转子转速，同时保证系统频率稳定性能。
3.其中，对于虚拟惯量控制参数的研究，部分学者从风机自身调频能力角度考虑，根据风机实时转子动能储备量来调节虚拟惯量控制参数，使风机调频能力与动能储能建立耦合关系，以避免频率响应过程中转子动能的过度释放，但该类方式未考虑系统频率响应需求。当系统频率偏差较大或频率变化速率过快时，需要风机提供更强的频率响应能力，因此有学者考虑根据频率变化情况动态调整虚拟惯量控制参数，但该类文献较少，且仅考虑了下垂控制或惯性控制单一控制方式下的参数调节方法，不能充分发挥风机的调频能力。
4.而关于风机转速恢复方式的研究，主要是通过优化风机运行轨迹，使其有功输出平滑过渡至mppt曲线上，以避免有功骤变对系统频率造成冲击。但风机有功输出变化会对系统频率产生影响，若采用固定的转速恢复方式，在高风电渗透率系统中可能产生频率二次跌落，而目前未有相关文献考虑到该问题。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种考虑权重系数和转子能量状态的风机动态频率控制方法，可根据系统频率变化情况和风机转子动能储量动态调整虚拟惯量控制参数，使风机充分参与频率响应的同时避免转子过度减速，以有效增强系统频率稳定能力。此外，提出了一种虚拟惯量控制闭锁方法，并针对不同风电渗透场景制定了相关参数调整方案，以保障风机能够恢复最优运行状态的同时兼顾系统频率稳定性能。
6.本发明采取的技术方案为：
7.考虑权重系数和转子能量状态的风机动态频率控制方法，包括以下步骤：
8.步骤一：判定风机是否参与频率调节，若系统频率偏差大于设定的调频死区范围，且风机转子转速大于最低转速，则启动虚拟惯量控制；反之则不启动；
9.步骤二：引入虚拟惯性控制权重系数λd和虚拟下垂控制权重系数λ
p
，并根据
△
f和df/dt变化情况调整二者大小，以充分发挥虚拟惯性控制和虚拟下垂控制的控制优势；
10.步骤三：引入动能调节系数k
soe
，根据风机转子能量状态soe，动态调整虚拟惯性控
制系数k
df
和虚拟下垂控制系数k
pf
，使风机能有效利用转子能量的同时避免转子过度减速；
11.步骤四：根据系统频率变化情况，适时的闭锁风机虚拟惯量控制，使风机快速恢复转速的同时保证系统频率稳定。
12.所述步骤一中，虚拟惯量控制通过在风机有功控制环节引入频率偏差和频率微分反馈的附加控制回路，使风机能够在系统频率偏移时释放转子动能提供功率支撑，其有功参考功率表示为：
13.p
ref
＝p
mppt
+
△
p
14.＝kω
r3
+k
df
·
df/dt+k
pf
·
△f15.式中，p
mppt
为最大功率追踪值，
△
p为风机惯量控制附加功率，k
df
为虚拟惯性控制系数，k
pf
为虚拟下垂控制系数，k为风电机组最大功率追踪系数。
16.所述步骤一中，若系统频率偏差大于设定的调频死区范围，且风机转子转速大于最低转速，则启动风机虚拟惯量控制，反之则不启动。判定条件为：
17.|
△
f|》
△fdb
&ωr》ω
min
18.上式中，
△
f为系统频率偏差，
△fdb
为系统一次调频死区阈值，ωr为转子转速，ω
min
为风机转子转速运行下限。
19.所述步骤二中，由于虚拟下垂控制和虚拟惯性控制分别对频率偏差和频率变化率有较好的抑制效果，因此应根据系统频率响应期间df/dt及
△
f变化情况，有针对性地调整虚拟下垂控制和虚拟惯性控制参数，因此考虑引入惯性控制权重系数λd和下垂控制权重系数λ
p
，并在控制过程中始终满足λ
p
+λd＝2，风机惯量控制附加功率表示为：
20.△
p＝λd·kdf
·
df/dt+λ
p
·kpf
·
△f21.所述步骤二中，将系统发生扰动后的频率曲线以频率低点为界限，分为频率偏离阶段和频率恢复阶段，各阶段控制策略如下：
22.(1)频率偏离阶段：
23.在系统发生扰动初期，系统频率有较大的变化趋势，即|df/dt|较大，而频率偏移程度较小，即|
△
f|较小，考虑到虚拟惯性控制对|df/dt|变化阻碍作用更强，故应以虚拟惯性控制为主导，将λd设置为较大数值；经过一定延时后，同步机组调速系统逐渐启动，|df/dt|逐渐减小，而|
△
f|仍在增大，考虑到虚拟下垂控制对|
△
f|变化阻碍作用更强，因此应削弱虚拟惯性控制的权重占比，使虚拟下垂控制为主导，将λd逐步下调，当|df/dt|＝0时，频率偏差达到极值，λd达到极小值λ
d,min
；
24.(2)频率恢复阶段：
25.系统频率在调速器作用下开始逐渐恢复，此时系统频率变化率极性与频率偏离阶段的极性相反，虚拟惯性控制会产生“负”的功率增量，对频率恢复起反向作用，故应采用“负”虚拟惯性控制以促进频率快速恢复。由于该阶段|
△
f|较大，因此仍由虚拟下垂控制作为主导，使λd在小范围内跟随|df/dt|同步变化，由λ
d,min
先增大后再逐渐减小。
26.基于上述控制策略，建立模糊逻辑控制器，将df/dt及
△
f作为模糊逻辑控制器的输入变量，并以df/dt
max
和
△fmax
为基准值，进行归一化处理，得到二者论域区间为[-1,1]，将惯性权重系数λd作为输出变量，论域区间为[0,2]。
[0027]
所述步骤三中，风电机组实时转子动能与额定转速下，转子动能的比值为转子能量状态soe：
[0028][0029]
上式中，ω
max
、ω
min
分别为风机转子转速运行范围的上、下限。
[0030]
由于风机参与频率响应是通过利用转子动能实现的，为使风机能充分利用转子能量并避免转子过度减速，考虑引入动能调节系数k
soe
，并根据soe变化情况来调整k
soe
，k
soe
与soe对应关系为：
[0031][0032]
虚拟惯性控制系数k
df
和虚拟下垂控制系数k
pf
对应的表达式为：
[0033][0034]
上式中，k
do
为虚拟惯性控制基础调节系数，k
po
为虚拟下垂控制基础调节系数。
[0035]
所述步骤四中，由于风机利用转子动能参与频率响应后，需将转子转速恢复至初始值，以使风机回到最大功率追踪状态，保证最大发电效益。现有控制方法直接切除
△
p会使风机有功功率瞬间跃变至mppt曲线，大量风机共同作用下必然导致频率二次扰动问题。基于此，考虑逐步闭锁虚拟惯量控制，使风机平缓过渡至初始运行点；
[0036]
(1)闭锁控制系数μ：
[0037]
闭锁策略的实现是通过引入闭锁控制系数μ逐步削减附加功率
△
p，从而动态修正风机运行点轨迹，使其平滑恢复至mppt曲线上，对应的风机有功参考功率为：
[0038]
p
ref
＝kω
r3
+
△
p
·
μ
[0039]
其中，μ的表达式为：
[0040][0041]
式中，ko一次函数斜率系数；t
off
为闭锁控制启动时刻；t
re
为闭锁过程持续时长；α为系统风电渗透率。
[0042]
一方面闭锁控制启动后，风电机组会下调有功输出以恢复转子转速，该过程对系统频率恢复起反向作用。而随着风电渗透率水平提高，风电场单位时间内总有功变化量增大，对系统频率造成的冲击更强，因此t
re
应随系统风电渗透水平升高适当延长，以减轻对系统频率的冲击作用；另一方面，t
re
的增大会降低风机转速恢复速率，延长回到初始运行点的时间。因此需综合两方面考虑，将ko取为合理数值，本发明中取为150。
[0043]
(2)闭锁控制启动条件：
[0044]
在不同时刻启动闭锁控制会对系统频率性能产生影响，现有控制方式中大多将风机转速收敛时刻作为闭锁控制启动时刻，但实际上该时刻可能发生在频率变化极值点附近，在该情况下启动闭锁控制，会使风机功率的快速下降，进而可能导致系统频率继续下跌。因此闭锁控制启动时刻应根据系统频率变化情况决定，本发明考虑当检测到系统频率到达极值点后，延迟trs再启动闭锁控制，频率极值点判定条件为：
[0045][0046]
式中，f
t
、f
t-1
分别为系统实时频率、上一采样周期频率；
△ft
、
△ft-1
分别为系统实时频率偏差和上一采样周期频率偏差，fn为系统额定频率，采样周期为50ms。
[0047]
本发明一种考虑权重系数和转子能量状态风机动态频率控制方法，技术效果如下：
[0048]
1)对含大规模风电接入的电力系统，采用本发明控制方法，风机能够根据系统频率变化情况和自身转子动能储备来动态调整虚拟惯量控制参数，从而更有效地参与频率调节，并避免转子动能的过渡释放。
[0049]
2)采用本发明控制方法，一方面风机能够通过闭锁控制动态修正运行点轨迹，使其回到mppt模式，从而提高风电场发电效益；另一方面可根据系统风电渗透率对闭锁控制相关参数进行调整，可使风机在快速恢复转速的同时保障系统频率稳定性能。
[0050]
3)本发明可有效提升风机频率响应能力，改善系统频率稳定性能。
附图说明
[0051]
图1为本发明实施例的流程图。
[0052]
图2为系统频率响应区间划分示意图。
[0053]
图3为模糊逻辑推理结果图。
[0054]
图4为系统频率变化率对应的隶属度函数关系图。
[0055]
图5为系统频率偏差对应的隶属度函数关系图。
[0056]
图6为惯性权重系数对应的隶属度函数关系图。
[0057]
图7为动能反馈系数k
soe
与soe对应关系图。
[0058]
图8为不同风电渗透率下闭锁控制系数与闭锁控制启动时间
△
t＝t-t
off
的对应关系图。
[0059]
图9为本发明实施例的仿真系统图。
[0060]
图10(a)为风速＝9m/s时仿真实验图(系统频率)；
[0061]
图10(b)为风速＝9m/s时仿真实验图(转子转速)。
[0062]
图11(a)为风速＝11m/s风速下仿真实验图(系统频率)；
[0063]
图11(b)为风速＝11m/s风速下仿真实验图(转子转速)。
[0064]
图12为风电渗透率＝25％时仿真实验图。
[0065]
图13为风电渗透率＝35％时仿真实验图。
具体实施方式
[0066]
本发明考虑权重系数和转子能量状态风机动态频率控制方法，基于风机自身调频能力及系统频率响应需求两方面考虑，提出根据转子能量状态及系统频率变化情况动态修正虚拟惯量控制参数的方法。通过引入虚拟惯性控制权重系数λd、虚拟下垂控制权重系数λ
p
，以充分发挥惯性控制和下垂控制在频率响应各阶段的控制优势，同时兼顾风机运行情
况，引入动能调节系数对虚拟惯量控制参数进行约束，以有效利用转子动能参与频率调节。此外，从优化风机运行状态的角度出发，提出了频率响应结束后的闭锁控制方法，并针对不同风电渗透场景制定了相关参数调整方案，以保障风机能够恢复最优状态的同时兼顾系统频率稳定性能。最后通过仿真验证，与传统虚拟惯量控制方法对比，流程图如图1所示。该方法包括以下步骤：
[0067]
步骤1：根据系统频率偏差大小及风机运行情况判定风机是否参与频率调节。若系统频率偏差大于设定的调频死区范围，且风机转子转速大于最低转速，则启动风机虚拟惯量控制，反之则不启动。判定条件为：
[0068]
|
△
f|》
△fdb
&ωr》ω
min
[0069]
上式中，
△
f为系统频率偏差，
△fdb
为系统一次调频死区阈值，ωr为转子转速，ω
min
为风机转子转速运行下限。
[0070]
步骤2：引入权重系数使风机根据系统频率变化情况调节出力。为强化风电机组频率支撑效果，使其能够有效抑制频率变化率的同时尽量改善频率偏差极值，应根据系统频率响应期间df/dt及
△
f变化情况，有针对性地调整风机虚拟下垂控制和虚拟惯性控制参数，因此考虑引入惯性控制权重系数λd和下垂控制权重系数λ
p
，并在控制过程中始终满足λ
p
+λd＝2。风机惯量控制附加功率可以表示为：
[0071]
△
p＝λd·kdf
·
df/dt+λ
p
·kpf
·
△f[0072]
如图2所示，将系统发生扰动后的频率曲线以频率低点为界限，分为频率偏离阶段和频率恢复阶段，各阶段控制策略如下：
[0073]
(1)频率偏离阶段：在系统发生扰动初期，系统频率有较大的变化趋势，即|df/dt|较大，而频率偏移程度较小，即|
△
f|较小。考虑到虚拟惯性控制对|df/dt|变化阻碍作用更强，故应以虚拟惯性控制为主导，将λd设置为较大数值。经过一定延时后，同步机组调速系统逐渐启动，|df/dt|逐渐减小，而|
△
f|仍在增大，考虑到虚拟下垂控制对|
△
f|变化阻碍作用更强，因此应削弱虚拟惯性控制的权重占比，使虚拟下垂控制为主导，将λd逐步下调，当|df/dt|＝0时，频率偏差达到极值，λd达到极小值λ
d,min
。
[0074]
(2)频率恢复阶段：系统频率在调速器作用下开始逐渐恢复，此时系统频率变化率极性与频率偏离阶段的极性相反，虚拟惯性控制会产生“负”的功率增量，对频率恢复起反向作用，故应采用“负”虚拟惯性控制以促进频率快速恢复。由于该阶段|
△
f|较大，因此仍由下垂控制作为主导，使λd在小范围内跟随|df/dt|同步变化，由λ
d,min
先增大后再逐渐减小。
[0075]
基于上述控制思想，建立模糊逻辑控制规则如表1所示，
[0076]
表1模糊逻辑控制规则
[0077]
[0078][0079]
并由mamdani算法求解得到推理结果如图3所示。将df/dt及
△
f作为模糊控制器的输入变量，并以df/dt
max
和
△fmax
为基准值，进行归一化处理，得到二者论域区间为[-1,1]，包含nl(负大)、nm(负中)、ns(负小)、zo(零)、ps(正小)、pm(正中)、pl(正大)共7个等级，对应隶属度函数如图4和图5所示。将惯性权重系数λd作为输出变量，论域区间为[0,2]，包含vs(很小)、rs(小)、mo(中)、rl(大)、vl(很大)共5个等级，对应隶属度函数如图6所示。
[0080]
步骤3：根据转子能量状态调整风机虚拟惯量控制参数。由于风机参与频率响应是通过利用转子动能实现的，因此需根据转子动能储量对虚拟惯性控制和虚拟下垂控制系数进行调整，从而使风机能充分利用转子动能的同时避免转子过度减速而切机。
[0081]
风电机组实时转子动能与额定转速下转子动能的比值为转子能量状态soe：
[0082][0083]
上式中，ω
max
、ω
min
分别为风机转子转速运行范围的上、下限。
[0084]
现有控制方法中通常直接根据soe大小来调整风机虚拟惯性控制系数k
df
和虚拟下垂控制系数k
pf
，但该方式在soe较高时，仍会对风机惯量响应强度造成较大削弱，因此本文考虑引入动能调节系数k
soe
，根据soe变化情况动态调整k
soe
，进而调节k
df
和k
pf
，从而充分发挥风机频率响应能力。
[0085]
动能调节系数k
soe
与soe对应关系如图7所示。将soe变化范围划分为两个区间，根据soe情况差异化调整风机动能调节系数k
soe
，从而充分发挥风机频率响应能力，当soe较低时，soe≦0.6，风机过度释放转子动能容易增加失稳切机风险，因此k
soe
应随soe减少同步下降；当soe较高时，soe》0.6，风机应充分释放转子动能提供有功支撑，k
soe
应取最大值，该情况下k
soe
的表达式为：
[0086][0087]
值得注意的是，对于系统频率发生正向偏移的情况，风机减小有功输出，转子转速增加，soe升高，当soe到达最大值后，风机能够通过桨距角控制，减少风能捕获量，从而将转子转速限制在运行范围内，因此无需根据soe变化对惯量控制系数进行调整，k
soe
恒为1。
[0088]
风机虚拟惯性控制系数和虚拟下垂控制系数对应的表达式为：
[0089][0090]
上式中，k
do
为虚拟惯性控制基础调节系数，k
po
为虚拟下垂控制基础调节系数
[0091]
步骤4：根据系统频率变化情况，适时地闭锁虚拟惯量控制，以使风机快速恢复转速的同时保障系统频率稳定性能。现有控制方法直接切除
△
p会使风机有功功率瞬间跃变
至mppt曲线，大量风机共同作用下必然导致频率二次扰动问题。基于此，考虑逐步闭锁惯量控制，使风机平缓过渡至初始运行点。
[0092]
(1)闭锁控制系数μ：
[0093]
闭锁策略的实现是通过引入闭锁控制系数μ逐步削减附加功率
△
p，从而动态修正风机运行点轨迹，使其平滑恢复至mppt曲线上，对应的风机有功参考功率为：
[0094]
p
ref
＝kω
r3
+
△
p
·
μ
[0095]
其中，μ的表达式为：
[0096][0097]
上式中，ko一次函数斜率系数；t
off
为闭锁控制启动时刻；t
re
为闭锁过程持续时长；α为系统风电渗透率。
[0098]
一方面闭锁控制启动后，风电机组会下调有功输出以恢复转子转速，该过程对系统频率恢复起反向作用。而随着风电渗透率水平提高，风电场单位时间内总有功变化量增大，对系统频率造成的冲击更强，因此t
re
应随系统风电渗透水平升高适当延长，以减轻对系统频率的冲击作用；另一方面，t
re
的增大会降低风机转速恢复速率，延长回到初始运行点的时间，综合两方面考虑，将ko取值为150时，得到不同风电渗透率下闭锁控制系数与闭锁控制启动时间
△
t＝t-t
off
的对应关系如图8所示。
[0099]
(2)闭锁控制启动条件：
[0100]
在不同时刻启动闭锁控制会对系统频率性能产生影响，现有控制方式中大多将风机转速收敛时刻作为闭锁控制启动时刻，但实际上该时刻可能发生在频率变化极值点附近，在该情况下启动闭锁控制，会使风机功率的快速下降，进而可能导致系统频率继续下跌。因此闭锁控制启动时刻应根据系统频率变化情况决定，本发明考虑当检测到系统频率到达极值点后，延迟trs再启动闭锁控制，频率极值点判定条件为：
[0101][0102]
上式中，f
t
、f
t-1
分别为系统实时频率和上一采样周期频率；
△ft
、
△ft-1
分别为系统实时频率偏差和上一采样周期频率偏差，fn为系统额定频率，采样周期为50ms。
[0103]
步骤5：上述提出的考虑权重系数和转子能量状态的风机动态频率控制策略，通过仿真算例验证其有效性及优越性。
[0104]
在matlab/simulink环境下，建立了图9所示的改进四机两区域仿真系统，整个仿真系统中包含3台同步发电机组和一个风电场。通过在t＝50s设置10％的负荷突增来模拟频率跌落事件，并分别对风电机组采取以下3种控制方式进行对比：
①
mppt控制；
②
传统虚拟惯量控制；
③
本发明方法。
[0105]
其中仿真参数如下：
[0106]
关于本发明所提策略的控制参数如下：
△fdb
为0.033hz；df/dt
max
和
△fmax
分别为0.5hz/s和0.2hz；虚拟惯性、虚拟下垂控制基础调节系数k
po
和k
do
分别为20和10；风机转子
转速运行上下限ω
max
和ω
min
分别为1.2pu和0.7pu；延迟时间tr为5s。
[0107]
同步发电机参数(g2,g3,g4)：调差系数为0.05，惯性时间常数6.5s，额定容量900mw
·
a双馈风机参数如表2所示。
[0108]
表2双馈风机参数
[0109][0110]
仿真项目包括：
[0111]
1)在风电渗透率＝15％的系统中，分别验证风速为9m/s和11m/s时系统频率稳定性能。该项目通过图10(a)、图10(b)和图11(a)、图11(b)验证；
[0112]
2)在风速＝11m/s的风况下，验证风电渗透率为25％和35％时系统频率稳定性能。该项目通过图12和图13验证。
[0113]
由图10(a)、图10(b)可以看出，在风机采用mppt控制时，系统频率跌落速度最快，对应的最低点频率为49.927hz。而方法2-3中风机通过利用转子能量增发功率，有效增强了系统等效惯量，从而能够减缓系统频率快速下降。采用方法2时，系统频率低点为49.93hz，但在系统频率恢复至稳态值时，风机转子转速较初始值仍存在0.006pu的偏差，且不再继续恢复，其本质是由于附加功率的存在，使风机提前达到稳态运行点。而采用方法3时，系统频率控制效果最好，系统频率低点仅为49.932hz，且由风机在参与频率支撑后，能通过闭锁控制使转速恢复至初始转速，从而提升了系统频率稳定性能和风机发电效益。
[0114]
由图11(a)、图11(b)可知，分别采用3控制方式时，仍是方法3频率控制效果最佳，方法2次之，方法1最差。对比图10(a)、图10(b)来看，方法3对频率跌落抑制效果较方法2有显著提升。这是由于该风况下，风机初始转速较高，具备充足的旋转动能来支撑频率响应过程，因此方法3能通过调整惯性控制和下垂控制权重系数，使风机在频率响应期间获得更大的参考功率，进而能够利用更多转子能量，并表现出更为优异的频率控制效果。
[0115]
由图12和图13可知，随着风电渗透率的提高，方法3仍能发挥较好的频率控制效果，且效果更加显著。此外，在风机闭锁控制启动时，由于根据风电渗透率调整了相应的闭锁控制持续时长，故系统未产生明显的频率二次跌落问题。

技术特征：
1.考虑权重系数和转子能量状态的风机动态频率控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：判定风机是否参与频率调节，若系统频率偏差大于设定的调频死区范围，且风机转子转速大于最低转速，则启动虚拟惯量控制；反之则不启动；步骤二：引入虚拟惯性控制权重系数λ
d
和虚拟下垂控制权重系数λ
p
，并根据
△
f和df/dt变化情况调整二者大小；步骤三：引入动能调节系数k
soe
，根据风机转子能量状态soe，动态调整虚拟惯性控制系数k
df
和虚拟下垂控制系数k
pf
；步骤四：根据系统频率变化情况，闭锁风机虚拟惯量控制，使风机快速恢复转速的同时保证系统频率稳定。2.根据权利要求1所述考虑权重系数和转子能量状态的风机动态频率控制方法，其特征在于：所述步骤一中，虚拟惯量控制通过在风机有功控制环节引入频率偏差和频率微分反馈的附加控制回路，使风机能够在系统频率偏移时释放转子动能提供功率支撑，其有功参考功率表示为：p
ref
＝p
mppt
+
△
p＝kω
r3
+k
df
·
df/dt+k
pf
·
△
f式中，p
mppt
为最大功率追踪值，
△
p为风机惯量控制附加功率，k
df
为虚拟惯性控制系数，k
pf
为虚拟下垂控制系数，k为风电机组最大功率追踪系数。3.根据权利要求1所述考虑权重系数和转子能量状态的风机动态频率控制方法，其特征在于：所述步骤一中，若系统频率偏差大于设定的调频死区范围，且风机转子转速大于最低转速，则启动风机虚拟惯量控制，反之则不启动；判定条件为：|
△
f|>
△
f
db
&ω
r
>ω
min
上式中，
△
f为系统频率偏差，
△
f
db
为系统一次调频死区阈值，ω
r
为转子转速，ω
min
为风机转子转速运行下限。4.根据权利要求1所述考虑权重系数和转子能量状态的风机动态频率控制方法，其特征在于：所述步骤二中，根据系统频率响应期间df/dt及
△
f变化情况，引入惯性控制权重系数λ
d
和下垂控制权重系数λ
p
，并在控制过程中始终满足λ
p
+λ
d
＝2，风机惯量控制附加功率表示为：
△
p＝λ
d
·
k
df
·
df/dt+λ
p
·
k
pf
·
△
f。5.根据权利要求1所述考虑权重系数和转子能量状态的风机动态频率控制方法，其特征在于：所述步骤二中，将系统发生扰动后的频率曲线以频率低点为界限，分为频率偏离阶段和频率恢复阶段，各阶段控制策略如下：(1)频率偏离阶段：在系统发生扰动初期，|df/dt|较大，而|
△
f|较小，以虚拟惯性控制为主导，将λ
d
设置为较大数值；经过一定延时后，同步机组调速系统逐渐启动，|df/dt|逐渐减小，而|
△
f|仍在增大，削弱虚拟惯性控制的权重占比，使虚拟下垂控制为主导，将λ
d
逐步下调，当|df/dt|＝0时，频率偏差达到极值，λ
d
达到极小值λ
d,min
；(2)频率恢复阶段：由于该阶段|
△
f|较大，由虚拟下垂控制作为主导，使λ
d
在小范围内跟随|df/dt|同步变
化，由λ
d,min
先增大后再逐渐减小；基于上述控制策略，建立模糊逻辑控制器，将df/dt及
△
f作为模糊逻辑控制器的输入变量，并以df/dt
max
和
△
f
max
为基准值，进行归一化处理，得到二者论域区间为[-1,1]，将惯性权重系数λ
d
作为输出变量，论域区间为[0,2]。6.根据权利要求1所述考虑权重系数和转子能量状态的风机动态频率控制方法，其特征在于：所述步骤三中，风电机组实时转子动能与额定转速下，转子动能的比值为转子能量状态soe：上式中，ω
max
、ω
min
分别为风机转子转速运行范围的上、下限；引入动能调节系数k
soe
，并根据soe变化情况来调整k
soe
，k
soe
与soe对应关系为：虚拟惯性控制系数k
df
和虚拟下垂控制系数k
pf
对应的表达式为：上式中，k
do
为虚拟惯性控制基础调节系数，k
po
为虚拟下垂控制基础调节系数。7.根据权利要求1所述考虑权重系数和转子能量状态的风机动态频率控制方法，其特征在于：所述步骤四中，引入闭锁控制系数μ逐步削减附加功率
△
p，从而动态修正风机运行点轨迹，使其平滑恢复至mppt曲线上，对应的风机有功参考功率为：p
ref
＝kω
r3
+
△
p
·
μ其中，μ的表达式为：式中，k
o
一次函数斜率系数；t
off
为闭锁控制启动时刻；t
re
为闭锁过程持续时长；α为系统风电渗透率；当检测到系统频率到达极值点后，延迟t
r
s再启动闭锁控制，频率极值点判定条件为：式中，f
t
、f
t-1
分别为系统实时频率、上一采样周期频率；
△
f
t
、
△
f
t-1
分别为系统实时频率偏差和上一采样周期频率偏差，f
n
为系统额定频率。8.一种风机虚拟惯量控制闭锁方法，其特征在于:引入闭锁控制系数μ逐步削减附加功率
△
p，从而动态修正风机运行点轨迹，使其平滑恢复至mppt曲线上；风机有功参考功率为：
p
ref
＝kω
r3
+
△
p
·
μ其中，μ的表达式为：式中，k
o
一次函数斜率系数；t
off
为闭锁控制启动时刻；t
re
为闭锁过程持续时长；α为系统风电渗透率；当检测到系统频率到达极值点后，延迟t
r
s再启动闭锁控制，频率极值点判定条件为：式中，f
t
、f
t-1
分别为系统实时频率、上一采样周期频率；
△
f
t
、
△
f
t-1
分别为系统实时频率偏差和上一采样周期频率偏差，f
n
为系统额定频率。

技术总结
考虑权重系数和转子能量状态的风机动态频率控制方法，包括以下步骤：判定风机是否参与频率调节，若系统频率偏差大于设定的调频死区范围，且风机转子转速大于最低转速，则启动虚拟惯量控制；反之则不启动；引入虚拟惯性控制权重系数λ


技术研发人员：李世春 申骜 涂杰 鲍志阳 陆杰炜 薛臻瑶 柴俊杰 邓蕊
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/11/1