一种双馈风电系统中变流器的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双馈风电系统中变流器的控制方法及装置，所述方法包括：根据电网的频率偏差确定所述双馈风电系统中变流器的控制指令；根据所述控制指令生成所述双馈风电系统中变流器的PWM脉冲信号；利用所述PWM脉冲信号控制所述双馈风电系统中变流器。本发明专利技术提供的技术方案，可以增强双馈风电系统的惯量水平和惯量效应，提升风电并网后的电力系统惯量水平，降低了储能容量及储能成本方面的需求。

A Control Method and Device of Converter in Doubly-fed Wind Power System

The invention relates to a control method and device of a converter in a doubly-fed wind power system. The method includes: determining the control instruction of the converter in the doubly-fed wind power system according to the frequency deviation of the power grid; generating the PWM pulse signal of the converter in the doubly-fed wind power system according to the control instruction; and controlling the converter in the doubly-fed wind power system using the PWM pulse signal. The technical scheme provided by the invention can enhance the inertia level and inertia effect of the doubly fed wind power system, enhance the inertia level of the power system after the wind power is connected to the grid, and reduce the requirements of energy storage capacity and energy storage cost.

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风电系统中变流器的控制方法及装置
本专利技术涉及双馈风电系统惯量控制领域领域，具体涉及一种双馈风电系统中变流器的控制方法及装置。
技术介绍
近年来，风电在电力系统中的占比急剧地升高，引发了一系列关乎电网安全稳定性的重大技术挑战。高风电穿透率导致的电网惯量水平显著降低就是其中之一。与常规的大惯量同步发电机组不同，变速风电机组(variablespeedwindturbine，VSWT)则是通过低惯量的背靠背电力电子变流器接入公用电网的。变流器的主要作用是实现风能的最大捕获及稳定并网。在最大功率跟踪运行的原则下，风机转速与电网频率之间实现了解耦运行。因此，诱发系统频率波动的各种扰动几乎只能依靠电网中占比正逐步减小的常规机组进行抑制。为了改善高风电穿透率电力系统的惯量水平，很多国家的电网导则不得不要求风机系统向电网提供惯量支撑以及一次调频等辅助服务。虚拟同步发电机技术的物理本体通常是将蓄电池组通过并网逆变器接入电网，并网逆变器执行虚拟同步机控制算法，即可对外表现出同步机的外特性。然而，若考虑充放电损耗、安装投资以及较低的放电周期，虚拟同步发电机技术目前尚不经济。目前风电系统中存在相对独立的资源可用于快速的惯量、频率支撑：第一种是风能备用，通过风机桨距角控制实现部分风能备用，且在电网扰动期间进行释放，以实现电网频率稳定。当系统需要惯量支撑时，通过增加桨距角即可释放风机的部分备用能量；通过减小桨距角即可消耗掉过剩的风能。然而，这种运行方式要求风电机组偏离最大功率运行点，以使风电机组留有充足的备用能量，因此，在风机桨距角控制的作用下，致使大量的风能无法得到有效利用，经济效益不佳。此外，由于引入了响应时间较长的机械调节过程，使得控制速度相对降低了，频繁的桨距角调节也增加了风机的机械应力，风机疲劳损伤情况时有发生；第三种方案则是利用双馈风电系统直流母线自带的电容器储能，这也是系统频率支撑的能量来源之一。通过暂时性地升高或者降低双馈风电系统的直流母线电容电压，以获得部分可用的能量来支撑电网频率。然而，直流母线电容中存储的电气能量相对较小，因而无法使风机系统的外特性表现出较大的虚拟惯量时间常数。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种同时利用超级电容储能以及风机转子动能的双馈风电系统的惯量控制方法，增强双馈风电系统的惯量水平和惯量效应，提升风电并网后的电力系统惯量水平。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种双馈风电系统中变流器的控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：根据电网的频率偏差确定所述双馈风电系统中变流器的控制指令；根据所述控制指令生成所述双馈风电系统中变流器的PWM脉冲信号；利用所述PWM脉冲信号控制所述双馈风电系统中变流器；其中，所述双馈风电系统中变流器包括：网侧变流器、机侧变流器和储能变流器。优选的，所述根据电网的频率偏差确定所述双馈风电系统中变流器的控制指令，包括：按下式确定所述网侧变流器的控制指令VDC*：VDC*＝VDC0-KDC·Δf上式中，KDC为直流电压的下垂控制系数，VDC0为直流母线的额定电压，Δf为电网的频率偏差；按下式确定机侧变流器的控制指令PWT*：PWT*＝KWT·Δf+PWT0上式中，KWT为机侧变流器的功率下垂控制系数，PWT0为机侧变流器的稳态功率，Δf为电网的频率偏差；按下式确定储能变流器的控制指令ISC*：ISC*＝KSC·Δf+ISC0上式中，ISC0为储能变流器的稳态工作电流，KSC为储能变流器的电流下垂控制系数；进一步的，按下式确定电网的频率偏差Δf：Δf＝f-f0上式中，f0为电网的额定运行频率，f为电网的实时运行频率。进一步的，所述根据所述控制指令生成所述双馈风电系统中变流器的PWM脉冲信号，包括：利用并网控制策略控制所述双馈风电系统中网侧变流器生成网侧变流器的PWM脉冲信号，其中，所述并网控制策略包括：内环电流控制和外环直流电压控制，所述外环直流电压控制的外环电压指令为所述网侧变流器的控制指令；利用功率控制策略控制所述双馈风电系统中机侧变流器生成机侧变流器的PWM脉冲信号，其中，所述功率控制策略包括：内环电流控制和外环功率控制，所述外环功率控制的外环功率指令为所述机侧变流器的控制指令；利用电流控制策略控制所述双馈风电系统中储能变流器生成储能变流器的PWM脉冲信号，其中，所述电流控制策略包括：所述储能变流器的输出电流为储能变流器的控制指令。具体的，所述并网控制策略对应的控制器包括：依次连接的第一加法器、第一放大器、第二加法器、第三加法器、第一PI控制器、第四加法器和第二PI控制器；依次连接的第五加法器、第三PI控制器、第六加法器和第四PI控制器；所述第二PI控制器和第四PI控制器分别与第一坐标逆变换模块连接；所述第一坐标逆变换模块与第一PWM模块连接；所述第一加法器的输入为f0和-f；第一放大器的输入为第一加法器的输出量，第一放大器的为比例系数为KDC；第二加法器的输入为VDC0和负的第一放大器的输出量；第三加法器的输入为VDC*和-VDC；第一PI控制器的输入为第三加法器的输出量；第四加法器的输入为idg*、-idg和第一PI控制器的输出量；第二PI控制器的输入为第四加法器的输出量；第五加法器的输入为Qg*和-Qg；第三PI控制器的输入为第五加法器的输出量；第六加法器的输入为iqg*、-iqg和第三PI控制器的输出量；第四PI控制器的输入为第六加法器的输出量；第一坐标逆变换模块的输入为Udg、Uqg、第二PI控制器的输出量和第四PI控制器的输出量；第一PWM模块的输入为ua、ub、uc和第一坐标逆变换模块的输出量；其中，f0为电网的额定运行频率，f为电网的实时运行频率，VDC0为直流母线的额定电压，VDC*为网侧变流器的控制指令，VDC为直流母线电压检测值，idg*为网侧变流器d轴的电流指令值，idg为网侧变流器d轴的电流检测值，Udg为网侧变流器的d轴调制信号，Uqg为网侧变流器的q轴调制信号，Qg*为网侧变流器无功功率的指令值，Qg为网侧变流器无功功率的检测值，iqg*为网侧变流器q轴电流指令值，iqg为网侧变流器q轴电流检测值，ua为网侧变流器的a相调制信号，ub为网侧变流器的b相调制信号，uc网侧变流器的c相调制信号。具体的，所述功率控制策略对应的控制器包括：依次连接的第七加法器、第二放大器、第八加法器、第九加法器、第五PI控制器、第十加法器和第六PI控制器；依次连接的第十一加法器、第七PI控制器、第十二加法器和第八PI控制器；所述第六PI控制器和第八PI控制器分别与第二坐标逆变换模块连接；所述第二坐标逆变换模块与第二PWM模块连接；所述第七加法器的输入为f0和-f；第二放大器的输入为第七加法器的输出量，第二放大器的为比例系数为KWT；第八加法器的输入为PWT0和第二放大器的输出量；第九加法器的输入为PWT*和-PWT；第五PI控制器的输入为第九加法器的输出量；第十加法器的输入为idr*、idr和第五PI控制器的输出量；第六PI控制器的输入为第十加法器的输出量；第十一加法器的输入为QWT*和-QWT；第七PI控制器的输入为第十一加法器的输出量；第十二加法器的输入为iqr*、-iqr和第七PI控制器的输出量；第八PI控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双馈风电系统中变流器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据电网的频率偏差确定所述双馈风电系统中变流器的控制指令；根据所述控制指令生成所述双馈风电系统中变流器的PWM脉冲信号；利用所述PWM脉冲信号控制所述双馈风电系统中变流器；其中，所述双馈风电系统中变流器包括：网侧变流器、机侧变流器和储能变流器。

【技术特征摘要】
1.一种双馈风电系统中变流器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据电网的频率偏差确定所述双馈风电系统中变流器的控制指令；根据所述控制指令生成所述双馈风电系统中变流器的PWM脉冲信号；利用所述PWM脉冲信号控制所述双馈风电系统中变流器；其中，所述双馈风电系统中变流器包括：网侧变流器、机侧变流器和储能变流器。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据电网的频率偏差确定所述双馈风电系统中变流器的控制指令，包括：按下式确定所述网侧变流器的控制指令VDC*：VDC*＝VDC0-KDC·Δf上式中，KDC为直流电压的下垂控制系数，VDC0为直流母线的额定电压，Δf为电网的频率偏差；按下式确定机侧变流器的控制指令PWT*：PWT*＝KWT·Δf+PWT0上式中，KWT为机侧变流器的功率下垂控制系数，PWT0为机侧变流器的稳态功率，Δf为电网的频率偏差；按下式确定储能变流器的控制指令ISC*：ISC*＝KSC·Δf+ISC0上式中，ISC0为储能变流器的稳态工作电流，KSC为储能变流器的电流下垂控制系数。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，按下式确定电网的频率偏差Δf：Δf＝f-f0上式中，f0为电网的额定运行频率，f为电网的实时运行频率。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述控制指令生成所述双馈风电系统中变流器的PWM脉冲信号，包括：利用并网控制策略控制所述双馈风电系统中网侧变流器生成网侧变流器的PWM脉冲信号，其中，所述并网控制策略包括：内环电流控制和外环直流电压控制，所述外环直流电压控制的外环电压指令为所述网侧变流器的控制指令；利用功率控制策略控制所述双馈风电系统中机侧变流器生成机侧变流器的PWM脉冲信号，其中，所述功率控制策略包括：内环电流控制和外环功率控制，所述外环功率控制的外环功率指令为所述机侧变流器的控制指令；利用电流控制策略控制所述双馈风电系统中储能变流器生成储能变流器的PWM脉冲信号，其中，所述电流控制策略包括：所述储能变流器的输出电流为储能变流器的控制指令。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述并网控制策略对应的控制器包括：依次连接的第一加法器、第一放大器、第二加法器、第三加法器、第一PI控制器、第四加法器和第二PI控制器；依次连接的第五加法器、第三PI控制器、第六加法器和第四PI控制器；所述第二PI控制器和第四PI控制器分别与第一坐标逆变换模块连接；所述第一坐标逆变换模块与第一PWM模块连接；所述第一加法器的输入为f0和-f；第一放大器的输入为第一加法器的输出量，第一放大器的为比例系数为KDC；第二加法器的输入为VDC0和负的第一放大器的输出量；第三加法器的输入为VDC*和-VDC；第一PI控制器的输入为第三加法器的输出量；第四加法器的输入为idg*、-idg和第一PI控制器的输出量；第二PI控制器的输入为第四加法器的输出量；第五加法器的输入为Qg*和-Qg；第三PI控制器的输入为第五加法器的输出量；第六加法器的输入为iqg*、-iqg和第三PI控制器的输出量；第四PI控制器的输入为第六加法器的输出量；第一坐标逆变换模块的输入为Udg、Uqg、第二PI控制器的输出量和第四PI控制器的输出量；第一PWM模块的输入为ua、ub、uc和第一坐标逆变换模块的输出量；其中，f0为电网的额定运行频率，f为电网的实时运行频率，VDC0为直流母线的额定电压，VDC*为网侧变流器的控制指令，VDC为直流母线电压检测值，idg*为网侧变流器d轴的电流指令值，idg为网侧变流器d轴的电流检测值，Udg为网侧变流器的d轴调制信号，Uqg为网侧变流器的q轴调制信号，Qg*为网侧变流器无功功率的指令值，Qg为网侧变流器无功功率的检测值，iqg*为网侧变流器q轴电流指令值，iqg为网侧变流器q轴电流检测值，ua为网侧变流器的a相调制信号，ub为网侧变流器的b相调制信号，uc网侧变流器的c相调制信号。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述功率控制策略对应的控制器包括：依次连接的第七加法器、第二放大器、第八加法器、第九加法器、第五PI控制器、第十加法器和第六PI控制器；依次连接的第十一加法器、第七PI控制器、第十二加法器和第八PI控制器；所述第六PI控制器和第八PI控制器分别与第二坐标逆变换模块连接；所述第二坐标逆变换模块与第二PWM模块连接；所述第七加法器的输入为f0和-f；第二放大器的输入为第七加法器的输出量，第二放大器的为比例系数为KWT；第八加法器的输入为PWT0和第二放大器的输出量；第九加法器的输入为PWT*和-PWT；第五PI控制器的输入为第九加法器的输出量；第十加法器的输入为idr*、idr和第五PI控制器的输出量；第六PI控制器的输入为第十加法器的输出量；第十一加法器的输入为QWT*和-QWT；第七PI控制器的输入为第十一加法器的输出量；第十二加法器的输入为iqr*、-iqr和第七PI控制器的输出量；第八PI控制器的输入为第十二加法器的输出量；第二坐标逆变换模块的输入为Udr、Uqr、第六PI控制器的输出量和第八PI控制器的输出量；第二PWM模块的输入为va、vb、vc和第二坐标逆变换模块的输出量；其中，f0为电网的额定运行频率，f为电网的实时运行频率，PWT0为机侧变流器的稳态功率，PWT*为机侧变流器的控制指令，PWT为机侧变流器有功功率检测值，idr*为机侧变流器d轴的电流指令值，idr为机侧变流器d轴的电流检测值，QWT*为机侧变流器无功功率指令值，QWT为机侧变流器无功功率检测值，iqr*为机侧变流器q轴的电流指令值，-iqr为机侧变流器q轴的电流检测值，Udr为机侧变流器的d轴调制信号，Uqr为机侧变流器的q轴调制信号，va为机侧变流器的a相调制信号，vb为机侧变流器的b相调制信号，vc为机侧变流器的c相调制信号。7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电流控制策略对应的控制器包括：依次连接的第十三加法器、第三放大器、第十四加法器、第十五加法器、第九PI控制器和第三PWM模块；所述第十三加法器的输入为f0和-f；第三放大器的输入为第七加法器的输出量，第三放大器的为比例系数为KSC；第十四加法器的输入为ISC0和第三放大器的输出量；第十五加法器的输入为ISC*和-iSC；第九PI控制器的输入为第十五加法器的输出量；第三PWM模块的输入为USC和第九PI控制器的输出量；其中，f0为电网的额定运行频率，f为电网的实时运行频率，ISC*为储能变流器的控制指令，ISC0为储能变流器的稳态工作电流，iSC超级电容储能变流器电流检测值，USC超级电容储能变流器的调制信号。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双馈风电系统中与所述储能变流器连接的储能装置为超级电容，所述超级电容的实际电容值CSC按下式确定：上式中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡安平，李官军，杨波，陶以彬，桑丙玉，崔红芬，余豪杰，庄俊，葛维春，张艳军，李振宇，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网辽宁省电力有限公司，国网辽宁省电力有限公司阜新供电公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32