一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法及系统

技术特征：
1.一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：获取风电并网系统的变频极值时间，其中，所述变频极值时间用于表示系统遭受扰动后，频率由初始值跌落或抬升至频率偏差达到最大值经历的时间；根据所述风机的初始转速，通过获取所述风机在动能储备约束下的第一最大转速变化量，以及所述风机在风机功率约束下的第二最大转速变化量，生成所述风机的最大转速变化量；基于所述最大转速变化量，通过所述变频极值时间，对所述风机进行虚拟惯量评估，生成所述风机的最大惯性时间常数。2.根据权利要求1所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在获取风电并网系统的变频极值时间的过程中，通过获取同步机、风机以及负荷的第一频率响应，生成所述风机的风电高渗透系统受到功率扰动后的第二频率响应；在不考虑风机惯性响应的前提下，将系统功率扰动等效成阶跃扰动，获取所述变频极值时间。3.根据权利要求2所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在生成所述第二频率响应的过程中，所述第二频率响应的表达式为：其中，δp
d
为功率扰动信号，δp
w
为风机功率响应信号，g(t)为功率响应信号和频率响应信号之间的传递函数，b、c、w、ζ、为计算参数，k为风电渗透率，k
l
为负荷调节系数，σ为调差系数，d为系统阻尼系数，t为频率响应时间。所述计算参数表示为：4.根据权利要求3所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在获取同步机、风机以及负荷的第一频率响应的过程中，所述第一频率响应的表达式为：其中，δp
m
为同步机功率响应信号；δp
l
为负荷功率响应信号；h为系统惯性时间常数，δf表示频率偏差。5.根据权利要求4所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在获取同步机功率响应信号的过程中，所述同步机功率响应信号表示为：其中，k
l
为负荷调节系数；a为涡轮机特征系数，t为涡轮机等值惯性时间常数，δf为频
率偏差。6.根据权利要求5所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在获取系统惯性时间常数的过程中，所述系统惯性时间常数取决于系统容量及风电渗透率，表示为：式中，h
g
为同步机惯性时间常数；s
g
为同步机装机容量；s
b
为系统总容量。7.根据权利要求6所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在获取风电并网系统的变频极值时间的过程中，所述变频极值时间tfm表示为：8.根据权利要求7所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在获取最大转速变化量的过程中，所述动能储备约束表示为：式中，δe
kwmax
为风机动能储备；ω
r0
为风机惯性响应前的初始转速；ω
min
、ω
max
分别为风机稳定运行的允许最低转速、最高转速，通常取值为0.7pu和1.2pu；在动能储备约束下，所述第一最大转速变化量δω
rmax1
表示为：其中，δω
r
为风机转速变化量；所述风机功率约束表示为：式中，p
n
为风机额定功率；p
min
为风机稳定运行的最小转速对应的功率；p
opt
为mppt控制下的风机有功输出功率；k
opt
为最大功率跟踪系数；ω
r0
为风机初始转速；ω
min
为风机稳定运行的允许最低转速；δp
d
为功率扰动；在风机功率约束下，所述第二最大转速变化量δω
rmax2
表示为：
式中，k
opt
为最大功率跟踪系数；ω
r0
为风机初始转速；p
n
为风机额定功率；h
w
为风机固有惯性时间常数。9.根据权利要求8所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在获取风机的最大惯性时间常数的过程中，所述最大惯性时间常数h
vir
表示为：式中，λ
opt
为最优叶尖速比；v为实时风速；r为风轮半径，ω
max
为风机稳定运行允许最大转速；v
min
为切入风速；v
max
为桨距控制启动前的最大风速。10.一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估系统，其特征在于，用于对风机的虚拟惯量在变频极值时间内进行量化评估，包括：变频极值时间生成模块，用于获取所述风电并网系统的变频极值时间，其中，所述变频极值时间用于表示系统遭受扰动后，频率由初始值跌落或抬升至频率偏差达到最大值经历的时间；最大转速变化量生成模块，用于根据所述风机的初始转速，通过获取所述风机在动能储备约束下的第一最大转速变化量，以及所述风机在风机功率约束下的第二最大转速变化量，生成所述风机的最大转速变化量；评估模块，用于基于所述最大转速变化量，通过所述变频极值时间，对所述风机进行虚拟惯量评估，获取所述风机的最大惯性时间常数。

技术总结
本发明公开了一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法及系统，首先根据风电并网系统频率响应特性提出风机虚拟惯量评估方法；其次，建立风电高渗透系统的频率响应简化模型并计算变频极值时间；接着，根据风机的初始转速确定风机的运行状态约束；然后根据变频极值时间约束和运行状态约束评估出风机在变频极值时间内的转速变化量范围和虚拟惯量范围。该方法可对风机虚拟惯量在变频极值时间内进行量化评估。本发明提供的一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，可评估出不同初始转速下风机在变频极值时间内转速变化量得到风机的虚拟惯量范围，为风机频率响应提供可靠的惯性支撑数据。惯性支撑数据。惯性支撑数据。


技术研发人员：张祥宇 金召展 付媛
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：2022.08.23
技术公布日：2022/11/11