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双馈 风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法及系统

阅读：908发布：2020-05-12

专利汇可以提供双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法及系统，包括：根据风机的转速得到MPPT曲线功率参考值；对实际频率与额定频率之间的偏差进行虚拟惯量控制得到在MPPT曲线功率参考值的基础上附加的额外有功参考信号；上一时刻实际输出的风机电磁功率、风机的转速以及Δf与虚拟惯量控制微分系数的乘积经过动态转速保护后得到输出功率；根据功率参考值、额外有功参考信号以及输出功率，得到当前时刻风机输出的电磁功率。本发明能根据调频过程中转子转速的变化使风机的输出功率缓慢地降落到最大功率跟踪曲线上，避免了风机转速的过度降低，调频结束后风机将自动地恢复到原来的最大功率点，从而保证了调频过程中风机自身的稳定性和经济性。，下面是双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法及系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法，其特征在于，包括：
采用dΔf/dt作为变风速场景下虚拟惯量调频的触发信号；其中Δf为实际频率与额定频率之间的偏差；
根据风机的转速得到MPPT曲线功率参考值PMPPT；
对实际频率与额定频率之间的偏差进行虚拟惯量控制得到在MPPT曲线功率参考值PMPPT的基础上附加的额外有功参考信号；
上一时刻实际输出的风机电磁功率、风机的转速以及Δf与虚拟惯量控制微分系数的乘积经过动态转速保护后得到输出功率；
根据功率参考值PMPPT、额外有功参考信号以及输出功率，得到当前时刻风机输出的电磁功率。
2.如权利要求1所述的双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法，其特征在于，所述在MPPT曲线功率参考值PMPPT的基础上附加的额外有功参考信号，具体为：
其中，Kp和Kd分别是虚拟惯量控制的比例和微分系数。
3.如权利要求1所述的双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法，其特征在于，所述输出功率具体为：
其中，Kp和Kd分别是虚拟惯量控制的比例系数，δp和c是可调的动态转速保护参数，ωmin是风机转速的下限值，ωr是风机的转速，m是触发控制参数。
4.如权利要求3所述的双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法，其特征在于，所述触发控制参数m的取值如下：
d(ωrdωr/dt)/dt<0等同于d(Pe-Pm)/dt>0；
其中，Pe为调频过程中风机输出的电磁功率，Pe0为调频之前风机的输出功率，Pm为风机捕获的机械功率。
5.如权利要求3所述的双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法，其特征在于，根据功率参考值PMPPT、额外有功参考信号以及输出功率，得到当前时刻风机输出的电磁功率，具体为：
Pe＝PMPPT+ΔP1+ΔP2
其中，ΔP1为在MPPT曲线功率参考值PMPPT的基础上附加的额外有功参考信号，ΔP2为经过动态转速保护后得到输出功率。
6.一种双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护系统，其特征在于，包括：
用于采用dΔf/dt作为变风速场景下虚拟惯量调频的触发信号的装置；其中Δf为实际频率与额定频率之间的偏差；
用于根据风机的转速得到MPPT曲线功率参考值PMPPT的装置；
用于对实际频率与额定频率之间的偏差进行虚拟惯量控制得到在MPPT曲线功率参考值PMPPT的基础上附加的额外有功参考信号的装置；
用于上一时刻实际输出的风机电磁功率、风机的转速以及Δf与虚拟惯量控制微分系数的乘积经过动态转速保护后得到输出功率的装置；
用于根据功率参考值PMPPT、额外有功参考信号以及输出功率，得到当前时刻风机输出的电磁功率的装置。
7.一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-5任一项所述的双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法。
8.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-5任一项所述的双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法。

说明书全文

双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及虚拟惯量调频技术领域，尤其涉及一种双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法及系统。

背景技术

[0002] 本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

[0003] 双馈异步风力发电机(Doubly-Fed Induction Gen-erator,DFIG)的转子转速与系统频率解耦，无法响应系统频率的变化，大规模的DFIG机组并网势必会削弱系统的频率稳定性。因此许多国家的电网导则中都要求并网的风机必须具备一定的调频能力。对此，国内外学者进行了大量的研究，提出了一系列风电调频控制策略，这些策略主要分为两类：一类是以变桨距角控制或超速控制为基础的减载调频策略，风机进行减载控制后可以获得备用容量从而长期参与调频，但是这样会降低风能的利用率，不利于风电场的经济运行，因而其应用范围有限；另一类是以风机转子动能为基础的虚拟惯量调频策略(Virtual Inertia Control,VIC)，这类策略是在最大功率参考值的基础上附加一个与系统频率偏差或频率变化率有关的额外有功参考信号，短时释放或吸收转子动能来参与调频，从而模拟同步机的惯量响应。

[0004] 由于风机转子储存的动能有限，转速下降的幅度不能过大，否则会引起风机失稳或停转。现有技术提出的转速限值保护策略能使风机转速达到其下限值0.7pu时直接退出调频，避免了转速的过度下降，然而这种策略极易引发系统频率的二次跌落。针对此问题，文献中提出了两种控制方法：一种是修改风机退出调频后的功率曲线形式，以替代原来的最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)模式，避免大幅度的功率跌落，但是这种方法加大了退出曲线的设计难度，并且会使风机转速的恢复时间大大延长；另一种方法是通过控制转速使风机运行在一个新的稳定点，这样风机就不必退出调频，避免触及转速下限，直接防止了频率二次跌落的产生，然而频率恢复稳定后风机将偏离MPPT运行点，不能实现风能的最大利用，降低了风电场的经济性能。

发明内容

[0005] 为了解决上述问题，本发明提出了双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法及系统，在定风速和变风速场景下均具有良好的适应性，能有效改善双馈风机虚拟惯量控制的调频性能。

[0006] 在一些实施方式中，采用如下技术方案：

[0007] 双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法，包括：

[0008] 采用dΔf/dt作为变风速场景下虚拟惯量调频的触发信号；其中Δf为实际频率与额定频率之间的偏差；

[0009] 根据风机的转速得到MPPT曲线功率参考值PMPPT；

[0010] 对实际频率与额定频率之间的偏差进行虚拟惯量控制得到在MPPT曲线功率参考值PMPPT的基础上附加的额外有功参考信号；

[0011] 上一时刻实际输出的风机电磁功率、风机的转速以及Δf与虚拟惯量控制微分系数的乘积经过动态转速保护后得到输出功率；

[0012] 根据功率参考值PMPPT、额外有功参考信号以及输出功率，得到当前时刻风机输出的电磁功率。

[0013] 进一步地，所述在MPPT曲线功率参考值PMPPT的基础上附加的额外有功参考信号，具体为：

[0014]

[0015] 其中，Kp和Kd分别是虚拟惯量控制的比例和微分系数。

[0016] 进一步地，所述输出功率具体为：

[0017]

[0018] 其中，Kp和Kd分别是虚拟惯量控制的比例系数，δp和c是可调的动态转速保护参数，ωmin是风机转速的下限值，ωr是风机的转速，m是触发控制参数。

[0019] 进一步地，所述触发控制参数m的取值如下：

[0020]

[0021] d(ωrdωr/dt)/dt<0等同于d(Pe-Pm)/dt>0；

[0022] 其中，Pe为调频过程中风机输出的电磁功率，Pe0为调频之前风机的输出功率，Pm为风机捕获的机械功率。

[0023] 进一步地，根据功率参考值PMPPT、额外有功参考信号以及输出功率，得到当前时刻风机输出的电磁功率，具体为：

[0024] Pe＝PMPPT+ΔP1+ΔP2

[0025] 其中，ΔP1为在MPPT曲线功率参考值PMPPT的基础上附加的额外有功参考信号，ΔP2为经过动态转速保护后得到输出功率。

[0026] 在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

[0027] 一种双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护系统，包括：

[0028] 用于采用dΔf/dt作为变风速场景下虚拟惯量调频的触发信号的装置；其中Δf为实际频率与额定频率之间的偏差；

[0029] 用于根据风机的转速得到MPPT曲线功率参考值PMPPT的装置；

[0030] 用于对实际频率与额定频率之间的偏差进行虚拟惯量控制得到在MPPT曲线功率参考值PMPPT的基础上附加的额外有功参考信号的装置；

[0031] 用于上一时刻实际输出的风机电磁功率、风机的转速以及Δf与虚拟惯量控制微分系数的乘积经过动态转速保护后得到输出功率的装置；

[0032] 用于根据功率参考值PMPPT、额外有功参考信号以及输出功率，得到当前时刻风机输出的电磁功率的装置。

[0033] 在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

[0034] 一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法。

[0035] 在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

[0036] 一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法。

[0037] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0038] 本发明方法能根据调频过程中转子转速的变化使风机的输出功率缓慢地降落到最大功率跟踪曲线上，避免了风机转速的过度降低，调频结束后风机将自动地恢复到原来的最大功率点，从而保证了调频过程中风机自身的稳定性和经济性；防止了风机输出功率的突降，实现了较好的虚拟惯量调频效果。

[0039] 仿真结果表明，无论是定风速还是变风速场景，动态转速保护都能在不影响虚拟惯量调频对频率最低点改善效果的前提下，大大减缓风机退出造成的频率二次跌落，并能使风机自动地恢复到原来的最大功率点，保证了风机参与调频的安全性和经济性。附图说明

[0040] 图1是本发明实施例一中DFIG的虚拟惯量控制及转速限值保护原理图；

[0041] 图2是本发明实施例一中虚拟惯量调频示意图；

[0042] 图3是本发明实施例一中组合风速模型的仿真效果(正常风速波动)；

[0043] 图4是本发明实施例一中变风速场景下频率变化率曲线；

[0044] 图5是本发明实施例一中DFIG的虚拟惯量控制及动态转速保护策略原理图；

[0045] 图6是本发明实施例一中仿真系统模型；

[0046] 图7是本发明实施例一中低风速情况下的仿真效果(7.5m/s)；

[0047] 图8是本发明实施例一中中风速情况下的仿真效果(9.5m/s)；

[0048] 图9是本发明实施例一中风速正常波动时的仿真效果；

[0049] 图10是本发明实施例一中调频期间风速突降的仿真场景；

[0050] 图11是本发明实施例一中风速剧烈波动时的仿真效果。

具体实施方式

[0051] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0052] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0053] 实施例一

[0054] 在一个或多个实施例中，公开了一种双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法，参照图5，包括以下步骤：

[0055] (1)采用dΔf/dt作为变风速场景下虚拟惯量调频的触发信号；其中Δf为实际频率与额定频率之间的偏差；

[0056] (2)根据风机的转速得到MPPT曲线功率参考值PMPPT；

[0057] (3)对实际频率与额定频率之间的偏差进行虚拟惯量控制得到在MPPT曲线功率参考值PMPPT的基础上附加的额外有功参考信号；

[0058] (4)上一时刻实际输出的风机电磁功率、风机的转速以及Δf与虚拟惯量控制微分系数的乘积经过动态转速保护后得到输出功率；

[0059] (5)根据功率参考值PMPPT、额外有功参考信号以及输出功率，得到当前时刻风机输出的电磁功率。

[0060] 本实施方式方法在定风速和变风速场景下均具有良好的适应性，能有效改善双馈风机虚拟惯量控制的调频性能。下面对本实施例方法进行详细说明：

[0061] 1、虚拟惯量调频过程中风机转速的变化特点

[0062] 传统的虚拟惯量调频采用的是转速限值保护(Rotor Speed Protection,RSP)策略，如图1所示，其中Δf是实际频率fm与额定频率f0之间的偏差；ΔP1是在MPPT曲线功率参考值PMPPT的基础上附加的额外有功参考信号；Kp和Kd分别是虚拟惯量控制的比例和微分系数；ωr是风机的转速；Pe是风机的电磁功率。

[0063] 虚拟惯量调频期间Pe的表达式为：

[0064]

[0065] 调频过程中风机的转速将由下式决定：

[0066]

[0067] 式中，Jw为风机的转动惯量，Pm为风机捕获的机械功率。

[0068] 如图2所示的是负荷突增时DFIG机组虚拟惯量调频过程中转速随功率的变化示意图。调频之前风机稳定运行在MPPT点1，输出功率为Pe0，当扰动发生后ΔP1迅速增加使得Pe>Pm，由式(2)可知此时风机的转速开始降低，释放动能参与调频；随着系统频率的恢复，ΔP1将逐渐减小。

[0069] 如果风速比较高(风机可释放的动能较多)或Kp和Kd设置的比较小，如图2中的红色实线所示，由于ΔP1比较小，风机转速下降的速度会比较慢，当Pe下降到与Pm相等且系统频率已恢复稳定时，风机就会运行在新的稳定点2上；此时风机不会触发图1中的转速限值保护模块，也就不会造成系统频率的二次跌落。

[0070] 而如果Kp和Kd设置的比较大或者风速比较低(风机可释放的动能比较少)，则附加的调频信号ΔP1就比较大，风机转速会更快地下降，极易达到其下限值0.7pu并且触发转速限值保护；特别地，当转速下降到ωr＝ωr1时，如图2中的蓝色实线上的点3所示，此时Pe的下降速率正好等于Pm的下降速率，此后由于d(Pe-Pm)/dt>0，即Pe的下降速率减慢而Pm的下降速率继续增大，Pe与Pm之间的差值将会越来越大，风机转速一定会加速下降到其下限值从而触发转速限值保护。

[0071] 转速限值保护模块被触发以后ΔP1会立刻被置为0，风机的输出功率瞬间降落到MPPT曲线上(图2中点4→点5)，这一过程相当于又引入了一个新的扰动量，因而会导致系统频率的二次跌落。此后由于Pe

[0072] 2、变风速场景及虚拟惯量调频的触发信号

[0073] 本实施方式使用组合风速模型来模拟风电场的变风速场景，该模型由以下4部分组成：

[0074] (1)基本风

[0075] 一般来说，虚拟惯量调频的持续时间不会太长，因此可以认为调频过程中风电场的平均风速变化不大，基本风就用来描述这种短时间内风场平均风速的大小，在模拟计算中一般以定值表示，即：

[0076] vb(t)＝vbc (3)

[0077] 式中，vbc为常数。

[0078] (2)阵风

[0079] 阵风用来描述风速的突然变化，以表征风速的波动性。通常认为阵风的特性具有余弦性质，具体模拟公式为：

[0080]

[0081] 式中，tg1、Tg分别为阵风开始时间和阵风持续时间；Vgmax为阵风的幅值。

[0082] (3)渐变风

[0083] 渐变风用来描述风速的渐变特性，它同样可以表征风速的波动性质，模拟公式为：

[0084]

[0085] 其中，tr1、tr2分别为渐变风开始和结束的时间；Vrmax为渐变风的幅值；Tr为渐变风幅值持续的时间。

[0086] (4)随机风

[0087] 风速的随机波动特性用随机风来描述，其模拟公式为：

[0088]

[0089] 式中，Vnmax是随机风的幅值；Ram(-1,1)是在(-1,1)区间内均匀分布的随机数；ωv是风速随机波动的平均间距，典型值为0.5π～2π(rad/s)；是在区间(0,2π)内均匀分布的随机数。

[0090] 仿真时所用的组合风速是上述4部分风速的叠加，即：

[0091] v(t)＝vb(t)+vg(t)+vr(t)+vn(t) (7)

[0092] 给定各部分风速的参数，可以得到变风速场景如图3所示：

[0093] 在变风速场景下，由于风速的波动引发风机输出功率的波动，因此即使没有扰动，系统的频率也会发生小幅度的波动，在这种情况下，仅仅依靠频率偏差Δf无法使风机的调频装置正确区分是由于扰动还是由于风速的变化引起的频率波动，虚拟惯量装置可能会发生频繁地误动作。

[0094] 针对此问题，本实施方式仿真了在变风速场景下，仅由同步机参与调频时系统的频率变化率曲线，如图4所示。由图可知，扰动发生瞬间系统的频率变化率远远大于正常风速波动下频率变化率的变化幅度，因此本文中采用dΔf/dt作为变风速场景下虚拟惯量调频的触发信号，以避免虚拟惯量装置不必要的调频动作。

[0095] 3虚拟惯量调频的动态转速保护策略

[0096] 调频之前风机输出的功率为Pe0，虚拟惯量控制过程中风机真正贡献于调频的功率为：

[0097] ΔPwe＝Pe-Pe0 (8)

[0098] 当ΔPwe<0即Pe

[0099] 而前已述及，当出现d(Pe-Pm)/dt>0时，风机一定会加速下降到其下限值从而引发频率的二次跌落。在变风速场景下，由于风速的随机波动引起其机械功率的随机波动，在调频过程中风机转速将更容易地下降到其下限值并触发转速限值保护。

[0100] 根据以上的分析，本实施方式提出了虚拟惯量调频的动态转速保护策略，如图5所示。与传统的转速限值保护策略不同，该策略能根据风机转速的变化动态地调整其输出功率，从数学原理上避免风机转速下降到下限值，从而使风机平稳地退出调频过程。

[0101] 图中ΔP2是动态转速模块输出的功率；其他变量与之前所述的含义相同。ΔP2的表达式为：

[0102]

[0103] 式中，δp和c是可调的动态转速保护参数，其大小由仿真整定得到；ωmin是风机转速的下限值，一般有ωmin＝0.7pu；m是相应的触发控制参数，其值由下式决定：

[0104]

[0105] 注意到由式(2)可知(Pe-Pm)的变化情况可以由转速ωr来描述，上式中的d(ωrdωr/dt)/dt<0就等同于d(Pe-Pm)/dt>0。

[0106] 由图5可知调频过程中风机输出的有功为：

[0107] Pe＝PMPPT+ΔP1+ΔP2 (11)

[0108] 当负荷突增引起系统频率下降时，ΔP1恒为正而ΔP2恒为负，ΔP2的表达式中又包含反比例函数项1/(ωr-ωmin)，因此ωr越接近ωmin，动态保护量的绝对值|ΔP2|就越大，Pe下降的速度就越快。通过合理地设置参数δp，可以保证在虚拟惯量调频的初始阶段(ωr＞＞ωmin)时，动态转速保护模块的输出功率很小，不会削弱原有虚拟惯量控制的调频效果。

[0109] 当扰动发生风机刚开始参与调频时，ωr比较大，Pe也比较高，控制参数m＝1，动态保护量ΔP2≈0。随着系统频率的恢复，Pe会逐渐降低，当Pe降低到小于Pe0时，风机对系统频率已经没有积极贡献，此时令m＝2，|ΔP2|变大从而加快Pe的下降速度，使风机的转速尽快恢复；同样的道理，当出现了d(Pe-Pm)/dt>0的情况时，为避免转速的持续降低，令m＝2，使P3快速下降到机械功率曲线以下。如果上述两种情况同时出现，令m＝3，继续增大|ΔP2|使Pe的下降速度进一步增加，从而加快风机转速的恢复速度。

[0110] 动态保护函数ΔP2中含有指数函数项和KpΔf项，其中指数项将随着调频时间的增加逐渐趋近于0，因此在调频后期有：ΔP2→KpΔf；当频率趋近于新的稳态值时有：KddΔf/dt≈0，此时ΔP1→-KpΔf；因此结合式(11)可知随着调频的进行，风机输出的有功Pe→PMPPT，当ΔP2与KpΔf的差值足够小时就可以使风机直接退出调频(令ΔP1和ΔP2都为0)，此时因为Pe与PMPPT已经基本相等，退出后也不会造成较大的频率二次跌落。

[0111] 4虚拟惯量调频的动态转速保护策略

[0112] 本实施例在DIGSILENT中搭建了包含风电场的四机两区域仿真模型，如图6所示。其中风电场G4由200台1.5MW的双馈风机组成，G1、G2和G3均为火电机组，其容量分别如图所示；L1和L2是恒定的有功负荷。在t＝80s的时候负荷L2突然增加到1100MW，系统频率开始降低。在定风速和变风速两种场景下，仿真对比了DFIG机组采用转速限值保护和动态转速保护时系统频率、风机转速以及风机输出功率的变化情况。

[0113] 4.1定风速情况下的仿真分析

[0114] 1)低风速情况：风速vw＝7.5m/s

[0115] 如图7所示，在低风速情况下采用虚拟惯量调频时，可以将系统频率的第一个极值点从49.37Hz提高到49.61Hz，但是如果采用的是传统转速限值保护，风机转速会在112.8s时降低到其下限值0.7pu，从而使风机输出的有功功率瞬间跌落，造成的频率二次跌落幅度甚至超过了第一个频率极值点，如图7中的蓝色点画线所示，二次跌落期间系统频率的最低点降到了49.47Hz，严重影响了虚拟惯量控制对频率响应的改善效果。

[0116] 而如果采用本实施例提出的动态转速保护策略，如图7中的红色实线所示，在调频初期m＝1，动态保护量ΔP2≈0，因此基本不会影响原有的虚拟惯量控制对第一个频率极值点的改善效果；随着风机转速的下降，|ΔP2|将逐渐增大，动态保护函数中指数项使得风机的输出功率平稳地下降到MPPT曲线上，避免了功率的突降，从而大大减缓了频率的二次跌落程度，并且调频结束后风机能够快速地回到原来的MPPT运行点。

[0117] 2)中风速情况：风速vw＝9.5m/s

[0118] 图8是在中风速情况下的仿真结果，由于风速比较大，调频前的初始转速比较高，整个调频过程中ωr不会降到0.7pu，风机的输出功率最终降到机械功率曲线上的某一点，不会触发转速限值保护，因而在这种情况下不会出现频率的二次跌落；然而，调频结束后，风机将会偏离MPPT点运行，其转速和最终的稳态频率也会稳定在一个较低的值，在一定程度上降低了风电场的经济性并影响了调频效果。采用动态转速保护策略仍然能使风机有功输出平稳地降落到MPPT曲线上，风机最终会恢复到原来的MPPT点，并且不会引起频率的二次跌落，保证了风机运行的经济性和安全性。

[0119] 4.2变风速情况下的仿真分析

[0120] 1)正常风速波动时的仿真效果

[0121] 由于在实际情况下风速可能会随时变化，为了检验动态转速保护策略在变风速场景下的适用性，本文选用了组合风速模型作为变风速场景，如图3所示，系统仿真模型仍然如图6所示，t＝80s时负荷L2突增100MW，之后风机开始进行虚拟惯量调频。图9对比了在变风速场景下采用转速限值保护和采用动态转速保护时系统的频率响应、风机的转速以及风机输出的有功功率曲线。

[0122] 由图可以看出：风速的波动会引起频率的小幅度波动，本文中使用dΔf/dt作为虚拟惯量调频的触发信号，可以正确区分是由于扰动的变化还是由于风速的波动引起的频率波动，从而避免了不必要的调频操作。

[0123] 如图9所示，在变风速场景下采用转速限值保护时，风机的退出操作仍然会造成幅度比较大的频率二次跌落；而采用动态转速保护不影响频率的最低点，同时可以使风机输出功率平稳地降落到MPPT曲线上，在减缓二次跌落的同时使风机能够回到原来的最大功率跟踪状态。

[0124] 2)调频期间风速突降时的仿真效果

[0125] 如果调频期间风速突然降得很低，如图10所示，风机的机械功率将会随之快速下降，此时由于电磁功率与机械功率之间的差额增大，由式(2)可知风机转速下降的速度将会大大增加，ωr会很快地到达其下限值并触发转速保护。

[0126] 如图11所示，与风机不调频时相比，虚拟惯量调频可以使频率的第一个极值点从49.37Hz上升到49.56Hz，但是采用转速限值保护时由于风速的突降，风机将更快地退出调频，此时造成的二次跌落幅度最大可达到49.50Hz，超出了第一个频率极值点，严重削弱了虚拟惯量控制的调频效果。而动态转速保护仍能保证在风速剧烈波动的情况下减缓频率的二次跌落幅度，并使风机尽快地恢复到MPPT状态运行。

[0127] 本实施方式针对采用传统转速限值保护的虚拟惯量调频极易引起频率的二次跌落的问题，在分析双馈风机虚拟惯量调频过程中转子转速变化特点的基础上，提出了动态转速保护策略。该策略基于反比例函数的数学原理，避免了在调频过程中风机转速降低到其下限值以下，防止了风机输出功率的突降，实现了较好的虚拟惯量调频效果。

[0128] 实施例二

[0129] 在一个或多个实施方式中，公开了一种双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护系统，包括：

[0130] 用于采用dΔf/dt作为变风速场景下虚拟惯量调频的触发信号的装置；其中Δf为实际频率与额定频率之间的偏差；

[0131] 用于根据风机的转速得到MPPT曲线功率参考值PMPPT的装置；

[0132] 用于对实际频率与额定频率之间的偏差进行虚拟惯量控制得到在MPPT曲线功率参考值PMPPT的基础上附加的额外有功参考信号的装置；

[0133] 用于上一时刻实际输出的风机电磁功率、风机的转速以及Δf与虚拟惯量控制微分系数的乘积经过动态转速保护后得到输出功率的装置；

[0134] 用于根据功率参考值PMPPT、额外有功参考信号以及输出功率，得到当前时刻风机输出的电磁功率的装置。

[0135] 实施例三

[0136] 在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行实施例一中所述的双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法。

[0137] 在另一些实施方式中，公开了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行实施例一中所述的双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法。

[0138] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

标题	发布/更新时间	阅读量
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双馈风机虚拟惯量调频的动态转速保护方法及系统

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