异步风电机组虚拟同步化并网控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于定子双绕组异步风电机组虚拟同步化并网控制方法及系统，风电机组采用的发电机为定子双绕组异步发电机，其定子上的控制绕组接控制侧逆变器从而实现对整个发电机组的有效控制，其定子上的功率绕组接不控整流桥向直流母线输送功率。风电机组的并网逆变器控制方法采用虚拟同步化并网控制方法，在基于虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法中，加入准同期并列算法，预同步控制算法，基于二阶广义积分器的虚拟阻抗算法，并采用基于准比例谐振算法的空间电压矢量调制方法。本发明专利技术能够实现整个定子双绕组异步风电系统高效稳定运行，且能够自动选择并网时机，使并网瞬间无冲击电流，实现高效柔性并网。

【技术实现步骤摘要】
基于定子双绕组异步风电机组虚拟同步化并网控制方法及系统
本专利技术涉及一种分布式微网系统的并网控制方法，尤其涉及基于定子双绕组异步风电机组虚拟同步化并网控制方法及系统。
技术介绍
定子双绕组感应发电机(DualStator-WindingInductionGenerator，简称DWIG)采用无刷结构，结构简单坚固，无电刷和滑环；定子上布置了两套绕组，一套为功率绕组，输出端接有励磁电容、整流器、滤波电容，输出直流电压；另一套为控制绕组，接有静止励磁变换器，此励磁变换器的容量只需系统容量的1/3左右，由变换器提供系统所需的无功电流，采用一定的控制策略，可以有效地控制功率绕组输出直流电压的幅值保持恒定。这两套绕组具有相同的极对数，因此其工作频率也相同，它们在电气上没有任何连接，是通过磁进行耦合，所以可以减小由于变换器开关动作引起的高频谐波对功率绕组的影响，提高系统的电磁兼容能力和效率。大量的理论和实验都证明，DWIG在高速运行环境下的独立电源系统中拥有优异的动静态性能，鉴于此研究成果，再结合DWIG功率绕组侧整流输出直流的特性，以及DWIG自身独特的特点和优点，将其应用于风力发电系统中，可具备一定的竞争优势，尤其适用于海上风力发电场的直流集电输送系统。DWIG风力发电系统作为一个新兴的风电系统，电机成本低廉、无刷、可灵活弱磁，在较宽的转速运行范围内运行只需小容量的励磁控制器，与当前最主流的有刷双馈和直驱永磁机型相比，不仅继承了有刷双馈和直驱永磁这两种机型的相关优点，还弥补了一些致命的缺点，如不易弱磁，有电刷滑环等。可见，将DWIG用于风力发电具有很大的创新性和可行性，具有广阔应用前景。在传统发电机并网控制策略中，微网逆变器通常在并网运行时用P/Q控制，而孤岛运行时用V/F控制，但该方法难以实现不同运行模式间的平滑切换。针对这个问题，为提高电网对分布式电源的接纳能力，近期国内外学者提出虚拟同步发电机技术(VirtualSynchronousGenerator，简称VSG)，使分布式电源具有同步发电机的转动惯性、一次调频、一次调压的特性。如何对微网中逆变器进行有效的控制,借鉴继承传统并网控制策略的优势并发扬虚拟同步发电机自身独有的特点，如何与前级定子双转子发电机控制策略匹配兼容协调工作，如何解决母线电压波动引起的虚拟同步化并网控制策略中调制波畸变问题，如何抑制并网瞬间的冲击电流，是虚拟同步化并网控制策略能否可靠高效运行的关键。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供基于定子双绕组异步风电机组虚拟同步化并网控制方法及系统，改善传统并网算法的缺陷发扬虚拟同步算法的优势，并且使虚拟同步化并网控制方法与定子双绕组异步风电机组控制方法相互匹配，抑制母线电压波动对虚拟同步化并网控制方法产生的影响的同时抑制虚拟同步化并网控制方法输出调制波的畸变而对发电机侧控制算法的影响，从而实现整个定子双绕组异步风电系统高效稳定运行，而且使电网侧断路器前输出电压矢量快速追踪电网电压矢量，选择适当并网时机使并网瞬间无冲击电流，可实现高效柔性并网。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一方面，本专利技术提供了基于定子双绕组异步风电机组虚拟同步化并网控制系统，所述系统包括定子双绕组异步风电机组以及虚拟同步控制装置，所述定子双绕组异步风电机组与所述虚拟同步控制装置电连接。所述定子双绕组异步风电机组具体包括定子双绕组感应电机、励磁电容、不控整流桥、滤波电容、轻载、滤波电感、控制侧逆变器、电力二极管、蓄电池、电机侧控制器以及驱动电路；电机功率侧与所述励磁电容、不控整流桥、滤波电容、轻载依次电连接，电机控制侧与所述滤波电感、控制侧逆变器、滤波电容依次电连接，并与电力二极管和蓄电池的串联支路电连接，采集不控整流桥处的电压信号和控制侧逆变器处的电压信号并送入电机侧控制器，采集滤波电感处的电流信号并和所述电机侧控制器的输出信号一起送入驱动电路，所述驱动电路与所述控制侧逆变器电连接。所述虚拟同步控制装置具体包括电网侧逆变器、LCL滤波电路、三相断路器、电网、瞬时功率计算模块、虚拟同步发电机控制器、虚拟阻抗、准比例谐振双环控制器、空间电压矢量调制器、预同步控制器、准同期并列控制器、LCL侧锁相环以及电网侧锁相环；所述电网侧逆变器、LCL滤波电路、三相断路器、电网依次电连接，所述电网侧逆变器与所述不控整流桥电连接，采集LCL侧电压信号送入所述瞬时功率计算模块，所述瞬时功率计算模块、虚拟同步发电机控制器、准比例谐振双环控制器、空间电压矢量调制器依次连接，所述虚拟阻抗、虚拟同步发电机控制器、预同步控制器、准同期并列控制器依次连接，所述空间电压矢量调制器的输出端与所述电网侧逆变器电连接。另一方面，本专利技术提供了基于定子双绕组异步风电机组虚拟同步化并网控制方法，采用定子双绕组异步风电机组对虚拟同步控制装置输送功率；采用电压外环的电流滞环控制算法控制定子双绕组异步风电机组，所述虚拟同步控制装置采用基于采用虚拟同步化并网控制策略实现并网。进一步的,所述定子双绕组异步风电机组的定子上包括控制绕组和功率绕组；所述功率绕组与不控整流桥相连接，向直流母线输送功率，为所述虚拟同步控制装置提供电源；所述控制绕组侧逆变器采用电压外环的电流滞环控制算法控制定子双绕组感应电机。进一步的,所述控制绕组侧逆变器采用电压外环的电流滞环控制算法控制定子双绕组感应电机，具体包括：电机侧控制器根据控制绕组侧的电压与控制侧的电压给定值的比较值、功率绕组侧的电压与功率绕组侧的电压给定值的比较值计算得到d、q轴给定电流，由直接磁场定向得到定向角，产生控制侧逆变器开关管的PWM开关驱动信号，所述控制侧逆变器根据所述PWM开关驱动信号控制定子双绕组感应电机。进一步的,所述虚拟同步控制装置采用基于采用虚拟同步化并网控制方法实现并网，具体包括：S1、采用瞬时功率计算方法根据采集得到的逆变器输出的电压和电流瞬时值，计算得到有功功率和无功功率；S2、采用VSG控制算法对所述有功功率和无功功率进行计算得到电压调制波信号；S3、所述电压调制波信号与虚拟阻抗模块输出的电压信号进行比较计算得到输入调制波信号，所述电压信号是由所述虚拟阻抗模块根据逆变器输出电流计算得到；S4、双闭环控制器根据所述输入调制波信号、逆变器输出的电压和电感电流计算得到输出参考调制波信号，并将该电压信号作为PWM调制器的调制波信号；S5、所述PWM调制器根据所述PWM调制器的参考调制波信号得到逆变器调制信号，并将其输出至逆变器。S6、采用预同步控制算法，在未并网时调节LCL滤波电路的输出电压与电网电压的波形重合。S7、采用准同期并列控制算法发出电网侧断路器的合闸信号，以进行并网。进一步的,所述S3中所述虚拟阻抗模块具体为基于降阶谐振器和三阶广义积分器级联的虚拟阻抗模块。进一步的,所述S4中所述双闭环控制器具体为电压外环电流内环的基于准比例谐振的双闭环控制器。进一步的,所述S6中所述预同步控制算法通过两个积分与VSG控制算法中的有功下垂系数和无功下垂系数构成两个PI调节器，在未并网时通过两个PI调节器调节LCL滤波电路的输出电压与电网电压的波形重合。进一步的,所述S7中所述准同期并列控制算法通过两个锁相环分别检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于定子双绕组异步风电机组虚拟同步化并网控制系统，其特征在于，所述系统包括定子双绕组异步风电机组以及虚拟同步控制装置，所述定子双绕组异步风电机组与所述虚拟同步控制装置电连接；所述定子双绕组异步风电机组用于为所述虚拟同步控制装置输送功率。

【技术特征摘要】
1.基于定子双绕组异步风电机组虚拟同步化并网控制系统，其特征在于，所述系统包括定子双绕组异步风电机组以及虚拟同步控制装置，所述定子双绕组异步风电机组与所述虚拟同步控制装置电连接；所述定子双绕组异步风电机组用于为所述虚拟同步控制装置输送功率。2.如权利要求1所述的基于定子双绕组异步风电机组虚拟同步化并网控制系统，其特征在于，所述定子双绕组异步风电机组具体包括定子双绕组感应电机、励磁电容、不控整流桥、滤波电容、轻载、滤波电感、控制侧逆变器、电力二极管、蓄电池、电机侧控制器以及驱动电路；电机功率侧与所述励磁电容、不控整流桥、滤波电容、轻载依次电连接，电机控制侧与所述滤波电感、控制侧逆变器、滤波电容依次电连接，并与电力二极管和蓄电池的串联支路电连接，采集不控整流桥处的电压信号和控制侧逆变器处的电压信号并送入电机侧控制器，采集滤波电感处的电流信号并和所述电机侧控制器的输出信号一起送入驱动电路，所述驱动电路与所述控制侧逆变器电连接。3.如权利要求2所述的基于定子双绕组异步风电机组虚拟同步化并网控制系统，其特征在于，所述虚拟同步控制装置具体包括电网侧逆变器、LCL滤波电路、三相断路器、电网、瞬时功率计算模块、虚拟同步发电机控制器、虚拟阻抗、准比例谐振双环控制器、空间电压矢量调制器、预同步控制器、准同期并列控制器、LCL侧锁相环以及电网侧锁相环；所述电网侧逆变器、LCL滤波电路、三相断路器、电网依次电连接，所述电网侧逆变器与所述不控整流桥电连接，采集LCL侧电压信号送入所述瞬时功率计算模块，所述瞬时功率计算模块、虚拟同步发电机控制器、准比例谐振双环控制器、空间电压矢量调制器依次连接，所述虚拟阻抗、虚拟同步发电机控制器、预同步控制器、准同期并列控制器依次连接，所述空间电压矢量调制器的输出端与所述电网侧逆变器电连接。4.基于定子双绕组异步风电机组虚拟同步化并网控制方法，其特征在于，采用定子双绕组异步风电机组对虚拟同步控制装置输送功率；采用电压外环的电流滞环控制算法控制定子双绕组异步风电机组，所述虚拟同步控制装置采用基于采用虚拟同步化并网控制策略实现并网。5.如权利要求4所述的基于定子双绕组异步风电机组虚拟同步化并网控制方法，其特征在于，采用电压外环的电流滞环控制算法控制定子双绕组感应电机，具体包括：电机侧控制器根据控制绕组侧的电压与控制侧的电压给定值的比较值、功率绕组侧的电压与功率绕组侧的电压给定值的比较值计算得到d、...

【专利技术属性】
技术研发人员：施凯，叶海涵，徐培凤，焦龙，孙宇新，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32