一种电压源型风电机组优化控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电压源型风电机组优化控制方法及系统，考虑载荷和转速约束，包括电压源型变流器、轴系载荷优化控制环、转速优化控制环和变速变桨控制，电压源型变流器输出f给轴系载荷优化控制环，输出ΔT

【技术实现步骤摘要】
一种电压源型风电机组优化控制方法及系统
本专利技术涉及风电机组主控系统控制
，尤其涉及一种电压源型风电机组优化控制方法及系统。
技术介绍
我国风电发展迅猛，装机规模连续9年世界第一，已经成为我国第三大能源。随着我国风电装机容量迅猛增加，风电装机容量占电力总装机容量的比重也越来越高，局部电网的风电装机容量超过总容量的30％以上。目前的风电机组都是电流源型运行特性，且过载能力差，且不主动参与电网调节，导致高比例风电系统安全稳定运行面临严峻挑战。大型风电机组可以改为电压源型运行特性，以虚拟同步机方式运行，解决电网频率/电压稳定问题，以提高高比例风电系统安全稳定运行水平。风电机组改为电压源型运行特性，变流器有功控制环以稳定频率为主要目的，不完全受主控系统有功指令控制，因此，会造成风电机组发电机转速控制异常，并给传动链轴系造成较大载荷冲击。综上所述，风电机组改为电压源型运行特性，如何解决风电机组主控系统和变流器之间有功功率配合问题，以避免出现发电机转速控制异常，减小轴系载荷冲击，确保风电机组安全稳定运行，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中电压源型风电机组主控系统与变流器之间有功功率配合的技术问题，提供一种电压源型风电机组优化控制方法及系统，解决了电压源型风电机组主控系统和变流器之间有功功率配合的问题，避免出现转速超速或欠速故障；减小电压源风电机组在电网频率扰动工况的传动链轴系载荷冲击。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种电压源型风电机组优化控制方法，所述方法包括以下步骤：S1、检测电压源型风电机组，并获取相关数据：相关数据包括第n个控制周期的电网频率f(n)、发电机转速ωg(n)、发电机功率Pg(n)、虚拟同步运行所需发电机转矩ΔTf(n)和变速变桨控制环输出最大能量跟踪模式下的发电机转矩指令Tgmd(n)；S2、根据电压源型风电机组是否处于程序初始化状态，设置转速控制模式切换标志位；S3、根据虚拟同步运行所需发电机转矩与发电机额定转矩的关系，制定转矩控制阙值，并同时制定转速控制阙值；S4、根据所述转速控制模式切换标志位、转矩控制阙值和转速控制阙值，分别制定各种不同情况下的风电机组优化控制策略；S5、根据不同情况下的风电机组优化控制策略，计算得到第n个控制周期的轴系载荷优化控制环输出发电机转矩指令TBd(n)，对第n个控制周期的轴系载荷优化控制环输出发电机转矩指令TBd(n)进行限幅控制，把第n个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指令Tgrd(n)与轴系载荷优化控制环输出发电机转矩指令TBd(n)相加得到发电机转速输出指令Tgd(n)，送给电压源型变流器执行控制指令。本专利技术为了克服克服电压源型风电机组主控系统与变流器之间有功功率配合问题，考虑载荷和转速约束，从而解决风电机组主控系统和变流器之间有功功率配合问题，以避免出现发电机转速控制异常。作为优选，所述步骤S2中转速控制模式切换标志位A在程序初始化时，设置为0。作为优选，所述转矩控制阙值包括第一转矩控制值-0.02Τn、第二转矩控制值0.02Τn和第三转矩控制值0.01Τn，其中Tn表示发电机额定转矩；所述转速控制阙值包括最小转速控制值ωmin，第一转速控制值0.96ωmin。作为优选，所述步骤S4中各种不同情况包括当最初设置转速控制模式切换标志位A＝0时、当最初设置转速控制模式切换标志位A＝1时、当重新设置转速控制模式切换标志位A＝0时、当重新设置转速控制模式切换标志位A＝-1时和当重新设置转速控制模式切换标志位A＝1时。作为优选，当最初转速控制模式切换标志位A＝0时，所述风电机组优化控制策略包括：若A＝0，-0.02Tn≤ΔTf(n)≤0.02Tn时，则第n个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指令Tgrd(n)为：Tgrd(n)＝Tgmd；若A＝0，ΔTf(n)＞0.02Tn，则将A重新设置为1，当重新设置转速控制模式切换标志位A＝1时，记录下转速控制模式切换标志位A由0变为1时刻的发电机功率初值Pg0，第n个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指令Tgrd(n)为：若A＝0，ΔTf(n)＜-0.02Tn，则将A重新设置为-1，当重新设置转速控制模式切换标志位A＝-1时，记录下转速控制模式切换标志位A由0变为-1时刻的发电机功率初值Pg1，第n个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指令Tgrd(n)为：作为优选，当转速控制模式切换标志位A＝1时，所述风电机组优化控制策略包括：若A＝1，ΔTf(n)＞0.01Tn，ωg(n)≥0.96ωmin，则第n个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指令Tgrd(n)为：其中，ωmin为风电机组并网运行的最小稳态转速，Tgrd(n-1)为第n-1个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指令，b为发电机输出转矩变化斜率限制值，T为控制周期；若A＝1，ΔTf(n)＞0.01Tn，ωg(n)＜0.96ωmin，则第n个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指令Tgrd(n)为：其中，c为发电机转矩下降速率；若A＝1，ΔTf(n)≤0.01Tn但不满足|Tgmd(n)-Tgrd(n)|≤ε则第n个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指令Tgrd(n)为：其中，d为发电机转矩恢复速率；若A＝1，ΔTf(n)≤0.01Tn且|Tgmd(n)-Tgrd(n)|≤ε，则此时将A重新设置为0；其中，ε为一个较小转矩偏差值。作为优选，当重新设置转速控制模式切换标志位A＝-1时，所述风电机组优化控制策略包括：若A＝-1，ΔTf(n)＜-0.01Tn，则第n个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指令Tgrd(n)为：若A＝-1，ΔTf(n)≥-0.01Tn但不满足|Tgmd(n)-Tgrd(n)|≤ε，则第n个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指令Tgrd(n)为：若A＝-1，ΔTf(n)≥-0.01Tn且|Tgmd(n)-Tgrd(n)|≤ε，则重新将A设置为0。作为优选，所述步骤S5中输出发电机转矩指令TBd(n)为：其中，B表示轴系虚拟阻尼系数，是带通滤波表达式，该带通滤波表达式中ω2、ω3为带通滤波器频率，ξ2，ξ3为带通滤波器阻尼比；所述对输出发电机转矩指令TBd(n)进行限幅控制如下表达式所示：本专利技术的一种电压源型风电机组优化控制系统，包括电压源型变流器、轴系载荷优化控制环、转速优化控制环和变速变桨控制环，所述电压源型变流器输出f给轴系载荷优化控制环，输出ΔTf、Pg和ωg给转速优化控制环，所述变速变桨控制环输出Tgmd给转速优化控制环，所述转速优化控制环输出Tgrd给加法器，同时输出ωg给轴系载荷优化控制环和变速变桨控制环，所述轴系载荷优化控制环输出TBd给加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压源型风电机组优化控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/nS1、检测电压源型风电机组，并获取相关数据：相关数据包括第n个控制周期的电网频率f(n)、发电机转速ω

【技术特征摘要】
1.一种电压源型风电机组优化控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、检测电压源型风电机组，并获取相关数据：相关数据包括第n个控制周期的电网频率f(n)、发电机转速ωg(n)、发电机功率Pg(n)、虚拟同步运行所需发电机转矩ΔTf(n)和变速变桨控制环输出最大能量跟踪模式下的发电机转矩指令Tgmd(n)；
S2、根据电压源型风电机组是否处于程序初始化状态，设置转速控制模式切换标志位；
S3、根据虚拟同步运行所需发电机转矩与发电机额定转矩的关系，制定转矩控制阙值，并同时制定转速控制阙值；
S4、根据所述转速控制模式切换标志位、转矩控制阙值和转速控制阙值，分别制定各种不同情况下的风电机组优化控制策略；
S5、根据不同情况下的风电机组优化控制策略，计算得到第n个控制周期的轴系载荷优化控制环输出发电机转矩指令TBd(n)，对第n个控制周期的轴系载荷优化控制环输出发电机转矩指令TBd(n)进行限幅控制，把第n个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指令Tgrd(n)与轴系载荷优化控制环输出发电机转矩指令TBd(n)相加得到发电机转速输出指令Tgd(n)，送给电压源型变流器执行控制指令。


2.根据权利要求1所述的一种电压源型风电机组优化控制方法，其特征在于，所述步骤S2中转速控制模式切换标志位A在程序初始化时，设置为0。


3.根据权利要求1所述的一种电压源型风电机组优化控制方法，其特征在于，所述转矩控制阙值包括第一转矩控制值-0.02Τn、第二转矩控制值0.02Τn和第三转矩控制值0.01Τn，其中Tn表示发电机额定转矩；所述转速控制阙值包括最小转速控制值ωmin，第一转速控制值0.96ωmin。


4.根据权利要求1所述的一种电压源型风电机组优化控制方法，其特征在于，所述步骤S4中各种不同情况包括当最初设置转速控制模式切换标志位A＝0时、当最初设置转速控制模式切换标志位A＝1时、当重新设置转速控制模式切换标志位A＝0时、当重新设置转速控制模式切换标志位A＝-1时和当重新设置转速控制模式切换标志位A＝1时。


5.根据权利要求4所述的一种电压源型风电机组优化控制方法，其特征在于，当最初转速控制模式切换标志位A＝0时，所述风电机组优化控制策略包括：
若A＝0，-0.02Tn≤ΔTf(n)≤0.02Tn时，则第n个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指令Tgrd(n)为：Tgrd(n)＝Tgmd；
若A＝0，ΔTf(n)＞0.02Tn，则将A重新设置为1，当重新设置转速控制模式切换标志位A＝1时，记录下转速控制模式切换标志位A由0变为1时刻的发电机功率初值Pg0，第n个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指令Tgrd(n)为：



若A＝0，ΔTf(n)＜-0.02Tn，则将A重新设置为-1，当重新设置转速控制模式切换标志位A＝-1时，记录下转速控制模式切换标志位A由0变为-1时刻的发电机功率初值Pg1，第n个控制周期的转速优化控制输出发电机转矩指...

【专利技术属性】
技术研发人员：应有，杨靖，洪敏，孙勇，许国东，史晓鸣，
申请(专利权)人：浙江运达风电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33