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申请/专利权人：东北电力大学

摘要：一种适用于风电机组参与电网调频过程的Hamilton系统能量成型控制方法，属于风电机组参与电网频率支撑控制技术领域。本发明的目的是从能量角度设计控制器的优势及为符合系统频率因能量不平衡而变化以及风机通过释放转子所储能量参与电网调频的适用于风电机组参与电网调频过程的Hamilton系统能量成型控制方法。本发明步骤是：建立双馈风机及系统频率响应数学模型，构建Hamilton系统模型，配置期望平衡点，能量成型频率控制器设计。本发明能够更加快速精确地控制风机输出并有效提高风机转子动能利用率，大大提高了系统暂态频率稳定性，其科学合理，适用性强，效果佳。

主权项：1.一种适用于风电参与电网调频的Hamilton控制方法，其特征在于：其步骤是：S1、建立双馈风机及系统频率响应数学模型风机所捕获的机械功率数学模型如公式1所示： 式中：ρ是空气密度；r是叶片半径；v是风速；Cpλ,β是风能利用系数，是关于叶尖速比λ与桨距角β的函数；叶尖速比λ与桨距角β之间关系： 式中：叶尖速比λ可由λ＝ωrRv计算得到，ωr是风机转子转速；采取单质量模块进行模型构建： 式中：Jw是转动惯量；Tm是风力机机械转矩；Te是风力发电机电磁转矩；将最大跟踪功率与输出电磁功率等效为一阶惯性环节，通过以下传递函数进行建模： 式中：Pwe是风机实际输出电磁功率；σ是一阶惯性常数；s是拉普拉斯算子；Pmppt是风机最大跟踪功率；kmppt是最大跟踪系数；ΔPwe是风机对电网的频率支撑功率；Pwe是风机不参与电网调频时初始输出电磁功率；μ表示风机并入电网标幺值转化系数；将风电机组输出支撑功率作为有功一部分加入频率响应模型，获得包含风电在内的系统频率响应数学模型，如公式5所示： 式中，M表示系统等效惯性时间常数；D表示负荷阻尼系数；R表示下垂环节系数；Tt和Tg分别表示调速器和原动机时间常数；Δω表示频率变化量；ΔPg表示调速器增量；ΔPm表示原动机出力变化量；ΔPd表示负荷变化量；S2、构建Hamilton系统模型广义Hamilton系统形式如公式6所示： 式中：矩阵Jx表示满足反对称特性的结构矩阵；矩阵Rx表示满足半正定特性的阻尼矩阵；Hx表示系统能量函数；为能量函数一阶偏微分形式；矩阵gx表示控制增益矩阵；u和y分别表示控制变量和输出变量；根据式5，选取系统状态变量矩阵x＝[ΔωΔPgΔPm]T构造如下能量函数形式： 得到能量函数一阶偏微分形式： 将系统频率响应模型转换为广义Hamilton系统模型形式，如下式所示： 式中：u＝[ΔPwe-ΔPd00]T；设计反馈控制率u：u＝αx+v10预置反馈控制率αx： 将预置反馈控制率代入系统模型9中，得到： S3、配置期望平衡点根据系统频率响应模型，风电机组不参与调频时电网频率变化以及原动机输出功率变化表示为： 结合电网频率变化以及原动机输出功率变化表达式，得到： 根据终值定理，稳态频率偏差Δf∞为： 令： S4、能量成型频率控制器设计设计输出反馈控制律v满足Hamilton系统形式17，系统期望能量函数形式如式18所示：式中：Jdx和Rdx分别为系统期望结构矩阵和系统期望阻尼矩阵；Hax为系统注入能量函数；x*为系统期望平衡点；选取注入结构矩阵Jax和注入阻尼矩阵Rax： 取参数a1和a2为零，参数b、b1和b2为注入阻尼系数；系统期望矩阵仍需满足相应特性条件： 结合Hamilton系统模型式12以及状态变量期望平衡点得到对能量函数7整形后系统期望能量函数： 得到输出反馈控制率： 得到系统注入能量函数的一阶偏微分形式： 将上式以及注入矩阵19代入能量匹配方程22，得到控制率v： 根据公式10并结合前述预置反馈控制率，得到完整的Hamilton系统反馈控制率u：通过逆向推导得到风电参与电网调频过程中风机有功控制率：ΔPwe＝D+bMΔω*-bMΔω-ΔPm+ΔPd＝bMΔω*-Δω+DΔω*-ΔPm+ΔPd26将式26改进为如下控制策略：

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