孤岛双馈风电场高压直流并网的虚拟同步控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种孤岛双馈风电场高压直流并网的虚拟同步控制方法及装置，其步骤：为DFIG风电机组背靠背变流器的直流母线配置直流电源，采用定交流电压的矢量控制方法为高压直流系统的黑启动提供起始供电；将VSG应用于DFIG风电机组的并网和正常运行的控制中，VSG通过转子侧变流器实现无功电压下垂控制后，网侧变流器可柔性切换为单位功率因数控制，同时直流电源退出；采用频率调节及校正控制方法，通过整流器实现系统送端母线频率稳定及有功平衡；整个风电场采用分批陆续启动，实现孤岛DFIG型风电场高压直流并网的虚拟同步控制。本发明专利技术能降低功率损耗和建设成本，增加稳定性，可以在新能源的高压直流并网领域中应用。

Virtual synchronization control method and device for high voltage direct current interconnection of isolated island doubly fed wind farms

The invention relates to a virtual synchronous control method and device for the high voltage DC grid connected to the isolated island doubly fed wind electric field. The step is to configure the DC power supply for the DC bus of the back to back converter of the DFIG wind turbine, and use the vector control method of the constant AC voltage to provide the starting power supply for the black start of the HVDC system, and apply the VSG to the DFIG In the control of the grid and normal operation of the wind turbine, after the VSG is controlled by the rotor side converter, the grid side converter can be flexible switching to the unit power factor control, and the DC power is withdrawn; the frequency adjustment and correction control method is adopted to realize the frequency stability of the bus terminal by the rectifier and the rectifier. Active power balance; the whole wind farm is launched in batches to realize the virtual synchronization control of the high voltage DC grid connection of the isolated DFIG type wind farm. The invention can reduce power loss and construction cost, increase stability, and can be applied in the field of high energy direct current interconnection of new energy sources.

【技术实现步骤摘要】
孤岛双馈风电场高压直流并网的虚拟同步控制方法及装置
本专利技术涉及一种新能源的高压直流并网领域，特别是关于一种孤岛双馈风电场高压直流并网的虚拟同步控制方法及装置。
技术介绍
近年来，海上风电场及远离主电网的大型风电场已经兴起。特别注意的是，对于这两种类型的风电场所处地理位置，尚未存在已有的交流电网用于传输其发出的电能，因此可称其为孤岛风电场。将孤岛风电场发出的电能传输至主交流电网是一项关键的技术难题。其一，基于传统矢量控制的风电机组一般可等效为电流源，需要一个外部电压源协助多台风电机组实现稳定运行。其二，双馈型风电机组(DFIG)已经成为风电场中的典型机型之一，其启动过程需要外部能量提供转子励磁。针对上述电能传输问题，高压直流输电(HVDC)被广泛认为是一种有效且经济的解决方案，尤其对于长距离大容量风电场。就基本结构而言，目前存在两种典型的HVDC技术：基于相控换流器的传统高压直流(LCC-HVDC)与基于电压源型变流器的柔性高压直流(VSC-HVDC)。其中，LCC-HVDC相对VSC-HVDC而言具有一些明显的优势，例如相对更大的容量、更小的损耗和更低的建设成本。然而，在传统控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种孤岛双馈风电场高压直流并网的虚拟同步控制方法，其特征在于包括以下步骤：1)为DFIG风电机组背靠背变流器的直流母线配置直流电源，采用定交流电压的矢量控制方法，通过网侧变流器建立机端电压，其中，所述机端电压是用于为高压直流系统的黑启动提供起始供电；2)依据建立的机端电压，将VSG应用于DFIG风电机组的预并网和并网后正常运行的控制中，VSG通过转子侧变流器实现无功电压下垂控制后，网侧变流器柔性切换为单位功率因数控制，直流电源退出；3)直流电源退出后，在风电机组正常并网运行期间，VSG实现无功电压下垂控制时，模拟同步机转子运动方程，其中惯量特性使得风电场有功功率和系统送端母线频率之间存在耦合关...

【技术特征摘要】
1.一种孤岛双馈风电场高压直流并网的虚拟同步控制方法，其特征在于包括以下步骤：1)为DFIG风电机组背靠背变流器的直流母线配置直流电源，采用定交流电压的矢量控制方法，通过网侧变流器建立机端电压，其中，所述机端电压是用于为高压直流系统的黑启动提供起始供电；2)依据建立的机端电压，将VSG应用于DFIG风电机组的预并网和并网后正常运行的控制中，VSG通过转子侧变流器实现无功电压下垂控制后，网侧变流器柔性切换为单位功率因数控制，直流电源退出；3)直流电源退出后，在风电机组正常并网运行期间，VSG实现无功电压下垂控制时，模拟同步机转子运动方程，其中惯量特性使得风电场有功功率和系统送端母线频率之间存在耦合关系，阻尼特性使得稳态频率偏差对风电场输出有功功率产生影响，采用频率调节及校正控制方法，通过整流器实现系统送端母线频率稳定及有功平衡，通过投切滤波器校正送端母线频率接近额定值；4)当配置有直流电源的风电机组启动及并网完成后，启动剩余的未配置直流电源的机组。2.如权利要求1所述虚拟同步控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，单位功率因数控制过程的具体步骤为：2.1)待机端电压恒定后，闭合转子侧断路器；直流电源通过转子侧变流器为DFIG的启动提供转子励磁，基于VSG预同步控制实现DFIG机组的空载启动，使机组定子电压满足并网条件；2.2)定子电压达到并网条件后，闭合定子侧断路器，机组并网，转子侧变流器切换为VSG正常控制，有功功率逐渐上升；2.3)待机端电压趋于稳态后，直流电源应退出，网侧变流器切换为传统的单位功率因数控制，控制无功电流渐变为零，实现单位功率因数控制。3.如权利要求2所述虚拟同步控制方法，其特征在于：所述步骤2.1)中，使机组定子电压满足并网条件的方法为：在机组并网前，定子侧断路器处于断开状态，假设两电压之间存在虚拟阻抗Rv+sLv，则产生的虚拟电流iv为：进而计算虚拟有功及无功；当虚拟功率为零时，并网条件得以满足；其中Rv表示虚拟电子，s表示拉普拉斯算子，Lv表示虚拟电感。4.如权利要求2所述虚拟同步控制方法，其特征在于：所述步骤2.2)中，转子侧变流器VSG正常控制的过程如下：Pref-Ps＝Jdωvsg/dt+Dp(ωvsg-ω0)(Kp+Ki/s)[Dq(Un-Us)-Qs]＝Eθsr＝∫(ωvsg-ωr)dt式中，Pref表示最大功率跟踪参考值，Ps表示定子实际有功功率，J表示虚拟惯量，Dp表示虚拟阻尼系数，ωvsg表示虚拟同步转速，ω0表示额定同步转速，Kp表示无功调节器比例参数，Ki表示无功调节器积分参数，Dq表示无功电压下垂系数；Un表示定子额定电压，Us表示定子实际电压，Qs表示定子实际无功功率，E表示转子励磁电压幅值参考值，θsr表示转子励磁电压相角参考值，ωr表示转子转速，Uref表示最终所得转子励磁电压参考值，Rv1表示虚拟电阻，用于电流限制控制；Irabc表示转子电流。5.如权利要求2所述虚拟同步控制方法，其特征在于：所述步骤2.3)中，网侧变流器切换为传统的单位功率因数控制的切换方法为：在切换前，记录最后一个控制周期结束时刻网侧变流器的无功电流值；网侧变流器切换为传统的单位功率因数控制，设定其无功电流指令值以记录的最后时刻电流值开始斜坡变...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹欣，刘建琴，耿华，何秀强，夏德明，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网经济技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11