一种构网型风电机组的功率跟踪方法及系统

本发明主要涉及风电，具体涉及一种构网型风电机组的功率跟踪方法及系统。

背景技术：

1、相较于当前风电的常规并网控制方式，电压源型构网控制在方法和特性上体现出实质性的创新和突破，非常符合新型电力系统对新能源的角色定位和并网要求，具有重要的研究意义和价值。构网型风电机组在虚拟同步发电机（vsg）控制策略下的运行过程中，遵循带有虚拟惯性环的同步旋转方程，会呈现出一种特有的虚拟摆动方程特性。然而，在实际运行中，该虚拟摆动方程的存在，导致功率输出并非即时响应于功率参考信号，而是存在一定的滞后性。

2、对于构网型的风力发电机组而言，这种功率输出的滞后性不仅影响了机组的即时功率调节能力，还可能对整个电力系统的稳定运行构成潜在威胁。在电力系统中，稳定性是一个至关重要的考量因素。它不仅关乎系统的正常运行，还直接影响到整个电网的安全性和可靠性。因此，在处理构网机组实际功率滞后的问题时，必须充分考虑系统的稳定性要求。

3、进一步地，构网控制作为调节机组功率输出的关键环节，其功率响应的速率对于系统的整体性能具有决定性影响。然而，在当前的技术条件下，构网控制的功率响应往往较为缓慢，这在一定程度上限制了系统对于功率波动的快速调节能力。为了优化构网机组的性能，提升系统的整体稳定性，未来的研究应聚焦于如何提高构网控制的功率响应速度，以更有效地应对实际功率滞后于给定功率的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种提高功率跟踪性能的构网型风电机组的功率跟踪方法及系统。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种构网型风电机组的功率跟踪方法，包括步骤：

4、1）输入虚拟同步发电机的控制参数，建立虚拟同步发电机的数学模型；其中虚拟同步发电机的数学模型中包括虚拟同步发电机的动态特性；

5、2）根据步骤1）得到的虚拟同步发电机的动态特性，得出包括虚拟同步发电机的频率ων、相位角δ和电压幅度e在内的虚拟同步发电机的功率表达式和功率增量表达式；

6、3）根据步骤1）得到的虚拟同步发电机的动态特性和步骤2）得到的虚拟同步发电机的功率表达式和功率增量表达式，得到以惯性jν、阻尼dν和下垂系数kq为输入的单个虚拟同步发电机空间状态方程，进而得到多个虚拟同步发电机空间状态方程及空间状态离散化方程；

7、4）根据步骤2）得到的虚拟同步发电机的功率增量表达式得出虚拟同步发电机的功率预测表达式，结合功率预测表达式和步骤3）得到的多个虚拟同步发电机的离散化空间状态方程，构建并求解构网型风电机组的功率跟踪性能优化问题。

8、优选地，步骤1）中的虚拟同步发电机的动态特性表达式为：

9、（1）

10、（2）

11、（3）

12、其中δ是虚拟同步发电机的相位角，和代表虚拟同步发电机频率和电网频率，e是虚拟同步发电机的电压幅度，是电网电压初始值；、、、分别是有功功率参考值、有功功率、无功功率参考值和无功功率；是惯性，是阻尼，是无功电压环下垂控制回路的下垂系数。

13、优选地，步骤2）中的虚拟同步发电机的功率表达式为：

14、（4）

15、其中，rg和xg分别表示线路电阻和阻抗，ug为电网电压。

16、优选地，步骤2）中的虚拟同步发电机的功率增量表达式为：

17、（5）

18、其中，均为虚拟同步发电机有功功率增量系数，和分别为相位角增量和电压幅度增量。

19、优选地，在步骤3）中，单个虚拟同步发电机空间状态方程为：

20、（6）

21、其中，，为虚拟同步发电机的数量；分别为第i台虚拟同步发电机的频率、相位角、电压幅值、惯性、阻尼和下垂系数的增量；，分别为第i台虚拟同步发电机的惯性、阻尼、下垂系数参考值的增量；分别是状态方程系数。

22、优选地，在步骤3）中，多个虚拟同步发电机空间状态方程为：

23、（7）

24、其中，分别为的集合，。

25、优选地，在步骤3）中，多个虚拟同步发电机的空间状态离散化方程为：

26、（8）

27、其中，，，，是采样时间；表示第k时刻状态，k+1为下一时刻状态。

28、优选地，在步骤4）中，虚拟同步发电机的功率预测表达式为：

29、（9）

30、其中，为第i台虚拟同步发电机有功功率初始值；和均为第i台虚拟同步发电机有功功率增量系数；分别为第i台虚拟同步发电机电压幅度增量和相位角增量，；为虚拟同步发电机的数量；是预测步数；表示第k时刻状态，k+1为下一时刻状态。

31、优选地，在步骤4）中，构网型风电机组的功率跟踪性能优化问题的主要成本函数为：

32、（10）

33、其中，为第i台虚拟同步发电机的功率预测值，为第i台虚拟同步发电机的功率参考值，；是预测步数，为vsg的数量。

34、本发明还公开了一种构网型风电机组的功率跟踪系统，包括相互连接的存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。

35、与现有技术相比，本发明的优点在于：

36、本发明通过输入vsg的多个控制参数，建立vsg的数学模型（包括vsg动态特性、功率及其增量、单个及多个空间状态方程），得到了考虑vsg惯性、阻尼和下垂系数变化的虚拟同步发电机群功率预测模型，结合上述模型构建构网型风电机组的功率跟踪性能提升问题，包括成本函数、参数波动限制及参数约束，通过解决该问题协同调整多个vsg控制参数（vsg的惯性、阻尼和下垂系数），使vsg获得更好的功率跟踪性能，即vsg的功率输出总是能较好的跟踪功率参考值，提高电力利用率。

技术特征：

1.一种构网型风电机组的功率跟踪方法，其特征在于，包括步骤：

2. 根据权利要求1所述的构网型风电机组的功率跟踪方法，其特征在于，步骤1）中的虚拟同步发电机的动态特性表达式为：

3. 根据权利要求2所述的构网型风电机组的功率跟踪方法，其特征在于，步骤2）中的虚拟同步发电机的功率表达式为：

4. 根据权利要求3所述的构网型风电机组的功率跟踪方法，其特征在于，步骤2）中的虚拟同步发电机的功率增量表达式为：

5. 根据权利要求1-4中任意一项所述的构网型风电机组的功率跟踪方法，其特征在于，在步骤3）中，单个虚拟同步发电机空间状态方程为：

6. 根据权利要求5所述的构网型风电机组的功率跟踪方法，其特征在于，在步骤3）中，多个虚拟同步发电机空间状态方程为：

7. 根据权利要求6所述的构网型风电机组的功率跟踪方法，其特征在于，在步骤3）中，多个虚拟同步发电机的空间状态离散化方程为：

8. 根据权利要求1-4中任意一项所述的构网型风电机组的功率跟踪方法，其特征在于，在步骤4）中，虚拟同步发电机的功率预测表达式为：

9. 根据权利要求8所述的构网型风电机组的功率跟踪方法，其特征在于，在步骤4）中，构网型风电机组的功率跟踪性能优化问题的主要成本函数为：

10.一种构网型风电机组的功率跟踪系统，包括相互连接的存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1-9中任意一项所述方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种构网型风电机组的功率跟踪方法及系统，方法包括步骤：1）输入虚拟同步发电机的控制参数，建立虚拟同步发电机的数学模型；模型中包括动态特性；2）根据虚拟同步发电机的动态特性，得出虚拟同步发电机的功率表达式和功率增量表达式；3）根据虚拟同步发电机的动态特性和虚拟同步发电机的功率表达式和功率增量表达式，得到多个虚拟同步发电机空间状态方程及空间状态离散化方程；4）根据虚拟同步发电机的功率增量表达式得出虚拟同步发电机的功率预测表达式，结合功率预测表达式和多个虚拟同步发电机的离散化空间状态方程，构建并求解构网型风电机组的功率跟踪性能优化问题。本发明具有提高功率跟踪性能等优点。技术研发人员：魏娟,黄国航,黄晟,刘璐,黄守道,唐文博,袁瑛受保护的技术使用者：湖南大学技术研发日：技术公布日：2025/1/13