一种变速恒频风电机组的控制方法及其控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种变速恒频风电机组的控制方法及其控制系统，包括：利用附加频率控制环节得到第一有功功率附加参考值，利用附加直流电压控制环节，得到第二有功功率附加参考值；基于第一有功功率附加参考值和第二有功功率附加参考值，计算变速恒频风电机组的有功功率参考值；将功率测量数据、无功功率参考值和有功功率参考值输入控制回路，对变速恒频风电机进行控制。本发明专利技术在有功功率参考值计算中附加频率控制环节和直流电压控制环节，分别根据频率偏差值信号和直流电压偏差信号计算附加有功功率参考值，通过实时调整风电机组输出的有功功率，减小直流电网电压波动，提升直流电网电压运行稳定性。

A Control Method and Control System of Variable Speed Constant Frequency Wind Turbine

The invention provides a control method and control system of variable speed constant frequency wind turbine, which includes: obtaining the first active power additional reference value by using additional frequency control link, obtaining the second active power additional reference value by using additional DC voltage control link, and calculating variable speed constant frequency wind turbine based on the first active power additional reference value and the second active power additional reference value. The active power reference value of the group is input into the control loop to control the variable speed constant frequency wind turbine. The invention adds frequency control link and DC voltage control link in calculation of active power reference value, calculates additional active power reference value according to frequency deviation signal and DC voltage deviation signal respectively, and reduces voltage fluctuation of DC power grid and improves voltage operation stability of DC power grid by real-time adjusting active power output of wind turbines.

【技术实现步骤摘要】
一种变速恒频风电机组的控制方法及其控制系统
本专利技术涉及风电机组领域，具体涉及一种变速恒频风电机组的控制方法及其控制系统。
技术介绍
随着风电的装机容量和并网渗透率不断增加，其机械惯性被隐藏并且不对交流电网提供频率响应的问题日益严峻，而采用直流联网技术后，由于直流电网内部的惯性远小于交流电网的机械惯性，直流电压易受风电功率波动及交流电网故障扰动的影响进而导致失稳。因此，研究变速风电机组的快速有功功率控制技术时，利用其机械储能及原动机调节能力，对所联接的直流电网提供动态支撑，是进一步提高风电渗透率所面临的关键问题之一。交流系统的有功不平衡体现在频率变化上，而直流系统的有功不平衡则表现为直流电压的波动。当直流系统由于负荷变化或故障造成直流电压波动，如果通过风电机组附加控制环节灵活抑制直流母线的电压波动，则可以有效提升新能源接入直流电网的运行稳定性。变速恒频风电机组有功控制技术和频率控制技术尚未完备，风电机组附加控制与最大功率跟踪控制间的相互影响尚未得到彻底解决。理论上，风电机组转速调节范围较宽，变流器所具备的快速的电磁功率调节能力，可以使风电机组虚拟出远大于自身固有惯量的虚拟惯量。而通过变桨控制也可以实现降低捕获风电功率的同时提供功率储备，从而调节原动机功率，完成有功调节。因此，变速风电机组的有功快速调节能力只在现有的控制策略下，被分别隐藏在了变流器电气控制系统和风力机机械控制系统之中，需要合理的控制措施进一步的开发和利用。但与常规发电机组不同，已与电网解耦的变速风电机组其功率输出取决于风能的捕获量，因而最大功率跟踪控制与附加有功控制环节间的相互影响将成为影响风电有功控制效果的关键因素。此外，由于有功调节将分别针对电磁功率和机械功率进行动态调节，而两者的结合将打破机组初始的功率平衡条件，这样可能导致机组动态调节过程失稳，因而在实现各自控制目标的同时，还需确保机组始终具有稳定运行点。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种变速恒频风电机组的控制方法其控制系统。一种变速恒频风电机组的控制方法，其包括：利用附加频率控制环节得到第一有功功率附加参考值，利用附加直流电压控制环节，得到第二有功功率附加参考值；基于第一有功功率附加参考值和第二有功功率附加参考值，计算变速恒频风电机组的有功功率参考值；将功率测量数据、无功功率参考值和有功功率参考值输入控制回路，对变速恒频风电机进行控制。利用附加频率控制环节得到第一有功功率附加参考值，包括：基于系统频率的测量值和参考值，确定频率偏差；将频率偏差除以频率调差系数，得到第一有功功率附加参考值。频率调差系数的计算公式如下所示：Kfreq＝Δf/ΔP其中，Δf为风电机组调速系统的频率变化量，ΔP为风电机组有功功率的变化量。利用附加直流电压控制环节，得到第二有功功率附加参考值，包括：基于直流电压的测量值和参考值，确定直流电压偏差；将直流电压偏差除以直流电压调差系数，得到第二有功功率附加参考值。直流电压测量值的计算公式如下所示：式中，Udcmeas为直流电压的测量值，PF为风电场并网点的有功功率，PS为传递到直流电网的有功功率。直流电压调差系数计算方法如下所示：KUdc＝ΔUdc/ΔP其中，KUdc为直流电压调差系数，ΔUdc为直流电压的变化量，ΔP为风电机组有功功率的变化量。对变速恒频风电机进行控制，包括：将控制回路输出的转子电流信号参考值，经坐标变换后，输入变速恒频风电机。一种变速恒频风电机组的控制系统，其包括：功率附加参考值模块，用于利用附加频率控制环节得到第一有功功率附加参考值，利用附加直流电压控制环节，得到第二有功功率附加参考值；计算模块，用于基于第一有功功率附加参考值和所述第二有功功率附加参考值，计算变速恒频风电机组的有功功率参考值；控制模块，用于将功率测量数据、无功功率参考值和有功功率参考值输入控制回路，对变速恒频风电机进行控制。功率附加参考值模块，包括：频率偏差确定模块，用于基于系统频率的测量值和参考值，确定频率偏差；第一功功率附加参考值模块，用于将频率偏差除以频率调差系数，得到附加频率控制环节的有功功率附加参考值。第一功功率附加参考值模块中的频率调差系数，包括：Kfreq＝Δf/ΔP其中，Kfreq为频率调差系数，Δf为风电机组调速系统的频率变化量，ΔP为风电机组有功功率的变化量。功率附加参考值模块，包括：直流电压偏差确定模块，用于基于直流电压的测量值和参考值，确定直流电压偏差；第二有功功率附加参考值模块，用于将直流电压偏差除以直流电压调差系数，得到附加直流电压控制环节的有功功率附加参考值。直流电压偏差确定模块中的所述直流电压测量值，包括：式中，Udcmeas为直流电压测量值，PF为风电场并网点的有功功率，PS为传递到直流电网的有功功率，C为直流电网直流电容。第二有功功率附加参考值模块中的直流电压调差系数KUdc，包括：KUdc＝ΔUdc/ΔP其中，ΔUdc为直流电压的变化量，ΔP为风电机组有功功率的变化量。控制模块，包括：变速恒频风电机模块，用于将控制回路输出的转子电流信号参考值，经坐标变换后，输入变速恒频风电机。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：1.本专利技术在有功功率参考值计算中附加频率控制环节和直流电压控制环节，其分别根据频率偏差值信号和直流电压偏差信号计算获取附加有功功率参考值，通过实时调整风电机组输出有功功率值，减小直流电网电压波动，提升直流电网电压运行稳定性；2.本专利技术充分利用变速恒频风电机组自身有功功率快速灵活调节特性，增强了风电机组主动参与直流电网电压稳定的能力，在不影响风电机组安全稳定运行的提前下有效提升了直流电网运行的安全稳定性；3.本专利技术提供的风电机组附加控制策略，无需改造风电机组的硬件结构，仅在现有风电机组软件控制系统中增加两个附加控制环节即可，实现经济成本低。4.本专利技术提供的风电机组附加控制策略具备通用性，可应用于不同类型变频恒速风电机组，包括双馈型风电机组和直驱型风电机组。5.本专利技术提供的风电机组附加控制策略，不仅适用于变速恒频风电机组，还可扩展至光伏发电等系统。6.本专利技术提供的风电机组附加控制策略，通过设置两个有功功率附加控制环节实现对直流电网电压稳定的有效支撑，其实现方法原理清晰，便于不同知识层次的科研开发人员和工程师掌握和使用，具备广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术有功功率参考值的控制策略；图2为本专利技术的双馈型风电机组转子侧控制实现原理；图3(a)为本专利技术实施例用四端交流电网模型；图3(b)为本专利技术实施例用四端直流电网模型；图4(a)为本专利技术仿真的风速曲线；图4(b)为本专利技术仿真的Bus6母线电压曲线；图4(c)为本专利技术仿真的风电场馈线功率曲线；图4(d)为本专利技术仿真的风电场频率曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示的风电机组有功功率参考值计算中附加频率控制环节和风电机组附加直流电压控制环节，其中，附加频率控制环节的输入信号为系统频率测量值fmeas和系统频率参考值fref，通过比较fmeas与fref得到频率偏差efreq，然后将频率偏差除以频率调差系数Kfreq得到有功功率附加参考值信号该附加频率控制环节的频率调差系数Kfreq应根据电网实际情况合理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变速恒频风电机组的控制方法，其特征在于，包括：利用附加频率控制环节得到第一有功功率附加参考值，利用附加直流电压控制环节，得到第二有功功率附加参考值；基于所述第一有功功率附加参考值和所述第二有功功率附加参考值，计算变速恒频风电机组的有功功率参考值；将功率测量数据、无功功率参考值和所述有功功率参考值输入控制回路，对所述变速恒频风电机进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种变速恒频风电机组的控制方法，其特征在于，包括：利用附加频率控制环节得到第一有功功率附加参考值，利用附加直流电压控制环节，得到第二有功功率附加参考值；基于所述第一有功功率附加参考值和所述第二有功功率附加参考值，计算变速恒频风电机组的有功功率参考值；将功率测量数据、无功功率参考值和所述有功功率参考值输入控制回路，对所述变速恒频风电机进行控制。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述利用附加频率控制环节得到第一有功功率附加参考值，包括：基于系统频率的测量值和参考值，确定频率偏差；将所述频率偏差除以频率调差系数，得到所述第一有功功率附加参考值。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述频率调差系数的计算公式如下所示：Kfreq＝Δf/ΔP其中，Δf为风电机组调速系统的频率变化量，ΔP为风电机组有功功率的变化量。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述利用附加直流电压控制环节，得到第二有功功率附加参考值，包括：基于直流电压的测量值和参考值，确定直流电压偏差；将所述直流电压偏差除以直流电压调差系数，得到所述第二有功功率附加参考值。5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述直流电压测量值的计算公式如下所示：式中，Udcmeas为所述直流电压的测量值，PF为风电场并网点的有功功率，PS为传递到直流电网的有功功率。6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述直流电压调差系数计算方法如下所示：KUdc＝ΔUdc/ΔP其中，KUdc为直流电压调差系数，ΔUdc为直流电压的变化量，ΔP为风电机组有功功率的变化量。7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述对所述变速恒频风电机进行控制，包括：将所述控制回路输出的转子电流信号参考值，经坐标变换后，输入所述变速恒频风电机。8.一种变速恒频风电机组的控制系统，其特征在于，包括：功率附加参考值模块，用于利用附加频率控制环节得到第一有功功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱敏慧，赵大伟，姚良忠，刘艳章，朱凌志，丁杰，陈宁，姜达军，居蓉蓉，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网江西省电力公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32