风力发电机组的变流器控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种风力发电机组的变流器控制方法及装置，方法包括：检测电网侧的实测三相电压和实测三相电流、变流器侧的实测直流母线电压，并计算实测有功功率和实测无功功率；对并网点的运行状态进行判断，如果为高电压运行状态，则执行：根据实测三相电压、实测三相电流、实测直流母线电压、直流母线电压给定值以及无功功率控制指令对变流器的逆变器进行控制；根据实测直流母线电压和直流母线电压给定值对直流Chopper电路进行控制；检测储能模块充放电实测电流；根据实测直流母线电压、直流母线电压给定值以及储能模块充放电实测电流对直流储能电路的充放电进行控制。本发明专利技术通过对风力发电机组的变流器的控制实现了风力发电机组的高电压穿越功能。

【技术实现步骤摘要】
风力发电机组的变流器控制方法及装置
本专利技术涉及风力发电技术，尤其涉及一种风力发电机组的变流器控制方法及装置。
技术介绍
随着风电并网规模以及风力发电容量的不断扩大，风力发电机组与电网的相互影响已变得不容忽略，当电网出现扰动和故障的情况时，若风力发电机组不具备一定的电网故障抵御能力，一遇到电网扰动或故障就自动解列则会增加局部电网故障的恢复控制难度，恶化电网安全稳定性，甚至会加剧故障、引起连锁反应并导致系统崩溃。其中，从并网点处的电压高低角度来看，并网点电压在额定电压的90％～110％之内视为并网点处于正常运行状态，高于正常范围视为并网点处于高电压运行状态，低于正常范围视为并网点处于低电压运行状态。在并网点处于高电压运行状态下，风力发电机组仍然能够保持正常并网工作的能力称为高电压穿越能力，相应地，在并网点处于低电压运行状态下，风力发电机组仍然能够保持正常并网工作的能力称为低电压穿越能力。如果风力发电机组不具备低电压穿越能力和高电压穿越能力，将会导致脱网事故，严重影响整个电网的电力传输。目前的风力发电机组具备一定的低电压穿越能力，但是仍缺少高电压穿越的能力，当风力发电机组处于高电压穿越状态时，往往会造成脱网故障。如以2011年在西北电网和华北电网发生的批量脱网事故为例说明，当时，主变压器低压侧电缆头的短路事故直接引起了电网侧低电压故障，不具备低电压穿越能力的一批风力发电机组批量脱网，紧跟着，因为主变压器的低压侧配套的固定投切电容器组等无功功率补偿设备不具备自投切功能，低电压故障结束后没能及时退出运行，造成局部区域无功功率的过剩、电压骤升，使部分风力发电机组因高电压保护动作切除，即不具备一定高电压穿越能力的第二批风力发电机组批量脱网。经当时的调查情况来看，第二批脱网的风力发电机组数量远远超过了第一批脱网的风力发电机组数量。因此，为了维护电网的安全稳定运行，各国电网部门根据自身实际对风电场的电力接入提出了严格的技术要求，先后出台了风电并网准则，概括起来主要涉及有功功率控制、无功功率控制、电压控制、频率控制、低电压穿越等方面。虽然中国目前并没有明确高电压并网准则，但从上述例子可以看出，风力发电机组具备高电压穿越能力是有必要的，可以减少风力发电机组批量脱网规模，避免连锁反应和事故扩大，因此未来电网的发展必将对风力发电机组的高电压穿越提出更为严格的要求。因此，如何实现风力发电机组高电压穿越以及如何实现高电压穿越控制、低电压穿越控制和正常运行控制之间的平稳切换，已经成为风力发电
急需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种风力发电机组的变流器控制方法及装置，以实现对风力发电机组的高电压穿越状态的识别，并通过对风力发电机组的变流器的控制实现在高电压穿越状态下的连续并网运行。为达到上述目的，本专利技术的实施例提供了一种风力发电机组的变流器控制方法，其中，在所述变流器的直流母线上并联有直流储能电路，该方法包括如下步骤：第一检测步骤：检测电网侧的实测三相电压Uabc和实测三相电流Iabc、变流器侧的实测直流母线电压Udc，并根据所述实测三相电压Uabc和实测三相电流Iabc计算电网侧的实测有功功率Pgrid和实测无功功率Qgrid；根据所述实测三相电压Uabc对并网点的运行状态进行判断，如果并网点处于高电压运行状态，则执行如下步骤：逆变器控制步骤：根据实测三相电压Uabc、实测三相电流Iabc、实测直流母线电压Udc、直流母线电压给定值Udcref、实测无功功率Qgrid以及无功功率控制指令Qref对所述变流器的逆变器进行控制；直流Chopper电路控制步骤：根据实测直流母线电压Udc和直流母线电压给定值Udcref对直流Chopper电路进行控制；第二检测步骤：检测储能模块充放电实测电流Is；直流储能电路控制步骤：根据实测直流母线电压Udc、直流母线电压给定值Udcref以及储能模块充放电实测电流Is对直流储能电路的充放电进行控制，其中，所述无功功率控制指令Qref通过下式计算：其中，SN为风力发电机组视在功率。本专利技术的实施例还提供了一种风力发电机组的变流器控制装置，所述变流器包括并联在直流母线上的直流储能电路和直流Chopper电路，所述变流器控制装置包括：第一检测模块，用于检测电网侧的实测三相电压Uabc和实测三相电流Iabc、变流器侧的实测直流母线电压Udc，并根据所述实测三相电压Uabc和实测三相电流Iabc计算电网侧的实测有功功率Pgrid和实测无功功率Qgrid；运行状态判定模块，用于根据所述实测三相电压Uabc对并网点的运行状态进行判断，确定所述并网点处于高电压运行状态、正常运行状态或低电压运行状态，逆变器控制模块，用于根据实测三相电压Uabc、实测三相电流Iabc、实测直流母线电压Udc、直流母线电压给定值Udcref以及无功功率控制指令Qref对所述变流器的逆变器进行控制；直流Chopper电路控制模块，用于在所述并网点处于高电压运行状态或者低电压运行状态下，根据实测直流母线电压Udc和直流母线电压给定值Udcref对直流Chopper电路进行控制；第二检测模块：用于在所述并网点处于高电压运行状态下，检测储能模块充放电实测电流Is；直流储能电路控制模块：用于在所述并网点处于高电压运行状态下，根据实测直流母线电压Udc、直流母线电压给定值Udcref以及储能模块充放电实测电流Is对直流储能电路的充放电进行控制，其中，在所述并网点处于高电压运行状态或者低电压运行状态下，所述无功功率控制指令Qref通过下式计算：其中，SN为风力发电机组视在功率；在所述并网点处于正常运行状态下，所述无功功率控制指令Qref为外部无功功率控制指令。本专利技术实施例提供的风力发电机组的变流器控制方法及装置，通过变流器中增设了直流储能电路，并配合现有变流器中的直流Chopper电路，能够在高电压穿越状态下进行合理的能量转移或消耗，在控制策略上，首先对检测到电网侧的实测三相电压Uabc进行判断，识别出高电压穿越状态，然后对逆变器、直流储能电路以及直流Chopper电路进行综合控制，从而实现了风力发电机组在高电压穿越状态下的正常运转。附图说明图1为本专利技术实施例一的基于直流储能电路的风力发电系统主回路拓扑结构图。图2为本专利技术实施例一的风力发电机组的变流器控制方法流程图。图3为本专利技术实施例二的风力发电机组的变流器控制方法流程图。图4为本专利技术实施例三的风力发电机组变流器控制装置的结构示意图之一。图5为本专利技术实施例三的逆变器控制模块的结构示意图。图6为本专利技术实施例三的变流器控制装置的结构示意图之二。附图标号说明：1-永磁同步发电机；2-整流器；3-直流母线；4-直流Chopper电路；5-逆变器；6-滤波器；7-升压变压器；8-风电场电网；9-直流储能电路；11-第一检测模块；12-运行状态判定模块；13-逆变器控制模块；131-第一计算模块；132-第二计算模块；1321-无功电流给定值生成单元；1322-q轴电压分量生成单元；1323-q轴目标调整电压分量计算单元；133-第三计算模块；1331-有功电流给定值生成单元；1332-d轴电压分量生成单元；1333-d轴目标调整电压分量计算单元；134-第四计算模块；135-第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机组的变流器控制方法，其特征在于，在所述变流器的直流母线上并联有直流储能电路，该方法包括如下步骤：第一检测步骤：检测电网侧的实测三相电压Uabc和实测三相电流Iabc、变流器侧的实测直流母线电压Udc，并根据所述实测三相电压Uabc和实测三相电流Iabc计算电网侧的实测有功功率Pgrid和实测无功功率Qgrid；根据所述实测三相电压Uabc对并网点的运行状态进行判断，如果并网点处于高电压运行状态，则执行如下步骤：逆变器控制步骤：根据实测三相电压Uabc、实测三相电流Iabc、实测直流母线电压Udc、直流母线电压给定值Udcref、实测无功功率Qgrid以及无功功率控制指令Qref对所述变流器的逆变器进行控制；直流Chopper电路控制步骤：根据实测直流母线电压Udc和直流母线电压给定值Udcref对直流Chopper电路进行控制；第二检测步骤：检测储能模块充放电实测电流Is；直流储能电路控制步骤：根据实测直流母线电压Udc、直流母线电压给定值Udcref以及储能模块充放电实测电流Is对直流储能电路的充放电进行控制，其中，所述无功功率控制指令Qref通过下式计算：Qref=SN2-Pgrid2]]>其中，SN为风力发电机组视在功率。...

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组的变流器控制方法，其特征在于，在所述变流器的直流母线上并联有直流储能电路，该方法包括如下步骤：第一检测步骤：检测电网侧的实测三相电压Uabc和实测三相电流Iabc、变流器侧的实测直流母线电压Udc，并根据所述实测三相电压Uabc和实测三相电流Iabc计算电网侧的实测有功功率Pgrid和实测无功功率Qgrid；根据所述实测三相电压Uabc对并网点的运行状态进行判断，如果并网点处于高电压运行状态，则执行如下步骤：逆变器控制步骤：根据实测三相电压Uabc、实测三相电流Iabc、实测直流母线电压Udc、直流母线电压给定值Udcref、实测无功功率Qgrid以及无功功率控制指令Qref对所述变流器的逆变器进行控制；直流Chopper电路控制步骤：根据实测直流母线电压Udc和直流母线电压给定值Udcref对直流Chopper电路进行控制；第二检测步骤：检测储能模块充放电实测电流Is；直流储能电路控制步骤：根据实测直流母线电压Udc、直流母线电压给定值Udcref以及储能模块充放电实测电流Is对直流储能电路的充放电进行控制，其中，所述无功功率控制指令Qref通过下式计算：其中，SN为风力发电机组视在功率；其中，所述逆变器控制步骤包括：第一计算步骤：根据所述实测三相电压Uabc和实测三相电流Iabc，计算两相旋转坐标系下的电网侧的d轴实测电流分量id和电网侧的q轴实测电流分量iq以及电网侧的d轴实测电压分量usd和电网侧的q轴实测电压分量usq；第二计算步骤：根据所述d轴实测电流分量id、所述q轴实测电流分量iq以及所述实测无功功率Qgrid与所述无功功率控制指令Qref之间的偏差生成变流器的q轴目标调整电压分量uq；第三计算步骤：根据所述d轴实测电流分量id、所述q轴实测电流分量iq以及所述实测直流母线电压Udc与所述直流母线电压给定值Udcref之间的偏差生成变流器的d轴目标调整电压分量ud；第四计算步骤：根据所述d轴目标调整电压分量ud和所述q轴目标调整电压分量uq计算逆变器的目标调整三相电压；第一子控制步骤：根据所述目标调整三相电压生成PWM信号，对所述逆变器进行控制。2.根据权利要求1所述的变流器控制方法，其特征在于，如果并网点处于低电压运行状态，则执行所述逆变器控制步骤、所述直流Chopper电路控制步骤，其中，所述无功功率控制指令Qref通过下式计算：3.根据权利要求1所述的变流器控制方法，其特征在于，如果并网点处于正常运行状态，则执行所述逆变器控制步骤，其中，所述无功功率控制指令Qref为外部无功功率控制指令。4.根据权利要求1所述的变流器控制方法，其特征在于，所述第二计算步骤包括：根据所述实测无功功率Qgrid与所述无功功率控制指令Qref之间的偏差生成无功电流给定值Iqref；根据所述无功电流给定值Iqref与所述q轴实测电流分量iq的偏差生成逆变器侧交流感抗的q轴电压分量ulq；通过下式计算所述q轴目标调整电压分量uq：uq＝ulq-NsLsid+usq其中，所述Ls为逆变器交流侧感抗的电感分量，所述Ns为电网电压的电磁转速。5.根据权利要求1所述的变流器控制方法，其特征在于，所述第三计算步骤包括：根据所述实测直流母线电压Udc与所述直流母线电压给定值Udcref之间的偏差生成有功电流给定值Idref；根据所述有功电流给定值Idref与所述d轴实测电流分量id之间的偏差生成逆变器侧交流感抗的d轴电压分量uld；通过下式计算所述d轴目标调整电压分量ud：ud＝uld-NsLsiq+usd其中，所述Ls为逆变器交流侧感抗的电感分量，所述Ns为电网电压的电磁转速。6.根据权利要求1或2所述的变流器控制方法，其特征在于，所述直流Chopper电路控制步骤包括：根据所述实测直流母线电压Udc和所述直流母线电压给定值Udcref之间的偏差，生成PWM信号，对直流Chopper电路进行控制。7.根据权利要求1所述的变流器控制方法，其特征在于，所述直流储能电路控制步骤包括：根据所述实测直流母线电压Udc、所述直流母线电压给定值Udcref生成储能模块充放电电流给定值Isref；根据所述储能模块充放电电流给定值Isref与所述储能模块充放电实测电流Is之间的偏差，生成PWM信号对直流储能电路的充放电进行控制。8.一种风力发电机组的变流器控制装置，其特征在于，所述变流器包括并联在直流母线上的直流储能电路和直流Chopper电路，所述变流器控制装置包括：第一检测模块，用于检测电网侧的实测三相电压Uabc和实测三相电流Iabc、变流器侧的实测直流母线电压Udc，并根据所述实测三相电压Uabc和实测三相电流Iabc计算电网侧的实测有功功率Pgrid和实测无功功率Qgrid；运行状态判定模块，用于根据所述实测三相电压Uabc对并网点的运行状态进行判断，确定所述并网点处于高电...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾斯卡尔，王海龙，乔元，黄远彦，刘汉民，马力，王银明，牛虎，何红光，任巍曦，
申请(专利权)人：新疆金风科技股份有限公司，国家电网公司，国网新源张家口风光储示范电站有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65