權(quán)利要求書： 1.一種考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取風機和電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)；

對基于獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建的電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)模型進行線性化處理，得到虛擬慣量控制下的風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量；

以風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量小于初始轉(zhuǎn)速與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速的差值為約束條件，求解風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式得到虛擬慣量的調(diào)頻參數(shù)范圍，所述的調(diào)頻參數(shù)為根據(jù)風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性確定比例積分型虛擬慣量控制的比例參數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法，其特征在于，風機根據(jù)測得的風速數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的功率不平衡量對調(diào)頻參數(shù)的值進行限制。

3.如權(quán)利要求2所述的考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法，其特征在于，利用發(fā)電機頻率、頻率變化率以及慣性常數(shù)，在擾動發(fā)生后通過在線的方式獲取系統(tǒng)功率不平衡量。

4.如權(quán)利要求1所述的考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法，其特征在于，所述電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)模型包括風電部分和系統(tǒng)部分，風電部分包括風功率捕獲、虛擬慣量控制和MPPT控制，系統(tǒng)部分采用低階SFR模型。

5.如權(quán)利要求4所述的考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速為0.7p.u。

6.如權(quán)利要求5所述的考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法，其特征在于，選取風電場的額定容量作為模型的基準值，系統(tǒng)部分的功率乘以風電滲透率的倒數(shù)以實現(xiàn)基準值統(tǒng)一。

7.如權(quán)利要求1所述的考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法，其特征在于，采用初始轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速下限值兩點連線的斜率作為線性化處理的等效斜率；

或者，虛擬慣量的調(diào)頻參數(shù)范圍與虛擬慣量控制的下垂系數(shù)正相關(guān)。

8.一種考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定系統(tǒng)，其特征在于，包括：數(shù)據(jù)獲取模塊，被配置為：獲取風機和電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)；

穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差計算模塊，被配置為：對基于獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建的電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)模型進行線性化處理，得到虛擬慣量控制下的風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量；

調(diào)頻參數(shù)確定模塊，被配置為：以風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量小于初始轉(zhuǎn)速與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速的差值為約束條件，求解風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式得到虛擬慣量的調(diào)頻參數(shù)范圍。

9.一種介質(zhì)，其上存儲有程序，其特征在于，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1?

7任一項所述的考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法中的步驟。

10.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求1?7任一項所述的考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法中的步驟。

說明書： 考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法及系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本公開涉及風電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)[0002] 本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關(guān)的背景技術(shù)，并不必然構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。[0003] 隨著風電技術(shù)的迅速發(fā)展，雙饋風機通過電力電子設(shè)備并網(wǎng)，電力系統(tǒng)中的常規(guī)同步發(fā)電機組并網(wǎng)容量逐步減小。風電機組具有控制靈活、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，但機組轉(zhuǎn)速

與系統(tǒng)頻率解耦，無法主動響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化，更不能提供慣量和一次調(diào)頻支持。風電的大

規(guī)模接入導致電力系統(tǒng)有效慣量不斷降低，在系統(tǒng)發(fā)生故障或出現(xiàn)大功率缺額時，容易引

發(fā)頻率安全問題，不利于系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。

[0004] 為保證電力系統(tǒng)安全可靠運行，降低風電并網(wǎng)對系統(tǒng)頻率的影響，風電需要具備一定的慣性響應(yīng)和一次調(diào)頻能力。目前，風電發(fā)展領(lǐng)先的國家基于市場機制在電網(wǎng)導則中

做出規(guī)定，促使風電機組參與系統(tǒng)頻率控制，其基本出發(fā)點是希望風電能夠承擔常規(guī)同步

發(fā)電機組的部分調(diào)頻服務(wù)。國內(nèi)外學者對風電機組參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)進行了大量研究，主

要的頻率控制策略包括虛擬慣量控制和減載控制。其中，減載控制又包括超速控制和槳距

角控制，機組穩(wěn)態(tài)時處于限功率運行模式，偏離了最大功率運行點(MaximumPowerPoint

Tracking,MPPT)，造成了風能的浪費?？紤]到系統(tǒng)發(fā)生大的頻率擾動事故的概率較小，因此

該類策略的經(jīng)濟性有待進一步評估。采用虛擬慣量控制的機組無需預(yù)留備用，在系統(tǒng)頻率

下降時，對風機的有功控制環(huán)節(jié)附加一個功率增量，使轉(zhuǎn)子減速以釋放其存儲的部分旋轉(zhuǎn)

動能，增大風機的有功輸出，為系統(tǒng)提供有功支持，幫助系統(tǒng)頻率的恢復(fù)。

[0005] 本公開發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為實現(xiàn)風能的最大利用，風機往往運行在MPPT模式?？紤]到風機的旋轉(zhuǎn)動能是十分有限的，需合理利用以減緩頻率的過快變化，提升頻率變化低點，為常

規(guī)機組的一次調(diào)頻提供更多的反應(yīng)時間，減小電網(wǎng)頻率故障的嚴重程度。因此，虛擬慣量控

制的參數(shù)選擇尤為關(guān)鍵。如果虛擬慣量參數(shù)設(shè)置過小，則旋轉(zhuǎn)動能釋放不充分，調(diào)頻效果較

差；虛擬慣量參數(shù)設(shè)置過大，則容易導致機組過度響應(yīng)，甚至出現(xiàn)運行失穩(wěn)的問題，且退出

調(diào)頻后易引發(fā)系統(tǒng)頻率的二次跌落，不利于系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。目前的虛擬慣量控制策略大

多缺乏對調(diào)頻參數(shù)的深入分析，尚無法根據(jù)風機和系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性設(shè)置合理的調(diào)頻參

數(shù)，無法保證風機自身運行穩(wěn)定性，也無法有效利用旋轉(zhuǎn)動能為系統(tǒng)提供調(diào)頻支持。

發(fā)明內(nèi)容[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本公開提供了一種考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法及系統(tǒng)，通過對電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)模型進行線性化處理，求解轉(zhuǎn)速表達式，

得到轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)解，求解使穩(wěn)態(tài)解大于預(yù)設(shè)值的虛擬慣量參數(shù)范圍，既保證了風機自身運行

穩(wěn)定性，又有效利用旋轉(zhuǎn)動能為系統(tǒng)提供了調(diào)頻支持。

[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本公開采用如下技術(shù)方案：[0008] 本公開第一方面提供了一種考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法。[0009] 一種考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法，包括以下步驟：[0010] 獲取風機和電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)；[0011] 對基于獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建的電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)模型進行線性化處理，得到虛擬慣量控制下的風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式；

[0012] 以風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量小于初始轉(zhuǎn)速與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速的差值為約束條件，求解風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式得到虛擬慣量的調(diào)頻參數(shù)范圍。

[0013] 本公開第二方面提供了一種考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定系統(tǒng)。[0014] 一種考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定系統(tǒng)，包括：[0015] 數(shù)據(jù)獲取模塊，被配置為：獲取風機和電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)；[0016] 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差計算模塊，被配置為：對基于獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建的電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)模型進行線性化處理，得到虛擬慣量控制下的風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式；

[0017] 調(diào)頻參數(shù)確定模塊，被配置為：以風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量小于初始轉(zhuǎn)速與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速的差值為約束條件，求解風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式得到虛擬慣量的調(diào)頻參數(shù)范圍。

[0018] 本公開第三方面提供了一種介質(zhì)，其上存儲有程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本公開第一方面所述的考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法中的步驟。

[0019] 本公開第四方面提供了一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如本公開第一方面所述的考慮

風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法中的步驟。

[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開的有益效果是：[0021] 1、本公開所述的方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及電子設(shè)備，通過對電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)模型進行線性化處理，求解轉(zhuǎn)速表達式，得到轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)解，求解使穩(wěn)態(tài)解大于預(yù)設(shè)值的虛擬慣量參數(shù)

范圍，既保證了風機自身運行穩(wěn)定性，又有效利用旋轉(zhuǎn)動能為系統(tǒng)提供了調(diào)頻支持。

[0022] 2、本公開所述的方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及電子設(shè)備，當系統(tǒng)出現(xiàn)頻率跌落時，雙饋風機根據(jù)測得的風速數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的功率不平衡量對調(diào)頻參數(shù)的值進行限制，使機組能夠有效利

用存儲的旋轉(zhuǎn)動能響應(yīng)系統(tǒng)頻率的動態(tài)變化，并保證自身運行的穩(wěn)定性；在經(jīng)過調(diào)頻參數(shù)

整定后，雙饋風機在調(diào)頻結(jié)束時運行在一個新的穩(wěn)態(tài)點且不觸發(fā)保護下限，因此機組無需

進行轉(zhuǎn)速恢復(fù)，有效避免了傳統(tǒng)定系數(shù)虛擬慣量控制引發(fā)的頻率二次跌落事故。

[0023] 3、本公開所述的方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及電子設(shè)備，考慮了系統(tǒng)和風機參數(shù)對調(diào)頻過程的影響，根據(jù)功率不平衡量和風速確定調(diào)頻參數(shù)，有效地調(diào)整了風機調(diào)頻時的出力。

[0024] 4、本公開所述的方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及電子設(shè)備，能夠根據(jù)風機和系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性對調(diào)頻參數(shù)進行約束，維持了風機轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定，并且有效地避免了風機過度響應(yīng)引起的

系統(tǒng)頻率二次跌落；風機利用有限的轉(zhuǎn)子動能，可靠地為系統(tǒng)提供慣量支撐，改善了系統(tǒng)擾

動情況下的頻率動態(tài)響應(yīng)特性。

附圖說明[0025] 構(gòu)成本公開的一部分的說明書附圖用來提供對本公開的進一步理解，本公開的示意性實施例及其說明用于解釋本公開，并不構(gòu)成對本公開的不當限定。

[0026] 圖1為本公開實施例1提供的雙饋風機的虛擬慣量控制與轉(zhuǎn)速限值保護示意圖。[0027] 圖2為本公開實施例1提供的風電參與調(diào)頻的電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)模型示意圖。[0028] 圖3為本公開實施例1提供的線性化的原理圖。[0029] 圖4為本公開實施例1提供的風電部分線性化處理后的簡化模型示意圖。[0030] 圖5為本公開實施例1提供的不同風速下Kp的取值約束示意圖。[0031] 圖6為本公開實施例1提供的風機控制原理圖。[0032] 圖7為本公開實施例1提供的8m/s風速下的仿真結(jié)果示意圖。[0033] 圖8為本公開實施例1提供的9m/s風速下的仿真結(jié)果示意圖。具體實施方式[0034] 下面結(jié)合附圖與實施例對本公開作進一步說明。[0035] 應(yīng)該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本公開提供進一步的說明。除非另有指明，本實施例使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語具有與本公開所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員

通常理解的相同含義。

[0036] 需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本公開的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式

也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包

括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

[0037] 在不沖突的情況下，本公開中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。[0038] 實施例1：[0039] 本公開實施例1提供了一種考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法，包括以下步驟：

[0040] 獲取風機和電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)；[0041] 對基于獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建的電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)模型進行線性化處理，得到虛擬慣量控制下的風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式；

[0042] 以風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量小于初始轉(zhuǎn)速與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速的差值為約束條件，求解風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式得到虛擬慣量的調(diào)頻參數(shù)范圍。

[0043] 詳細內(nèi)容如下：[0044] S1：虛擬慣量控制及電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)分析[0045] S1.1：虛擬慣量控制[0046] 雙饋風機的虛擬慣量控制示意圖如圖1所示，其中Pe為風機的電磁功率參考值，Pref為風機的最大功率跟蹤模塊輸出的參考功率，Kpf和Kdf分別為虛擬慣量控制模塊比例環(huán)

節(jié)和微分環(huán)節(jié)的系數(shù)，虛擬慣量控制模塊輸出的電磁功率修正量為ΔP1，系統(tǒng)頻率偏差為

Δf，正常情況下，Δf為0，ΔP1為0，風機輸出的電磁功率的參考值由最大功率跟蹤(MPPT)

模塊確定；

[0047] 當系統(tǒng)遭受負荷突增、發(fā)電機切機等擾動而出現(xiàn)有功功率缺額時，系統(tǒng)頻率下降，此時虛擬慣量控制模塊以Δf為輸入量，經(jīng)過比例微分環(huán)節(jié)，輸出風機的電磁功率修正量Δ

P1，此時風機輸出的電磁功率參考值由最大功率跟蹤模塊和虛擬慣量控制模塊共同確定，

即：

[0048][0049] 其中，風機轉(zhuǎn)速為ωr，在擾動發(fā)生造成頻率下降后，調(diào)頻過程即開始。在此過程中，由于風機的輸出電磁功率上升，大于風機捕獲的風功率，在轉(zhuǎn)矩差的作用下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開

始下降，釋放動能以滿足有功輸出的需要?？紤]到轉(zhuǎn)子所儲存的動能有限，其轉(zhuǎn)速不能一直

下降，否則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的恢復(fù)將會非常困難。因此，需要對定系數(shù)虛擬慣量控制的調(diào)頻參數(shù)進

行約束，防止風機失穩(wěn)或者觸發(fā)轉(zhuǎn)速保護下限(0.7p.u.)

[0050] S1.2：風電參與調(diào)頻的電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)分析[0051] 為研究風電及虛擬慣量控制對電網(wǎng)頻率動態(tài)響應(yīng)特性的影響，建立了如圖2所示的含風電的電力系統(tǒng)簡化模型。模型主要包括兩部分：風電部分和系統(tǒng)部分，風電部分包含

風電的機械特性以及虛擬慣量控制等，其中風機的機械特性主要包含風功率捕獲與MPPT控

制，系統(tǒng)部分采用的是經(jīng)典的低階SFR模型。

[0052] 其中，風電機組風功率捕獲量表示為：[0053][0054] 相應(yīng)地，風機的最大風功率捕獲量為：[0055][0056] 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化由機械功率Pmw和電磁功率Pew決定，機組的異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程為：

[0057][0058] 對于系統(tǒng)部分，系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型的傳遞函數(shù)為：[0059][0060] 在發(fā)生有功擾動后，風機通過測量系統(tǒng)頻率，并依據(jù)系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)自身有功出力，這一過程在模型中表示為系統(tǒng)部分SFR模型的輸出量。系統(tǒng)頻率經(jīng)過虛擬慣量控制后，附加

到風電的有功參考值上，而風電總的有功輸出則作為系統(tǒng)部分SFR模型的一個輸入量，實現(xiàn)

風電參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)。虛擬慣量控制對風機運行和系統(tǒng)頻率的動態(tài)響應(yīng)過程影響較大，

調(diào)頻參數(shù)設(shè)置不合理會對風機穩(wěn)定運行和系統(tǒng)頻率恢復(fù)產(chǎn)生不利影響，因此對于頻率控制

系數(shù)的確定需要進行深入的研究。

[0061] S2：雙饋風機的調(diào)頻參數(shù)約束[0062] 針對傳統(tǒng)定系數(shù)的虛擬慣量控制存在的不足，本實施例提出了一種考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法。假設(shè)整個調(diào)頻過程中，調(diào)頻參數(shù)不變，使轉(zhuǎn)速自行穩(wěn)

定并不觸發(fā)下限值，則要對調(diào)頻參數(shù)進行約束。具體來講，在風機參與系統(tǒng)調(diào)頻的過程中，

轉(zhuǎn)速無論如何下降，最終都要能夠到達一個穩(wěn)態(tài)值，并且穩(wěn)態(tài)值大于0.7p.u.。

[0063] S2.1：穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速[0064] 考慮到風機的轉(zhuǎn)速變化不僅與外界風速和控制策略有關(guān)，還與系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性有關(guān)。因此，需要結(jié)合風電參與調(diào)頻的電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)模型進行分析，得到風機轉(zhuǎn)速變

化的表達式。但是模型中的風電部分包含3個非線性環(huán)節(jié)，無法得到整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，

所以首先要進行線性化處理。

[0065] 雙饋風機的機械功率和MPPT控制環(huán)節(jié)十分復(fù)雜，為了得到較為簡潔的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，對這兩個環(huán)節(jié)進行簡化處理，采用初始轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速下限值兩點連線的斜率作為線性化

表達式的等效斜率，具體線性化過程如圖3所示。

[0066] 機械功率和MPPT功率的線性化表達式為：[0067][0068][0069] 對于風機的電磁功率Pew，需要考慮虛擬慣量控制附加的調(diào)頻功率增量ΔPf和MPPT控制功率兩部分，結(jié)合式(7)可得：

[0070] ΔPew＝ΔPMPPT+ΔPf(8)[0071] 其中，ΔPf＝(Kp+Kds)Δωs[0072] 雙饋風機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化取決于機械功率Pmw和電磁功率Pew的差值，對轉(zhuǎn)子運動方程進行泰勒級數(shù)展開，忽略高階項得到：

[0073][0074] 經(jīng)過上述線性化處理后，對電網(wǎng)頻率動態(tài)響應(yīng)模型中的風電部分進行簡化，得到如圖4所示的結(jié)構(gòu)框圖。

[0075] 對于圖4中的系統(tǒng)部分，采用與風機類似的處理方法，首先對系統(tǒng)的機械功率和電磁功率環(huán)節(jié)進行線性化處理，然后對系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子運動方程進行泰勒級數(shù)展開。需要注意的

是，電網(wǎng)頻率動態(tài)響應(yīng)模型中的功率表達式均采用標幺值，但風電場的額定容量并不一定

等于傳統(tǒng)同步機組的額定容量，這就造成了模型中的風電部分與系統(tǒng)部分在標幺化過程中

選取了不同的基準值。為了解決基準值不統(tǒng)一的問題，選取風電場的額定容量作為模型的

基準值，假設(shè)電網(wǎng)中的風電滲透率為λ，則需要將系統(tǒng)部分的功率乘以比例系數(shù)n，其中n＝

1/λ。統(tǒng)一基準值后的系統(tǒng)調(diào)頻線性化方程如式(10)～式(12)所示。

[0076][0077][0078][0079] 整理式(6)～式(12)可得風機轉(zhuǎn)速偏差量的表達式：[0080][0081] 其中：[0082][0083] 對式(13)應(yīng)用終值定理，可得虛擬慣量控制下的風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量：[0084][0085] 從式(14)可以得到：轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)量僅與虛擬慣量控制中的Kp參數(shù)有關(guān)，而與Kd參數(shù)無關(guān)，這符合對虛擬慣量控制的直觀認識，因為在調(diào)頻后期，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，df/dt為0，Kd*

df/dt也為0，所以不會對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速造成影響。

[0086] 進一步分析式(14)可知，風機參與調(diào)頻后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速主要與KP、K1、K2、R、n、ΔPL等參數(shù)有關(guān)。其中，KP、K1、K2是與風機直接相關(guān)的參數(shù)，即穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速受到虛擬慣量控制的下垂

系數(shù)和外界風速的影響；R、ΔPL、n是與系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)，即風機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速也會受到同步

機組調(diào)差系數(shù)、風電滲透率和系統(tǒng)不平衡功率的影響?？紤]到風機參與系統(tǒng)調(diào)頻的要求，轉(zhuǎn)

速無論怎樣變化，最終要保證能夠自行穩(wěn)定并不觸發(fā)保護下限值。

[0087] S2.2：調(diào)頻參數(shù)約束[0088] 為了使風機能夠有效利用旋轉(zhuǎn)動能響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化，且在調(diào)頻過程中保持自身運行的穩(wěn)定性，有必要對虛擬慣量參數(shù)的取值進行約束。因此，風機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速應(yīng)大于

0.7p.u.，即風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量小于初始轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速的差值，約束條件如下式：

[0089] Δωr∞<ω0?0.7(15)[0090] 通過求解上述不等式即可獲得KP的取值范圍。值得一提的是，相對于其他可通過離線計算獲得的參數(shù)，系統(tǒng)功率不平衡量ΔPL無法通過離線的方式獲取，具有不確定性。所

以下面對ΔPL的在線計算方法進行介紹。

[0091] 根據(jù)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子運動方程可得：[0092][0093] 需要注意的是，由于在擾動發(fā)生后，系統(tǒng)中的渦輪機、調(diào)速器、旋轉(zhuǎn)儲備、負載等開+

始響應(yīng)頻率的動態(tài)變化，因此需要在擾動發(fā)生后的瞬間測量系統(tǒng)的頻率變化率，即t＝0 s

時，以保證估計結(jié)果的準確性。

[0094] 利用準確測量的發(fā)電機頻率及其變化率(斜率)，以及預(yù)先已知的慣性常數(shù)(慣性常數(shù)可以通過實驗確定)，可以在擾動發(fā)生后通過在線的方式獲取系統(tǒng)功率不平衡量ΔPL。

為了獲得更可靠的估計值，使用高通濾波器濾除信號中的噪聲和隨機干擾。

[0095] 定性分析式(15)可知，系統(tǒng)的功率不平衡量越大，調(diào)頻參數(shù)KP的取值應(yīng)越小。擾動越大，則系統(tǒng)的頻率偏差也會相應(yīng)增大，虛擬慣量控制中的Kp*Δf項增大，容易導致風機過

度響應(yīng)而失穩(wěn)。因此，需要根據(jù)擾動的大小對調(diào)頻參數(shù)KP的取值做出限制。考慮到系統(tǒng)的實

際可能發(fā)生的故障，本實施例以ΔPL＝?0.1為例求解不同風速下調(diào)頻參數(shù)約束。

[0096] 表1：系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)。[0097][0098] 本實施例選取典型的系統(tǒng)參數(shù)，對式(15)的不等式約束進行求解，具體參數(shù)如表1所示。Δf項在計算過程中使用的是有名值，所以最終的參數(shù)取值應(yīng)進行標幺化，除以fn。通

過仿真計算，得到風速與Kp取值約束的對應(yīng)關(guān)系曲線，如圖5所示。

[0099] 根據(jù)圖5的計算結(jié)果，當系統(tǒng)出現(xiàn)頻率跌落時，雙饋風機根據(jù)測得的風速數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的功率不平衡量對調(diào)頻參數(shù)Kp的值進行限制，使機組能夠有效利用存儲的旋轉(zhuǎn)動能響應(yīng)

系統(tǒng)頻率的動態(tài)變化，并保證自身運行的穩(wěn)定性。值得一提的是，在經(jīng)過調(diào)頻參數(shù)整定后，

雙饋風機在調(diào)頻結(jié)束時運行在一個新的穩(wěn)態(tài)點且不觸發(fā)保護下限，因此機組無需進行轉(zhuǎn)速

恢復(fù)，有效避免了傳統(tǒng)定系數(shù)虛擬慣量控制引發(fā)的頻率二次跌落事故。

[0100] 綜上所述，本實施例所提控制策略如圖6所示。圖中，W為風速數(shù)據(jù)；fmea為頻率的測量值，是系統(tǒng)不平衡功率估計的重要數(shù)據(jù)；ωr為風機的實時轉(zhuǎn)速。當系統(tǒng)發(fā)生大功率擾

動時，頻率開始下降，靜態(tài)轉(zhuǎn)速保護模塊迅速測量系統(tǒng)的初始頻率變化率，在線評估功率不

平衡量ΔPL的大小，并將風速信息和ΔPL輸入離線得到的Kp取值約束表，從而確定合理的虛

擬慣量參數(shù)。雙饋風機采用本實施例提出的控制策略，合理釋放旋轉(zhuǎn)動能儲備響應(yīng)系統(tǒng)頻

率變化，并最終運行在一個新的穩(wěn)態(tài)點，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速大于0.7p.u.。所提控制策略考慮了系統(tǒng)

和風機參數(shù)對調(diào)頻過程的影響，根據(jù)功率不平衡量和風速確定調(diào)頻參數(shù)Kp，有效地調(diào)整風

機調(diào)頻時的出力。

[0101] S3：仿真分析[0102] 為驗證以上策略的有效性，本實施例在DigSILENTPowerFactory中搭建了一個三機九節(jié)點的仿真系統(tǒng)模型，該模型包含10臺額定功率為5MW的雙饋風機和3臺的同步機，其

中同步機采用IEEE標準調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)的初始負荷為315MW，在t＝10s時刻，系統(tǒng)的負荷突

增為60MW，引起系統(tǒng)頻率下降，此后，風機采用虛擬慣量控制方式參與系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)。為

了全面考慮風機在調(diào)頻過程中狀態(tài)的變化，本實施例選取8m/s、9m/s的典型風速進行仿真，

并將虛擬慣量控制的調(diào)頻參數(shù)Kp分別取為約束范圍內(nèi)的值和不在約束范圍內(nèi)的值，對比系

統(tǒng)的頻率響應(yīng)和雙饋風機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)頻率以及風機的輸出電磁功率和電磁功率與機

械功率的差額隨時間變化的曲線(后面稱為功率不平衡量)。

[0103] 圖7描繪了處于低風速區(qū)間時，采用本實施例策略與傳統(tǒng)定系數(shù)虛擬慣量控制策略的風機動態(tài)頻率響應(yīng)過程。采用本實施例策略時，根據(jù)調(diào)頻參數(shù)約束得到Kp取值，為0.4；

與之相對，采用傳統(tǒng)虛擬慣量控制時，Kp取為調(diào)頻參數(shù)約束范圍外的值，為0.6。

[0104] 在傳統(tǒng)虛擬慣量控制下，由于調(diào)頻參數(shù)不合適，導致風機在轉(zhuǎn)速下降過程中觸發(fā)了保護下限，退出調(diào)頻并進行轉(zhuǎn)速恢復(fù)，導致系統(tǒng)出現(xiàn)了頻率的二次跌落。在本實施例策略

下，風機能夠有效利用存儲的旋轉(zhuǎn)動能參與調(diào)頻，轉(zhuǎn)速始終大于保護下限值，能夠協(xié)助系統(tǒng)

頻率恢復(fù)。這是由于調(diào)頻參數(shù)的取值綜合考慮了風機和系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，根據(jù)風速和

擾動的大小合理設(shè)置參數(shù)Kp。

[0105] 圖8描繪了處于中風速區(qū)間時，采用轉(zhuǎn)速限值保護策略與傳統(tǒng)定系數(shù)虛擬慣量控制策略的風機在調(diào)頻過程中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)頻率、電磁功率的變化過程。根據(jù)調(diào)頻參數(shù)約

束，二者的Kp取值分別設(shè)置為0.6和1。

[0106] 可以看到，在調(diào)頻初期，采用傳統(tǒng)虛擬慣量控制的系統(tǒng)頻率變化率更小，但在隨后的過程中出系統(tǒng)頻率發(fā)生了二次跌落，這是由于調(diào)頻參數(shù)超出了約束范圍，取值過大導致

的。在靜態(tài)轉(zhuǎn)速保護控制策略下，風機合理的釋放轉(zhuǎn)子動能，并最終運行在一個新的穩(wěn)定

點，有效避免了過度響應(yīng)造成的頻率二次跌落。

[0107] 綜上，風機的本實施例策略能夠根據(jù)風機和系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性對調(diào)頻參數(shù)進行約束，維持了風機轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定，并且有效地避免了風機過度響應(yīng)引起的系統(tǒng)頻率二次跌落。

風機利用有限的轉(zhuǎn)子動能，可靠地為系統(tǒng)提供慣量支撐，改善了系統(tǒng)擾動情況下的頻率動

態(tài)響應(yīng)特性。

[0108] 實施例2：[0109] 本公開實施例2提供了一種考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定系統(tǒng)，包括：

[0110] 數(shù)據(jù)獲取模塊，被配置為：獲取風機和電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)；[0111] 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差計算模塊，被配置為：對基于獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建的電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)模型進行線性化處理，得到虛擬慣量控制下的風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式；

[0112] 調(diào)頻參數(shù)確定模塊，被配置為：以風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量小于初始轉(zhuǎn)速與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速的差值為約束條件，求解風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式得到虛擬慣量的調(diào)頻參數(shù)范圍。

[0113] 所述系統(tǒng)的工作方法與實施例1提供的考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法相同，這里不再贅述。

[0114] 實施例3：[0115] 本公開實施例3提供了一種介質(zhì)，其上存儲有程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本公開第一方面所述的考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法中的步驟，所述

步驟為：

[0116] 獲取風機和電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)；[0117] 對基于獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建的電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)模型進行線性化處理，得到虛擬慣量控制下的風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式；

[0118] 以風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量小于初始轉(zhuǎn)速與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速的差值為約束條件，求解風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式得到虛擬慣量的調(diào)頻參數(shù)范圍。

[0119] 詳細步驟與實施例1與實施例1提供的考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法相同，這里不再贅述。

[0120] 實施例4：[0121] 本公開實施例4提供了一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如本公開第一方面所述的考慮風

機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法中的步驟，所述步驟為：

[0122] 獲取風機和電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)；[0123] 對基于獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建的電網(wǎng)動態(tài)頻率響應(yīng)模型進行線性化處理，得到虛擬慣量控制下的風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式；

[0124] 以風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量小于初始轉(zhuǎn)速與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速的差值為約束條件，求解風機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差量表達式得到虛擬慣量的調(diào)頻參數(shù)范圍。

[0125] 詳細步驟與實施例1與實施例1提供的考慮風機和系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻參數(shù)確定方法相同，這里不再贅述。

[0126] 本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本公開的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產(chǎn)品。因此，本公開可采用硬件實施例、軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形

式。而且，本公開可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲

介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器和光學存儲器等)上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。

[0127] 本公開是參照根據(jù)本公開實施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流

程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計算機程序

指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)

生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實

現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

[0128] 這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指

令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或

多個方框中指定的功能。

[0129] 這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或

其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一

個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

[0130] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)

中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁

碟、光盤、只讀存儲記憶體(Read?OnlyMemory，ROM)或隨機存儲記憶體(Random

AccessMemory，RAM)等。

[0131] 以上所述僅為本公開的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本公開，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本公開可以有各種更改和變化。凡在本公開的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修

改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本公開的保護范圍之內(nèi)。