一种基于自适应滤波器的风力发电装置稳定器及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于自适应滤波器的风力发电装置稳定器及控制方法，包括：根据扰动时的时间响应速度，将风力发电机的控制模块划分为不同的时间尺度控制模块；将风力发电机的端口三相电压信号通过多频带自适应滤波器，输出与所述不同时间尺度控制模块对应的频段振荡信号的频率与频率微分；将所述不同的频段振荡信号的频率与频率微分转换为对应时间尺度控制模块的控制信号；将所述控制信号注入到对应时间尺度控制模块，抑制频段振荡。本发明专利技术不仅对风力发电系统可能出现的宽频振荡、不同单一尺度振荡形式具有抑制效果，且可在系统频率动态过程中为系统提供惯量。

A Stabilizer and Control Method of Wind Power Generator Based on Adaptive Filter

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应滤波器的风力发电装置稳定器及控制方法
本专利技术属于新能源发电领域，更具体地，涉及一种基于自适应滤波器的风力发电装置稳定器及控制方法。
技术介绍
随着可再生能源大规模接入电力系统，引入的稳定性问题已受到工业界与学术界的普遍关注。国内外频繁出现由电力电子装置参与或引发的振荡现象覆盖了从次同步一直到高频带宽泛的范围，涉及到的电力电子装置覆盖了风电、光伏等不同类型的发电装置，直流、FACTS等输电装置以及电力机车等负荷装置。除了传统的固定频率振荡形式外，受天气、系统运行等因素的影响，风力发电等电力电子装置并入电力系统后发生振荡的特征可能呈现出宽频振荡和振荡频率漂移的特征。目前，以新能源通过电力电子装置接入系统的情况最为明显，实际系统中，风能条件不确定性导致装置控制结构和参数、系统运行方式、潮流多变，可能会导致电力电子装置工作模式切换乃至频繁并/脱网操作，进而使得系统振荡模式、振荡频率、阻尼特性随之改变。目前，大部分方案是针对单一固定频率振荡模式进行独立优化和抑制，而且优化和抑制方案难免会影响到多样化装置其他频段的特性，造成其他频段阻尼削弱甚至诱发相应的振荡问题，因此，难以适应于宽频带振荡以及振荡频率漂移等复杂振荡问题。此外，优化和抑制方案主要集中在单一类型装置内部控制器参数优化，对于多样化电力电子装置，其控制器参数协调优化的复杂程度将大幅增加。综上，装置自身的稳定性是系统稳定的基础，随着电力系统电力发电的规模不断扩大，风力发电并网装置内部各控制环路及并网机制对并网后的系统动态行为将起到至关重要的作用。值得注意的是，随着风力发电并网的规模越来越大，系统出现的振荡问题将更为复杂，且电力电子化电力系统可能出现的宽频振荡及振荡频率漂移等现象将日益显著，以往针对单一固定振荡模式的抑制方案将不再适用，需应采用新的控制方法以抑制系统可能出现的宽频带振荡与振荡频率漂移等问题，维持电力电子化电力系统的正常稳定运行，
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于自适应滤波器的风力发电装置稳定器及控制方法，旨在解决大规模风力发电并网可能发生的系统宽频振荡和振荡频率漂移的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于自适应滤波器的风力发电装置稳定器的控制方法，包括：S1：根据扰动时时间响应速度，将风力发电机的控制模块划分为不同的时间尺度控制模块；S2：将风力发电机的端口三相电压信号通过多频带自适应滤波器，输出与不同的时间尺度控制模块对应的频段振荡信号的频率与频率微分；S3：将不同的频段振荡信号的频率与频率微分信息转换为对应时间尺度控制模块的控制信号；S4：将控制信号注入到对应时间尺度控制模块，抑制频段振荡。优选地，按扰动时的时间响应速度，风力发电机的时间尺度控制模块包括：机械转速控制尺度、直流电压控制尺度和交流电流控制尺度；其中，机械转速控制尺度的时间响应速度为秒级；直流电压控制尺度的时间响应速度为毫秒级；交流电流控制尺度的时间响应速度为微秒级。优选地，频段分为低频频段、次同步频段和超同步频段；其中，机械转速控制尺度对应低频频段，低频频段的带宽小于十赫兹；直流电压控制尺度对应次同步频段，次同步频段的带宽为十赫兹；交流电流控制尺度对应超同步频段，超同步频段的宽带为百赫兹。优选地，机械转速控制尺度的机侧逆变器的控制包括桨距角控制、最大风速跟踪控制、惯量控制和转速控制；机械转速控制尺度的网侧逆变器的控制包括无功功率控制；直流电压控制尺度的机侧逆变器的控制包括直接转矩控制；直流电压控制尺度的网侧逆变器的控制包括直流电压控制、端电压控制、端电压稳态控制；交流电流控制尺度的机侧逆变器的控制包括：电流环控制；交流电流控制尺度的网侧逆变器的控制包括：电流环控制。另一方面，本专利技术提供了一种基于自适应滤波器的风力发电装置稳定器，包括：多频带自适应滤波器和信号转换模块；多频带自适应滤波器的输出端连接信号转换模块；信号转换模块与风力发电机的时间尺度控制模块一一对应；信号转换模块的输出端连接时间尺度控制模块；多频带自适应滤波器用于接收风力发电机的端电压，并输出与时间尺度控制模块对应的频段振荡频率与频率微分信息；信号转换模块用于将不同频段振荡频率与频率微分信息转换为与时间尺度控制模块对应的控制信号；风力发电机的控制模块按照扰动时的时间响应速度，划分成不同的时间尺度控制模块。优选地，风力发电机的时间尺度控制模块包括：机械转速控制尺度、直流电压控制尺度和交流电流控制尺度；其中，机械转速控制尺度的时间响应速度为秒级；直流电压控制尺度的时间响应速度为毫秒级；交流电流控制尺度的时间响应速度为微秒级。优选地，信号转换模块为PID控制器或PI控制器；优选地，信号转换模块包括第一信号转换模块、第二信号转换模块和第三信号转换模块；第一信号转换模块用于将机械转速控制尺度对应的振荡信号的频率转化为端电压控制指令，且将机械转速控制尺度对应的频率微分转化为转矩控制指令；第二信号转换模块用于将直流电压控制尺度对应的振荡信号的频率转换为q轴电流指令，且将直流电压控制尺度对应的频率微分转化为d轴电流指令；第三信号转换模块用于将交流电流控制尺度对应的振荡信号的频率转换为q轴内电势指令，且将交流电流控制尺度对应的频率微分转化为d轴内电势指令。优选地，多频带自适应滤波器包括低频带自适应滤波器、中频带自适应滤波器和高频带自适应滤波器；低频带自适应滤波器的输出端连接第一信号转换模块的输入端；中频带自适应滤波器的输出端连接第二信号转换模块的输入端；高频带自适应滤波器的输出端连接第三信号转换模块的输入端；低频带自适应滤波器用于接收风力发电机的端电压，并输出与机械转速控制尺度对应的振荡信号的频率及频率微分；中频带自适应滤波器用于接收风力发电机的端电压，并输出与直流电压控制尺度对应的振荡信号的频率及频率微分；高频带自适应滤波器用于接收风力发电机的端电压，并输出与交流电流控制尺度对应的振荡信号的频率及频率微分。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：本专利技术利用风力发电系统的灵活控制特性以及控制器响应具有的多时间尺度特性，基于多频带自适应滤波器提取振荡信号频率及频率微分，通过不同的信号转换模块输出与时间尺度控制模块对应的控制信号，对风力发电机不同时间尺度控制模块进行辅助控制，针对现有系统振荡的抑制方法无法应对大规模风力发电机并网可能出现的宽频带振荡及振荡频率漂移问题，本专利技术适用范围广，不仅对风力发电系统可能出现的宽频振荡、不同单一尺度振荡形式具有抑制效果，且可在系统频率动态过程中为系统提供惯量。附图说明图1是本专利技术提供的基风力发电装置的稳定器的控制方法示意图；图2是本专利技术提供的直驱电机的完整控制框图及其时间尺度划分；图3是本专利技术提供的稳定器的直驱风机控制实例分析图；图4是本专利技术提供的多频带自适应滤波器的结构图；图5是本专利技术提供的多频带自适应滤波器的原理图；图6是本专利技术提供的信号转换模块的结构图；图7是本专利技术提供的PID控制结构图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。如图1所示，本专利技术提供了一种基于自适应滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应滤波器的风力发电装置稳定器的控制方法，其特征在于，包括：S1：根据扰动时的时间响应速度，将风力发电机的控制模块划分为不同的时间尺度控制模块；S2：将风力发电机的端口三相电压信号通过多频带自适应滤波器，输出与所述不同时间尺度控制模块对应的频段振荡信号的频率与频率微分；S3：将所述不同的频段振荡信号的频率与频率微分转换为对应时间尺度控制模块的控制信号；S4：将所述控制信号注入到对应时间尺度控制模块，抑制频段振荡。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应滤波器的风力发电装置稳定器的控制方法，其特征在于，包括：S1：根据扰动时的时间响应速度，将风力发电机的控制模块划分为不同的时间尺度控制模块；S2：将风力发电机的端口三相电压信号通过多频带自适应滤波器，输出与所述不同时间尺度控制模块对应的频段振荡信号的频率与频率微分；S3：将所述不同的频段振荡信号的频率与频率微分转换为对应时间尺度控制模块的控制信号；S4：将所述控制信号注入到对应时间尺度控制模块，抑制频段振荡。2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，按照扰动时的时间响应速度，将所述风力发电机的控制模块划分为：机械转速控制尺度、直流电压控制尺度和交流电流控制尺度；其中，机械转速控制尺度的时间响应速度为秒级；直流电压控制尺度的时间响应速度为毫秒级；交流电流控制尺度的时间响应速度为微秒级。3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述频段分为低频频段、次同步频段和超同步频段；其中，机械转速控制尺度对应低频频段，低频频段的带宽小于十赫兹；直流电压控制尺度对应次同步频段，次同步频段的带宽为十赫兹；交流电流控制尺度对应超同步频段，超同步频段的宽带为百赫兹。4.如权利要求2或3所述的控制方法，其特征在于，所述机械转速控制尺度的的机侧逆变器的控制包括桨距角控制、最大风速跟踪控制、惯量控制和转速控制；机械转速控制尺度的网侧逆变器的控制包括无功功率控制；所述直流电压控制尺度的机侧逆变器的控制包括直接转矩控制；直流电压控制尺度的网测逆变器的控制包括直流电压控制、端电压控制、端电压稳态控制；所述交流电流控制尺度的机侧逆变器的控制包括：电流环控制；交流电流控制尺度的网侧逆变器的控制包括：电流环控制。5.一种基于自适应滤波器的风力发电装置稳定器，其特征在于，包括：多频带自适应滤波器和信号转换模块；所述多频带自适应滤波器的输出端连接信号转换模块；所述信号转换模块与风力发电机的时间尺度控制模块一一对应；信号转换模块的输出端连接时间尺度控制模块；所述多频带自适应滤波器用于接收风力发电机的端电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁小明，李胜，孙荣鑫，何维，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42