權(quán)利要求書(shū)： 1.雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)方法，其特征在于，包括：采用dΔf/dt作為變風(fēng)速場(chǎng)景下虛擬慣量調(diào)頻的觸發(fā)信號(hào)，將組合風(fēng)速模型作為變風(fēng)速場(chǎng)景；其中Δf為實(shí)際頻率與額定頻率之間的偏差；

根據(jù)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速得到MPPT曲線功率參考值PMPPT；

對(duì)實(shí)際頻率與額定頻率之間的偏差進(jìn)行虛擬慣量控制得到在MPPT曲線功率參考值PMPPT的基礎(chǔ)上附加的額外有功參考信號(hào)；

根據(jù)上一時(shí)刻實(shí)際輸出的風(fēng)機(jī)電磁功率、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、Δf與虛擬慣量控制比例系數(shù)的乘積，將這三個(gè)參數(shù)經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)后得到輸出功率；

根據(jù)功率參考值PMPPT、額外有功參考信號(hào)以及輸出功率，得到當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)機(jī)輸出的電磁功率；

所述輸出功率具體為：

其中，δp和c是可調(diào)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)參數(shù)，ωmin是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下限值，ωr是風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，m是觸發(fā)控制參數(shù)，Kp是虛擬慣量控制的比例系數(shù)；

所述觸發(fā)控制參數(shù)m的取值如下：d(ωrdωr/dt)/dt<0等同于d(Pe?Pm)/dt>0；

其中，Pe為調(diào)頻過(guò)程中風(fēng)機(jī)輸出的電磁功率，Pe0為調(diào)頻之前風(fēng)機(jī)的輸出功率，Pm為風(fēng)機(jī)捕獲的機(jī)械功率。

2.如權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)方法，其特征在于，所述在MPPT曲線功率參考值PMPPT的基礎(chǔ)上附加的額外有功參考信號(hào)，具體為：其中，Kp和Kd分別是虛擬慣量控制的比例和微分系數(shù)。

3.如權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)方法，其特征在于，根據(jù)功率參考值PMPPT、額外有功參考信號(hào)以及輸出功率，得到當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)機(jī)輸出的電磁功率，具體為：

Pe＝PMPPT+ΔP1+ΔP2其中，ΔP1為在MPPT曲線功率參考值PMPPT的基礎(chǔ)上附加的額外有功參考信號(hào)，ΔP2為經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)后得到輸出功率。

4.一種雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括：用于采用dΔf/dt作為變風(fēng)速場(chǎng)景下虛擬慣量調(diào)頻的觸發(fā)信號(hào)的裝置，將組合風(fēng)速模型作為變風(fēng)速場(chǎng)景；其中Δf為實(shí)際頻率與額定頻率之間的偏差；

用于根據(jù)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速得到MPPT曲線功率參考值PMPPT的裝置；

用于對(duì)實(shí)際頻率與額定頻率之間的偏差進(jìn)行虛擬慣量控制得到在MPPT曲線功率參考值PMPPT的基礎(chǔ)上附加的額外有功參考信號(hào)的裝置；

根據(jù)上一時(shí)刻實(shí)際輸出的風(fēng)機(jī)電磁功率、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、Δf與虛擬慣量控制比例系數(shù)的乘積，將這三個(gè)參數(shù)經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)后得到輸出功率；

用于根據(jù)功率參考值PMPPT、額外有功參考信號(hào)以及輸出功率，得到當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)機(jī)輸出的電磁功率的裝置；

所述輸出功率具體為：

其中，δp和c是可調(diào)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)參數(shù)，ωmin是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下限值，ωr是風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，m是觸發(fā)控制參數(shù)，Kp是虛擬慣量控制的比例系數(shù)；

所述觸發(fā)控制參數(shù)m的取值如下：d(ωrdωr/dt)/dt<0等同于d(Pe?Pm)/dt>0；

其中，Pe為調(diào)頻過(guò)程中風(fēng)機(jī)輸出的電磁功率，Pe0為調(diào)頻之前風(fēng)機(jī)的輸出功率，Pm為風(fēng)機(jī)捕獲的機(jī)械功率。

5.一種終端設(shè)備，其包括處理器和計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，處理器用于實(shí)現(xiàn)各指令；計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)用于存儲(chǔ)多條指令，其特征在于，所述指令適于由處理器加載并執(zhí)行權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)方法。

6.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中存儲(chǔ)有多條指令，其特征在于，所述指令適于由終端設(shè)備的處理器加載并執(zhí)行權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)方法。

說(shuō)明書(shū)： 雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)方法及系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及虛擬慣量調(diào)頻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)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發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

[0003] 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)(Doubly?FedInductionGen?erator,DFIG)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率解耦，無(wú)法響應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化，大規(guī)模的DFIG機(jī)組并網(wǎng)勢(shì)必會(huì)削弱系統(tǒng)的頻率

穩(wěn)定性。因此許多國(guó)家的電網(wǎng)導(dǎo)則中都要求并網(wǎng)的風(fēng)機(jī)必須具備一定的調(diào)頻能力。對(duì)此，國(guó)

內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，提出了一系列風(fēng)電調(diào)頻控制策略，這些策略主要分為兩類(lèi)：一

類(lèi)是以變槳距角控制或超速控制為基礎(chǔ)的減載調(diào)頻策略，風(fēng)機(jī)進(jìn)行減載控制后可以獲得備

用容量從而長(zhǎng)期參與調(diào)頻，但是這樣會(huì)降低風(fēng)能的利用率，不利于風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因而

其應(yīng)用范圍有限；另一類(lèi)是以風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能為基礎(chǔ)的虛擬慣量調(diào)頻策略(irtualInertia

Control,IC)，這類(lèi)策略是在最大功率參考值的基礎(chǔ)上附加一個(gè)與系統(tǒng)頻率偏差或頻率變

化率有關(guān)的額外有功參考信號(hào)，短時(shí)釋放或吸收轉(zhuǎn)子動(dòng)能來(lái)參與調(diào)頻，從而模擬同步機(jī)的

慣量響應(yīng)。

[0004] 由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子儲(chǔ)存的動(dòng)能有限，轉(zhuǎn)速下降的幅度不能過(guò)大，否則會(huì)引起風(fēng)機(jī)失穩(wěn)或停轉(zhuǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)提出的轉(zhuǎn)速限值保護(hù)策略能使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到其下限值0.7pu時(shí)直接退出

調(diào)頻，避免了轉(zhuǎn)速的過(guò)度下降，然而這種策略極易引發(fā)系統(tǒng)頻率的二次跌落。針對(duì)此問(wèn)題，

文獻(xiàn)中提出了兩種控制方法：一種是修改風(fēng)機(jī)退出調(diào)頻后的功率曲線形式，以替代原來(lái)的

最大功率跟蹤(MaximumPowerPointTracking,MPPT)模式，避免大幅度的功率跌落，但是

這種方法加大了退出曲線的設(shè)計(jì)難度，并且會(huì)使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的恢復(fù)時(shí)間大大延長(zhǎng)；另一種方

法是通過(guò)控制轉(zhuǎn)速使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在一個(gè)新的穩(wěn)定點(diǎn)，這樣風(fēng)機(jī)就不必退出調(diào)頻，避免觸及轉(zhuǎn)

速下限，直接防止了頻率二次跌落的產(chǎn)生，然而頻率恢復(fù)穩(wěn)定后風(fēng)機(jī)將偏離MPPT運(yùn)行點(diǎn)，不

能實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大利用，降低了風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性能。

發(fā)明內(nèi)容[0005] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)方法及系統(tǒng)，在定風(fēng)速和變風(fēng)速場(chǎng)景下均具有良好的適應(yīng)性，能有效改善雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量控制

的調(diào)頻性能。

[0006] 在一些實(shí)施方式中，采用如下技術(shù)方案：[0007] 雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)方法，包括：[0008] 采用dΔf/dt作為變風(fēng)速場(chǎng)景下虛擬慣量調(diào)頻的觸發(fā)信號(hào)；其中Δf為實(shí)際頻率與額定頻率之間的偏差；

[0009] 根據(jù)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速得到MPPT曲線功率參考值PMPPT；[0010] 對(duì)實(shí)際頻率與額定頻率之間的偏差進(jìn)行虛擬慣量控制得到在MPPT曲線功率參考值PMPPT的基礎(chǔ)上附加的額外有功參考信號(hào)；

[0011] 根據(jù)上一時(shí)刻實(shí)際輸出的風(fēng)機(jī)電磁功率、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、Δf與虛擬慣量控制微分系數(shù)的乘積，將這三個(gè)參數(shù)經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)后得到輸出功率；

[0012] 根據(jù)功率參考值PMPPT、額外有功參考信號(hào)以及輸出功率，得到當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)機(jī)輸出的電磁功率。

[0013] 進(jìn)一步地，所述在MPPT曲線功率參考值PMPPT的基礎(chǔ)上附加的額外有功參考信號(hào)，具體為：

[0014][0015] 其中，Kp和Kd分別是虛擬慣量控制的比例和微分系數(shù)。[0016] 進(jìn)一步地，所述輸出功率具體為：[0017][0018] 其中，δp和c是可調(diào)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)參數(shù)，ωmin是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下限值，ωr是風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，m是觸發(fā)控制參數(shù)。

[0019] 進(jìn)一步地，所述觸發(fā)控制參數(shù)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為調(diào)頻過(guò)程中風(fēng)機(jī)輸出的電磁功率，Pe0為調(diào)頻之前風(fēng)機(jī)的輸出功率，Pm為風(fēng)機(jī)捕獲的機(jī)械功率。

[0023] 進(jìn)一步地，根據(jù)功率參考值PMPPT、額外有功參考信號(hào)以及輸出功率，得到當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)機(jī)輸出的電磁功率，具體為：

[0024] Pe＝PMPPT+ΔP1+ΔP2[0025] 其中，ΔP1為在MPPT曲線功率參考值PMPPT的基礎(chǔ)上附加的額外有功參考信號(hào)，ΔP2為經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)后得到輸出功率。

[0026] 在另一些實(shí)施方式中，采用如下技術(shù)方案：[0027] 一種雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)系統(tǒng)，包括：[0028] 用于采用dΔf/dt作為變風(fēng)速場(chǎng)景下虛擬慣量調(diào)頻的觸發(fā)信號(hào)的裝置；其中Δf為實(shí)際頻率與額定頻率之間的偏差；

[0029] 用于根據(jù)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速得到MPPT曲線功率參考值PMPPT的裝置；[0030] 用于對(duì)實(shí)際頻率與額定頻率之間的偏差進(jìn)行虛擬慣量控制得到在MPPT曲線功率參考值PMPPT的基礎(chǔ)上附加的額外有功參考信號(hào)的裝置；

[0031] 用于根據(jù)上一時(shí)刻實(shí)際輸出的風(fēng)機(jī)電磁功率、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、Δf與虛擬慣量控制微分系數(shù)的乘積，將這三個(gè)參數(shù)經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)后得到輸出功率的裝置；

[0032] 用于根據(jù)功率參考值PMPPT、額外有功參考信號(hào)以及輸出功率，得到當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)機(jī)輸出的電磁功率的裝置。

[0033] 在另一些實(shí)施方式中，采用如下技術(shù)方案：[0034] 一種終端設(shè)備，其包括處理器和計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，處理器用于實(shí)現(xiàn)各指令；計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)用于存儲(chǔ)多條指令，所述指令適于由處理器加載并執(zhí)行上述的雙饋風(fēng)機(jī)

虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)方法。

[0035] 在另一些實(shí)施方式中，采用如下技術(shù)方案：[0036] 一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中存儲(chǔ)有多條指令，所述指令適于由終端設(shè)備的處理器加載并執(zhí)行上述的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)方法。

[0037] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：[0038] 本發(fā)明方法能根據(jù)調(diào)頻過(guò)程中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化使風(fēng)機(jī)的輸出功率緩慢地降落到最大功率跟蹤曲線上，避免了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的過(guò)度降低，調(diào)頻結(jié)束后風(fēng)機(jī)將自動(dòng)地恢復(fù)到原來(lái)

的最大功率點(diǎn)，從而保證了調(diào)頻過(guò)程中風(fēng)機(jī)自身的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性；防止了風(fēng)機(jī)輸出功率

的突降，實(shí)現(xiàn)了較好的虛擬慣量調(diào)頻效果。

[0039] 仿真結(jié)果表明，無(wú)論是定風(fēng)速還是變風(fēng)速場(chǎng)景，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)都能在不影響虛擬慣量調(diào)頻對(duì)頻率最低點(diǎn)改善效果的前提下，大大減緩風(fēng)機(jī)退出造成的頻率二次跌落，并能

使風(fēng)機(jī)自動(dòng)地恢復(fù)到原來(lái)的最大功率點(diǎn)，保證了風(fēng)機(jī)參與調(diào)頻的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

附圖說(shuō)明[0040] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例一中DFIG的虛擬慣量控制及轉(zhuǎn)速限值保護(hù)原理圖；[0041] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中虛擬慣量調(diào)頻示意圖；[0042] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例一中組合風(fēng)速模型的仿真效果(正常風(fēng)速波動(dòng))；[0043] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例一中變風(fēng)速場(chǎng)景下頻率變化率曲線；[0044] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例一中DFIG的虛擬慣量控制及動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)策略原理圖；[0045] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例一中仿真系統(tǒng)模型；[0046] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例一中低風(fēng)速情況下的仿真效果(7.5m/s)；[0047] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例一中中風(fēng)速情況下的仿真效果(9.5m/s)；[0048] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例一中風(fēng)速正常波動(dòng)時(shí)的仿真效果；[0049] 圖10是本發(fā)明實(shí)施例一中調(diào)頻期間風(fēng)速突降的仿真場(chǎng)景；[0050] 圖11是本發(fā)明實(shí)施例一中風(fēng)速劇烈波動(dòng)時(shí)的仿真效果。具體實(shí)施方式[0051] 應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本發(fā)明使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)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。

[0052] 需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)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(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包

括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

[0053] 實(shí)施例一[0054] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)方法，參照?qǐng)D5，包括以下步驟：

[0055] (1)采用dΔf/dt作為變風(fēng)速場(chǎng)景下虛擬慣量調(diào)頻的觸發(fā)信號(hào)；其中Δf為實(shí)際頻率與額定頻率之間的偏差；

[0056] (2)根據(jù)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速得到MPPT曲線功率參考值PMPPT；[0057] (3)對(duì)實(shí)際頻率與額定頻率之間的偏差進(jìn)行虛擬慣量控制得到在MPPT曲線功率參考值PMPPT的基礎(chǔ)上附加的額外有功參考信號(hào)；

[0058] (4)根據(jù)上一時(shí)刻實(shí)際輸出的風(fēng)機(jī)電磁功率、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、Δf與虛擬慣量控制微分系數(shù)的乘積，將這三個(gè)參數(shù)經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)后得到輸出功率；

[0059] (5)根據(jù)功率參考值PMPPT、額外有功參考信號(hào)以及輸出功率，得到當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)機(jī)輸出的電磁功率。

[0060] 本實(shí)施方式方法在定風(fēng)速和變風(fēng)速場(chǎng)景下均具有良好的適應(yīng)性，能有效改善雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量控制的調(diào)頻性能。下面對(duì)本實(shí)施例方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

[0061] 1、虛擬慣量調(diào)頻過(guò)程中風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化特點(diǎn)[0062] 傳統(tǒng)的虛擬慣量調(diào)頻采用的是轉(zhuǎn)速限值保護(hù)(RotorSpeedProtection,RSP)策略，如圖1所示，其中Δf是實(shí)際頻率fm與額定頻率f0之間的偏差；ΔP1是在MPPT曲線功率參

考值PMPPT的基礎(chǔ)上附加的額外有功參考信號(hào)；Kp和Kd分別是虛擬慣量控制的比例和微分系

數(shù)；ωr是風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；Pe是風(fēng)機(jī)的電磁功率。

[0063] 虛擬慣量調(diào)頻期間Pe的表達(dá)式為：[0064][0065] 調(diào)頻過(guò)程中風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將由下式?jīng)Q定：[0066][0067] 式中，Jw為風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Pm為風(fēng)機(jī)捕獲的機(jī)械功率。[0068] 如圖2所示的是負(fù)荷突增時(shí)DFIG機(jī)組虛擬慣量調(diào)頻過(guò)程中轉(zhuǎn)速隨功率的變化示意圖。調(diào)頻之前風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在MPPT點(diǎn)1，輸出功率為Pe0，當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后ΔP1迅速增加使得Pe>

Pm，由式(2)可知此時(shí)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速開(kāi)始降低，釋放動(dòng)能參與調(diào)頻；隨著系統(tǒng)頻率的恢復(fù)，ΔP1

將逐漸減小。

[0069] 如果風(fēng)速比較高(風(fēng)機(jī)可釋放的動(dòng)能較多)或Kp和Kd設(shè)置的比較小，如圖2中的紅色實(shí)線所示，由于ΔP1比較小，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降的速度會(huì)比較慢，當(dāng)Pe下降到與Pm相等且系統(tǒng)頻

率已恢復(fù)穩(wěn)定時(shí)，風(fēng)機(jī)就會(huì)運(yùn)行在新的穩(wěn)定點(diǎn)2上；此時(shí)風(fēng)機(jī)不會(huì)觸發(fā)圖1中的轉(zhuǎn)速限值保

護(hù)模塊，也就不會(huì)造成系統(tǒng)頻率的二次跌落。

[0070] 而如果Kp和Kd設(shè)置的比較大或者風(fēng)速比較低(風(fēng)機(jī)可釋放的動(dòng)能比較少)，則附加的調(diào)頻信號(hào)ΔP1就比較大，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)更快地下降，極易達(dá)到其下限值0.7pu并且觸發(fā)轉(zhuǎn)速

限值保護(hù)；特別地，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到ωr＝ωr1時(shí)，如圖2中的藍(lán)色實(shí)線上的點(diǎn)3所示，此時(shí)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的下降速率減慢而Pm的下降

速率繼續(xù)增大，Pe與Pm之間的差值將會(huì)越來(lái)越大，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定會(huì)加速下降到其下限值從而

觸發(fā)轉(zhuǎn)速限值保護(hù)。

[0071] 轉(zhuǎn)速限值保護(hù)模塊被觸發(fā)以后ΔP1會(huì)立刻被置為0，風(fēng)機(jī)的輸出功率瞬間降落到MPPT曲線上(圖2中點(diǎn)4→點(diǎn)5)，這一過(guò)程相當(dāng)于又引入了一個(gè)新的擾動(dòng)量，因而會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)

頻率的二次跌落。此后由于Pe[0072] 2、變風(fēng)速場(chǎng)景及虛擬慣量調(diào)頻的觸發(fā)信號(hào)[0073] 本實(shí)施方式使用組合風(fēng)速模型來(lái)模擬風(fēng)電場(chǎng)的變風(fēng)速場(chǎng)景，該模型由以下4部分組成：

[0074] (1)基本風(fēng)[0075] 一般來(lái)說(shuō)，虛擬慣量調(diào)頻的持續(xù)時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)，因此可以認(rèn)為調(diào)頻過(guò)程中風(fēng)電場(chǎng)的平均風(fēng)速變化不大，基本風(fēng)就用來(lái)描述這種短時(shí)間內(nèi)風(fēng)場(chǎng)平均風(fēng)速的大小，在模擬計(jì)算

中一般以定值表示，即：

[0076] vb(t)＝vbc(3)[0077] 式中，vbc為常數(shù)。[0078] (2)陣風(fēng)[0079] 陣風(fēng)用來(lái)描述風(fēng)速的突然變化，以表征風(fēng)速的波動(dòng)性。通常認(rèn)為陣風(fēng)的特性具有余弦性質(zhì)，具體模擬公式為：

[0080][0081] 式中，tg1、Tg分別為陣風(fēng)開(kāi)始時(shí)間和陣風(fēng)持續(xù)時(shí)間；gmax為陣風(fēng)的幅值。[0082] (3)漸變風(fēng)[0083] 漸變風(fēng)用來(lái)描述風(fēng)速的漸變特性，它同樣可以表征風(fēng)速的波動(dòng)性質(zhì)，模擬公式為：[0084][0085] 其中，tr1、tr2分別為漸變風(fēng)開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間；rmax為漸變風(fēng)的幅值；Tr為漸變風(fēng)幅值持續(xù)的時(shí)間。

[0086] (4)隨機(jī)風(fēng)[0087] 風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)特性用隨機(jī)風(fēng)來(lái)描述，其模擬公式為：[0088][0089] 式中，nmax是隨機(jī)風(fēng)的幅值；Ram(?1,1)是在(?1,1)區(qū)間內(nèi)均勻分布的隨機(jī)數(shù)；ωv是風(fēng)速隨機(jī)波動(dòng)的平均間距，典型值為0.5π～2π(rad/s)； 是在區(qū)間(0,2π)內(nèi)均勻分布

的隨機(jī)數(shù)。

[0090] 仿真時(shí)所用的組合風(fēng)速是上述4部分風(fēng)速的疊加，即：[0091] v(t)＝vb(t)+vg(t)+vr(t)+vn(t)(7)[0092] 給定各部分風(fēng)速的參數(shù)，可以得到變風(fēng)速場(chǎng)景如圖3所示：[0093] 在變風(fēng)速場(chǎng)景下，由于風(fēng)速的波動(dòng)引發(fā)風(fēng)機(jī)輸出功率的波動(dòng)，因此即使沒(méi)有擾動(dòng)，系統(tǒng)的頻率也會(huì)發(fā)生小幅度的波動(dòng)，在這種情況下，僅僅依靠頻率偏差Δf無(wú)法使風(fēng)機(jī)的調(diào)

頻裝置正確區(qū)分是由于擾動(dòng)還是由于風(fēng)速的變化引起的頻率波動(dòng)，虛擬慣量裝置可能會(huì)發(fā)

生頻繁地誤動(dòng)作。

[0094] 針對(duì)此問(wèn)題，本實(shí)施方式仿真了在變風(fēng)速場(chǎng)景下，僅由同步機(jī)參與調(diào)頻時(shí)系統(tǒng)的頻率變化率曲線，如圖4所示。由圖可知，擾動(dòng)發(fā)生瞬間系統(tǒng)的頻率變化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常風(fēng)

速波動(dòng)下頻率變化率的變化幅度，因此本文中采用dΔf/dt作為變風(fēng)速場(chǎng)景下虛擬慣量調(diào)

頻的觸發(fā)信號(hào)，以避免虛擬慣量裝置不必要的調(diào)頻動(dòng)作。

[0095] 3虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)策略[0096] 調(diào)頻之前風(fēng)機(jī)輸出的功率為Pe0，虛擬慣量控制過(guò)程中風(fēng)機(jī)真正貢獻(xiàn)于調(diào)頻的功率為：

[0097] ΔPwe＝Pe?Pe0(8)[0098] 當(dāng)ΔPwe<0即Pe[0099] 而前已述及，當(dāng)出現(xiàn)d(Pe?Pm)/dt>0時(shí)，風(fēng)機(jī)一定會(huì)加速下降到其下限值從而引發(fā)頻率的二次跌落。在變風(fēng)速場(chǎng)景下，由于風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)引起其機(jī)械功率的隨機(jī)波動(dòng)，在調(diào)

頻過(guò)程中風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速將更容易地下降到其下限值并觸發(fā)轉(zhuǎn)速限值保護(hù)。

[0100] 根據(jù)以上的分析，本實(shí)施方式提出了虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)策略，如圖5所示。與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速限值保護(hù)策略不同，該策略能根據(jù)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化動(dòng)態(tài)地調(diào)整其輸出功

率，從數(shù)學(xué)原理上避免風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到下限值，從而使風(fēng)機(jī)平穩(wěn)地退出調(diào)頻過(guò)程。

[0101] 圖中ΔP2是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速模塊輸出的功率；其他變量與之前所述的含義相同。ΔP2的表達(dá)式為：

[0102][0103] 式中，δp和c是可調(diào)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)參數(shù)，其大小由仿真整定得到；ωmin是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下限值，一般有ωmin＝0.7pu；m是相應(yīng)的觸發(fā)控制參數(shù)，其值由下式?jīng)Q定：

[0104][0105] 注意到由式(2)可知(Pe?Pm)的變化情況可以由轉(zhuǎn)速ωr來(lái)描述，上式中的d(ωrdωr/dt)/dt<0就等同于d(Pe?Pm)/dt>0。

[0106] 由圖5可知調(diào)頻過(guò)程中風(fēng)機(jī)輸出的有功為：[0107] Pe＝PMPPT+ΔP1+ΔP2(11)[0108] 當(dāng)負(fù)荷突增引起系統(tǒng)頻率下降時(shí)，ΔP1恒為正而ΔP2恒為負(fù)，ΔP2的表達(dá)式中又包含反比例函數(shù)項(xiàng)1/(ωr?ωmin)，因此ωr越接近ωmin，動(dòng)態(tài)保護(hù)量的絕對(duì)值|ΔP2|就越大，Pe

下降的速度就越快。通過(guò)合理地設(shè)置參數(shù)δp，可以保證在虛擬慣量調(diào)頻的初始階段(ωr＞＞

ωmin)時(shí)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)模塊的輸出功率很小，不會(huì)削弱原有虛擬慣量控制的調(diào)頻效果。

[0109] 當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生風(fēng)機(jī)剛開(kāi)始參與調(diào)頻時(shí)，ωr比較大，Pe也比較高，控制參數(shù)m＝1，動(dòng)態(tài)保護(hù)量ΔP2≈0。隨著系統(tǒng)頻率的恢復(fù)，Pe會(huì)逐漸降低，當(dāng)Pe降低到小于Pe0時(shí)，風(fēng)機(jī)對(duì)系統(tǒng)頻

率已經(jīng)沒(méi)有積極貢獻(xiàn)，此時(shí)令m＝2，|ΔP2|變大從而加快Pe的下降速度，使風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速盡快

恢復(fù)；同樣的道理，當(dāng)出現(xiàn)了d(Pe?Pm)/dt>0的情況時(shí)，為避免轉(zhuǎn)速的持續(xù)降低，令m＝2，使Pe

快速下降到機(jī)械功率曲線以下。如果上述兩種情況同時(shí)出現(xiàn)，令m＝3，繼續(xù)增大|ΔP2|使Pe

的下降速度進(jìn)一步增加，從而加快風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的恢復(fù)速度。

[0110] 動(dòng)態(tài)保護(hù)函數(shù)ΔP2中含有指數(shù)函數(shù)項(xiàng)和KpΔf項(xiàng)，其中指數(shù)項(xiàng)將隨著調(diào)頻時(shí)間的增加逐漸趨近于0，因此在調(diào)頻后期有：ΔP2→KpΔf；當(dāng)頻率趨近于新的穩(wěn)態(tài)值時(shí)有：KddΔf/

dt≈0，此時(shí)ΔP1→?KpΔf；因此結(jié)合式(11)可知隨著調(diào)頻的進(jìn)行，風(fēng)機(jī)輸出的有功Pe→

PMPPT，當(dāng)ΔP2與KpΔf的差值足夠小時(shí)就可以使風(fēng)機(jī)直接退出調(diào)頻(令ΔP1和ΔP2都為0)，此

時(shí)因?yàn)镻e與PMPPT已經(jīng)基本相等，退出后也不會(huì)造成較大的頻率二次跌落。

[0111] 4虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)策略[0112] 本實(shí)施例在DIGSILENT中搭建了包含風(fēng)電場(chǎng)的四機(jī)兩區(qū)域仿真模型，如圖6所示。其中風(fēng)電場(chǎng)G4由200臺(tái)1.5MW的雙饋風(fēng)機(jī)組成，G1、G2和G3均為火電機(jī)組，其容量分別如圖所

示；L1和L2是恒定的有功負(fù)荷。在t＝80s的時(shí)候負(fù)荷L2突然增加到1100MW，系統(tǒng)頻率開(kāi)始降

低。在定風(fēng)速和變風(fēng)速兩種場(chǎng)景下，仿真對(duì)比了DFIG機(jī)組采用轉(zhuǎn)速限值保護(hù)和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保

護(hù)時(shí)系統(tǒng)頻率、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及風(fēng)機(jī)輸出功率的變化情況。

[0113] 4.1定風(fēng)速情況下的仿真分析[0114] 1)低風(fēng)速情況：風(fēng)速vw＝7.5m/s[0115] 如圖7所示，在低風(fēng)速情況下采用虛擬慣量調(diào)頻時(shí)，可以將系統(tǒng)頻率的第一個(gè)極值點(diǎn)從49.37Hz提高到49.61Hz，但是如果采用的是傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速限值保護(hù)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)在112.8s

時(shí)降低到其下限值0.7pu，從而使風(fēng)機(jī)輸出的有功功率瞬間跌落，造成的頻率二次跌落幅度

甚至超過(guò)了第一個(gè)頻率極值點(diǎn)，如圖7中的藍(lán)色點(diǎn)畫(huà)線所示，二次跌落期間系統(tǒng)頻率的最低

點(diǎn)降到了49.47Hz，嚴(yán)重影響了虛擬慣量控制對(duì)頻率響應(yīng)的改善效果。

[0116] 而如果采用本實(shí)施例提出的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)策略，如圖7中的紅色實(shí)線所示，在調(diào)頻初期m＝1，動(dòng)態(tài)保護(hù)量ΔP2≈0，因此基本不會(huì)影響原有的虛擬慣量控制對(duì)第一個(gè)頻率極值

點(diǎn)的改善效果；隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，|ΔP2|將逐漸增大，動(dòng)態(tài)保護(hù)函數(shù)中指數(shù)項(xiàng)使得風(fēng)機(jī)

的輸出功率平穩(wěn)地下降到MPPT曲線上，避免了功率的突降，從而大大減緩了頻率的二次跌

落程度，并且調(diào)頻結(jié)束后風(fēng)機(jī)能夠快速地回到原來(lái)的MPPT運(yùn)行點(diǎn)。

[0117] 2)中風(fēng)速情況：風(fēng)速vw＝9.5m/s[0118] 圖8是在中風(fēng)速情況下的仿真結(jié)果，由于風(fēng)速比較大，調(diào)頻前的初始轉(zhuǎn)速比較高，整個(gè)調(diào)頻過(guò)程中ωr不會(huì)降到0.7pu，風(fēng)機(jī)的輸出功率最終降到機(jī)械功率曲線上的某一點(diǎn)，

不會(huì)觸發(fā)轉(zhuǎn)速限值保護(hù)，因而在這種情況下不會(huì)出現(xiàn)頻率的二次跌落；然而，調(diào)頻結(jié)束后，

風(fēng)機(jī)將會(huì)偏離MPPT點(diǎn)運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速和最終的穩(wěn)態(tài)頻率也會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)較低的值，在一定程

度上降低了風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性并影響了調(diào)頻效果。采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)策略仍然能使風(fēng)機(jī)有功

輸出平穩(wěn)地降落到MPPT曲線上，風(fēng)機(jī)最終會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的MPPT點(diǎn)，并且不會(huì)引起頻率的二

次跌落，保證了風(fēng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

[0119] 4.2變風(fēng)速情況下的仿真分析[0120] 1)正常風(fēng)速波動(dòng)時(shí)的仿真效果[0121] 由于在實(shí)際情況下風(fēng)速可能會(huì)隨時(shí)變化，為了檢驗(yàn)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)策略在變風(fēng)速場(chǎng)景下的適用性，本文選用了組合風(fēng)速模型作為變風(fēng)速場(chǎng)景，如圖3所示，系統(tǒng)仿真模型仍然

如圖6所示，t＝80s時(shí)負(fù)荷L2突增100MW，之后風(fēng)機(jī)開(kāi)始進(jìn)行虛擬慣量調(diào)頻。圖9對(duì)比了在變

風(fēng)速場(chǎng)景下采用轉(zhuǎn)速限值保護(hù)和采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)時(shí)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以及風(fēng)

機(jī)輸出的有功功率曲線。

[0122] 由圖可以看出：風(fēng)速的波動(dòng)會(huì)引起頻率的小幅度波動(dòng)，本文中使用dΔf/dt作為虛擬慣量調(diào)頻的觸發(fā)信號(hào)，可以正確區(qū)分是由于擾動(dòng)的變化還是由于風(fēng)速的波動(dòng)引起的頻率

波動(dòng)，從而避免了不必要的調(diào)頻操作。

[0123] 如圖9所示，在變風(fēng)速場(chǎng)景下采用轉(zhuǎn)速限值保護(hù)時(shí)，風(fēng)機(jī)的退出操作仍然會(huì)造成幅度比較大的頻率二次跌落；而采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)不影響頻率的最低點(diǎn)，同時(shí)可以使風(fēng)機(jī)輸

出功率平穩(wěn)地降落到MPPT曲線上，在減緩二次跌落的同時(shí)使風(fēng)機(jī)能夠回到原來(lái)的最大功率

跟蹤狀態(tài)。

[0124] 2)調(diào)頻期間風(fēng)速突降時(shí)的仿真效果[0125] 如果調(diào)頻期間風(fēng)速突然降得很低，如圖10所示，風(fēng)機(jī)的機(jī)械功率將會(huì)隨之快速下降，此時(shí)由于電磁功率與機(jī)械功率之間的差額增大，由式(2)可知風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降的速度將會(huì)

大大增加，ωr會(huì)很快地到達(dá)其下限值并觸發(fā)轉(zhuǎn)速保護(hù)。

[0126] 如圖11所示，與風(fēng)機(jī)不調(diào)頻時(shí)相比，虛擬慣量調(diào)頻可以使頻率的第一個(gè)極值點(diǎn)從49.37Hz上升到49.56Hz，但是采用轉(zhuǎn)速限值保護(hù)時(shí)由于風(fēng)速的突降，風(fēng)機(jī)將更快地退出調(diào)

頻，此時(shí)造成的二次跌落幅度最大可達(dá)到49.50Hz，超出了第一個(gè)頻率極值點(diǎn)，嚴(yán)重削弱了

虛擬慣量控制的調(diào)頻效果。而動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)仍能保證在風(fēng)速劇烈波動(dòng)的情況下減緩頻率的

二次跌落幅度，并使風(fēng)機(jī)盡快地恢復(fù)到MPPT狀態(tài)運(yùn)行。

[0127] 本實(shí)施方式針對(duì)采用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速限值保護(hù)的虛擬慣量調(diào)頻極易引起頻率的二次跌落的問(wèn)題，在分析雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻過(guò)程中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了動(dòng)態(tài)

轉(zhuǎn)速保護(hù)策略。該策略基于反比例函數(shù)的數(shù)學(xué)原理，避免了在調(diào)頻過(guò)程中風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低到

其下限值以下，防止了風(fēng)機(jī)輸出功率的突降，實(shí)現(xiàn)了較好的虛擬慣量調(diào)頻效果。

[0128] 實(shí)施例二[0129] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，公開(kāi)了一種雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)系統(tǒng)，包括：

[0130] 用于采用dΔf/dt作為變風(fēng)速場(chǎng)景下虛擬慣量調(diào)頻的觸發(fā)信號(hào)的裝置；其中Δf為實(shí)際頻率與額定頻率之間的偏差；

[0131] 用于根據(jù)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速得到MPPT曲線功率參考值PMPPT的裝置；[0132] 用于對(duì)實(shí)際頻率與額定頻率之間的偏差進(jìn)行虛擬慣量控制得到在MPPT曲線功率參考值PMPPT的基礎(chǔ)上附加的額外有功參考信號(hào)的裝置；

[0133] 用于根據(jù)上一時(shí)刻實(shí)際輸出的風(fēng)機(jī)電磁功率、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、Δf與虛擬慣量控制微分系數(shù)的乘積，將這三個(gè)參數(shù)經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)后得到輸出功率的裝置；

[0134] 用于根據(jù)功率參考值PMPPT、額外有功參考信號(hào)以及輸出功率，得到當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)機(jī)輸出的電磁功率的裝置。

[0135] 實(shí)施例三[0136] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，公開(kāi)了一種終端設(shè)備，其包括處理器和計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，處理器用于實(shí)現(xiàn)各指令；計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)用于存儲(chǔ)多條指令，所述指令適于由

處理器加載并執(zhí)行實(shí)施例一中所述的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)方法。

[0137] 在另一些實(shí)施方式中，公開(kāi)了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中存儲(chǔ)有多條指令，所述指令適于由終端設(shè)備的處理器加載并執(zhí)行實(shí)施例一中所述的雙饋風(fēng)機(jī)虛擬慣量調(diào)頻的

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速保護(hù)方法。

[0138] 上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不

需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。