一种用于抑制风力发电系统直流电压振荡的稳定器技术方案

本发明专利技术公开了一种用于抑制风力发电系统直流电压振荡的稳定器，该稳定器包括直流电压稳定器和网侧控制器，其中直流电压稳定器用于采集风机直流电压、电网频率和风机输出有功功率在次同步频率段的振荡信号，通过计算和处理后形成端电压的补偿信号，同时将端电压的补偿信号输送至网侧控制器；网侧控制器用于实时采集风机直流电压信号、风机三相输出电流信号以及三相端电压信号，并结合所接收到的端电压补偿信号，相应调节网侧电压源型变换器的驱动信号。本发明专利技术还公开了相应的抑制风机直流电压振荡的控制方法。通过本发明专利技术，能够有效的抑制风机接入弱交流电网时风力发电系统直流电压产生的振荡，增强风机直流电压的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于抑制风力发电系统直流电压振荡的稳定器
本专利技术涉及风力发电领域，更具体地，涉及一种抑制风力发电系统直流电压振荡的稳定器。
技术介绍
永磁直驱风力发电系统主要包括风力涡轮机，永磁同步发电机，机侧电压源型变换器，直流侧电容和网侧电压源型变换器。其中，永磁直驱风力发电系统直流电压的稳定是通过控制网侧电压源型变换器来实现的，此方法得到的广泛的应用。在该方法中，将直流电压参考值和直流电压检测值做差，经过直流电压控制器后生成网侧电压源型变换器d轴电流参考值。将d轴电流参考值和d轴电流检测值做差，经过d轴电流控制器后生成d轴输出电压。网侧电压源型变换器根据d轴输出电压输出相应的有功功率。当直流电压发生变化的时候，直流电压参考值和直流电压检测值的误差也会发生变化，d轴输出电压也会根据这个误差发生变化，网侧电压源型变换器根据d轴输出电压来调节有功功率输出，从而稳定直流电压。在美国专利US2011/0140438A1中公布了一种直驱型风力发电机的直流电压稳定方法。利用电网侧的并网变换器对直流电压的稳定进行调节，利用风力发电机侧的PWM整流器对风力发电机的电磁转矩进行调节。在美国专利US7,692,321B2中也公布了一种利用风力发电机侧的PWM整流器对直流电压的稳定性进行调节的方法。与前述方法不同之处在于此方法利用了风力发电机的转速信息，使得电网侧并网变换器对风力发电机的转速进行调控。上述通过网侧电压源型变换器控制直流电压的方法在风机接入弱交流电网时有局限性，控制效果变差。在弱交流电网工况下，风机的有功功率输出的变化会影响并网点电压的变化，并网点电压的变化反过来会影响控制系统，从而影响风机有功功率输出，导致风机有功功率的输出会有一个延迟，不足以稳定直流电压。因此，在相关领域中需要寻求更加完善的控制方法，以解决这个实际问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种用于抑制风力发电系统直流电压振荡的稳定器。在现有的控制方案基础上，它能有效的抑制风机接入弱交流电网时电压源型并网变换器直流电压产生的振荡。为了实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于抑制风力发电系统直流电压振荡控制方法及系统。该方案如下：系统主要包括风力涡轮机，永磁同步发电机，机侧电压源型变换器，直流侧电容和网侧电压源型变换器。直流电压振荡的稳定器包括直流电压稳定器和网侧控制器。所述直流电压稳定器用于检测风机直流电压、电网频率和风机输出有功功率在次同步频率的振荡信号，通过信号处理后形成端电压的补偿信号，同时将端电压的补偿信号输送至网侧控制器；所述网侧控制器用于实时采集风机直流电压信号、风机三相输出电流信号以及三相端电压信号，并结合所接收到的端电压补偿信号，相应调节网侧电压源型变换器的驱动信号。作为进一步优选地，所述直流电压稳定器包括比例调节器、带通滤波器和相位调节器，其中：比例调节器用于实时采集风机直流电压信号、风机三相输出电流信号以及三相端电压信号，并基于采集值通过计算和选择得出调理信号，然后将其输出至带通滤波器；带通滤波器用于接收调理信号，并检测出其中的次同步频率段的振荡信号，并将次同步频率段的振荡信号输出至相位调节器；相位调节器用于接收次同步频率段的振荡信号，并将其相位进行调节和处理得到风机端电压补偿信号。作为进一步优选地，所述比例调节器包括第一比例器、第二比例器、第三比例器和信号选择器，其中第一比例器采集风机直流电压信号，并输出直流电压调理信号；第二比例器采集电网频率信号，并输出电网频率调理信号；第三比例器采集风机有功功率输出信号，并输出风机有功功率输出调理信号；信号选择器采集直流电压调理信号、电网频率调理信号和风机有功功率输出调理信号，通过计算选择其中一路信号并输出。作为进一步优选地，所述次同步频率段是频率在2Hz至50Hz之间的电气信号。作为进一步优选地，所述相位调节是超前的相位调节，以补偿弱交流电网引起的滞后相位带来的影响。作为进一步优选地，所述网侧控制器包括直流电压控制器、端电压计算器、端电压控制器、网侧电流控制器、锁相环和网侧驱动信号生成器。其中直流电压控制器接收风机直流电压信号和直流电压参考信号，通过计算和处理输出d轴电流参考信号，并将d轴电流参考信号输出至网侧电流控制器；端电压计算器采集风机三相端电压信号，通过计算得到风机端电压幅值信号，并将端电压幅值信号输出至端电压控制器；端电压控制器接收端电压补偿信号、端电压幅值信号和端电压幅值参考信号，通过计算和处理得到q轴电流参考信号，并将q轴电流参考信号输出至网侧电流控制器；锁相环接收风机三相端电压信号，通过锁相控制得到端电压相位信号并输送至网侧电流控制器；网侧电流控制器接收d轴电流参考信号、q轴电流参考信号、风机输出三相电流信号和端电压相位信号，通过计算和处理得到调制信号，并将调制信号输送至网侧驱动信号生成器；网侧驱动信号生成器根据所接收的调制信号得到驱动信号，并将驱动信号输送至网侧电压源型变换器。作为进一步优选地，所述端电压控制器包括加法器、减法器、比例积分器和限幅器。其中加法器接收端电压补偿信号和端电压幅值参考信号，将两者作加法运算得到端电压修正参考信号，并将计算结果输送至减法器；减法器接收端电压修正参考信号和端电压幅值信号，将两者作减法运算得到端电压误差值，并将计算结果输送至比例积分器；比例积分器接收端电压误差值，通过计算和处理得到初始q轴电流参考信号，并送至限幅器限幅，最后得到q轴电流参考信号。按照本专利技术，风机接入弱交流电网的工况下具有良好的稳定性。直流电压稳定器可以有效地抑制风力发电系统直流电压在次同步频率段的振荡，有利于保护直流电容和延长直流电容的使用寿命，有利于提高风机并网运行的稳定性。附图说明图1是全功率风机主电路原理示意图；图2是直流电压稳定器原理示意图；图3是比例调节器原理示意图；图4是网侧控制器原理示意图；图5是端电压控制器原理示意图。其中，直流电压稳定器5，网侧控制器7，比例调节器51，调理信号52，带通滤波器53，振荡信号54，相位调节器55，端电压补偿信号56，第一比例器511，第二比例器512，第三比例器513，直流电压调理信号514，电网频率调理信号515，风机有功功率输出调理信号516，信号选择器517，驱动信号70，直流电压控制器71，端电压控制器72，端电压计算器73，端电压幅值信号74，d轴电流参考信号75，q轴电流参考信号76，网侧电流控制器77，调制信号771，锁相环78，端电压相位信号781，网侧驱动信号生成器79，加法器721，端电压修正参考信号722，减法器723，端电压误差值724，比例积分器725，初始q轴电流参考信号726，限幅器727，风力涡轮机21，永磁同步发电机22，机侧电压源型变换器31，直流侧电容器32，网侧电压源型变换器33，滤波器34，线路等效电抗35，电网36。具体实施方式本专利技术是用于抑制永磁直驱风力发电系统直流电压振荡的控制方法及系统，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1是按照本专利技术的直流电压稳定器的整体原理示意图。如图1中所示，按照本专利技术的直流电压稳定器的应用对象譬如为永磁直驱风力发电系统，如同本领域所熟知地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于抑制风力发电系统直流电压振荡的稳定器，所述风力发电系统包括风力涡轮机，永磁同步发电机，机侧电压源型变换器，直流侧电容和网侧电压源型变换器；直流电压振荡的稳定器包括直流电压稳定器和网侧控制器；所述直流电压稳定器用于检测风机直流电压、电网频率和风机输出有功功率在次同步频率范围内的振荡信号，通过信号处理后形成端电压的补偿信号，同时将端电压的补偿信号输送至网侧控制器；所述网侧控制器用于实时采集风机直流电压信号、风机三相输出电流信号以及三相端电压信号，并结合所接收到的端电压补偿信号，相应调节网侧电压源型变换器的驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种用于抑制风力发电系统直流电压振荡的稳定器，所述风力发电系统包括风力涡轮机，永磁同步发电机，机侧电压源型变换器，直流侧电容和网侧电压源型变换器；直流电压振荡的稳定器包括直流电压稳定器和网侧控制器；所述直流电压稳定器用于检测风机直流电压、电网频率和风机输出有功功率在次同步频率范围内的振荡信号，通过信号处理后形成端电压的补偿信号，同时将端电压的补偿信号输送至网侧控制器；所述网侧控制器用于实时采集风机直流电压信号、风机三相输出电流信号以及三相端电压信号，并结合所接收到的端电压补偿信号，相应调节网侧电压源型变换器的驱动信号。2.如权利要求1所述的用于抑制风力发电系统直流电压振荡的稳定器，其特征在于：所述直流电压稳定器包括比例调节器、带通滤波器和相位调节器，其中：比例调节器用于实时采集风机直流电压信号、风机三相输出电流信号以及三相端电压信号，并基于采集值通过计算和选择得出调理信号，然后将其输出至带通滤波器；带通滤波器用于接收调理信号，并检测出其中的次同步频率段的振荡信号，并将次同步频率段的振荡信号输出至相位调节器；相位调节器用于接收次同步频率段的振荡信号，并将其相位进行调节和处理得到风机端电压补偿信号。3.如权利要求2所述的用于抑制风力发电系统直流电压振荡的稳定器，其特征在于：所述比例调节器包括第一比例器、第二比例器、第三比例器和信号选择器，其中第一比例器采集风机直流电压信号，并输出直流电压调理信号；第二比例器采集电网频率信号，并输出电网频率调理信号；第三比例器采集风机有功功率输出信号，并输出风机有功功率输出调理信号；信号选择器采集直流电压调理信号、电网频率调理信号和风机有功功率输出调理信号，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄云辉，胡家兵，徐瑶台，宋泽凡，迟永宁，汤海雁，李琰，田新首，
申请(专利权)人：武汉理工大学，中国电力科学研究院有限公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42