弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法及系统，包括：实时采集双馈风机的端口电压信号，经过上层电压控制器获得维持并网点电压恒定所需的无功功率参考信号，继而经过无功功率分配器获得定子侧、转子侧的无功功率参考信号；转子侧、网侧无功控制器根据无功指令产生转子侧、网侧电流控制器的电流参考信号，电流参考信号经过转子侧、网侧电流限幅环节获得实际输入到电流控制器的参考信号；电流控制器根据电流参考信号输出转子变换器和网侧变换器所需的电压调制信号，控制变换器向电网输出有功功率和无功功率，实现了对变换器容量的充分利用，有效提升了弱电网下风机功率传输容量极限且兼顾变换器达到饱和后功率传输的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法及系统
本专利技术属于双馈风机
，更具体地，涉及一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法及系统。
技术介绍
为实现节能减排的目标，世界各国均对本国的供电结构进行优化，传统的火力发电正逐步被新能源发电所取代。风力发电作为最具发展潜力的能源，占据了新能源发电的大量份额。然而，我国的风能资源大量聚集在西北部等偏远地区，而负荷中心却处于东南沿海，因此，远距离输电成为解决我国解决当前用电不平衡的重要手段。但是，远距离输电不可避免的引入大量线路阻抗，导致公共耦合点的电压动态恶化，电网强度逐渐降低。短路比是衡量电网强度的一个重要指标，这个指标通过设备短路容量和额定容量的比值确定。当短路比小于3时，电网可以认定为弱电网，短路比小于2时，电网可视为极弱电网。有别于强电网，弱电网下公共耦合点的电压随着输入电流的变化而发生改变，而电压和电流的这种交互作用又会带来装备的功率传输能力受限。也就是说，新能源发电装备计划向电网传输额定的功率，但是实际可传输功率却小于甚至远小于额定功率，这会造成能源的极大浪费。针对双馈风电机组，目前提升功率传输极限的方式主要可以分为两大类：一类是通过增加额外的硬件或是提高风机内部的变换器容量；另一类是通过优化自身的控制策略。针对前者，其主要通过增加同步调相机，加装额外的储能装置或是扩充双馈风机的变换器容量来发出更多的无功功率以维持公共耦合点电压继而确保有功功率的正常输送，但是这种方式不可避免的增加了成本，且设备安装位置需要仔细考究；针对后者，目前主流的控制方式主要是改进转子侧的控制策略，通过修改动态功率因数参考值或将转子侧的外环设置为电压环去改善功率传输能力，也有少数控制策略通过转子侧和网侧变换器的配合或使用下垂控制去提升功率传输能力；但是，这些控制策略忽略了网侧变换器的调节能力或是未能充分利用转子侧、网侧变换器的容量，因而使得双馈风机的功率传输能力仍然存在较大的上升空间。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法及系统，旨在提高弱电网下双馈风机的功率传输容量的技术问题。本专利技术一方面提供了一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法，包括：S1.实时采集双馈风机并网点的电压幅值信号和网侧实时无功功率信号，经过上层电压控制器获得维持并网点电压恒定所需的无功功率参考信号，继而经过无功功率分配器获得定子侧和网侧的无功功率参考信号；S2.基于定子侧和网侧无功功率参考信号，无功功率控制器分别产生转子侧和网侧电流参考信号，继而经过转子侧和网侧的电流限幅环节获得输入转子侧、网侧电流控制器的实际电流参考信号；S3.基于限幅环节后的转子侧、网侧的实际电流参考信号，转子侧、网侧电流控制器输出转子侧变换器、网侧变换器所需的调制信号，控制变换器输出有功、无功功率，维持并网点电压恒定并有效提升双馈风机的功率传输极限。本专利技术在双馈风机的基本控制结构上进行改进，在上层控制中引入电压控制器、无功功率分配器，在底层控制中引入转子侧电流、网侧电流限幅环节，使得双馈风机能够最大限度的利用自身变换器容量提升功率传输极限，具体地，包括：首先获取维持电压恒定所需的总的无功功率参考信号和网侧实时无功功率，输入功率分配器，得到定子侧无功功率和网侧无功功率参考信号；其次将定子侧、网侧无功功率参考信号输入各自的无功控制器并结合转速控制、电压控制，得到转子侧、网侧dq电流参考信号，将电流参考信号输入转子侧、网侧电流限幅环节，得到实际的电流参考信号；最后基于实际的转子侧、网侧的电流参考信号，电流控制器输出调制信号控制双馈风机输出有功功率、无功功率。因此，本专利技术不仅可以在无需投入任何硬件装置的前提下维持并网点电压恒定，还可实现对转子侧、网侧变换器容量的充分利用，简单可行，具有通用性，适用于强弱网下双馈风机的控制，保证了双馈风机的稳定运行，有效提高了弱电网下双馈风机的功率传输能力。进一步地，功率分配器的输入信号可根据实际情况改变。具体为输入信号除由电压控制器输出的总的无功功率参考信号和网侧实时无功功率2个必要信号外，可加入网侧dq电流信号或者网侧电流幅值信号。功率分配器也可以根据实际改变。具体为：加入网侧电流幅值信号后，可根据网侧电流幅值信号判断网侧电流是否超过限幅值，如否，则网侧无功功率参考信号等于总的无功功率参考信号定子无功功率参考信号如是，则网侧无功功率参考信号等于实时网侧无功功率Qg，定子无功功率参考信号转子侧、网侧电流限幅值亦可根据实际需要而取值。本专利技术设置转子侧、网侧电流限幅值，避免输出电流超过转子侧、网侧变换器的电流承受能力，造成开关器件损坏。按照本专利技术的另一方面，提供了一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制系统，包括：无功功率参考信号获取模块，用于时采集双馈风机并网点的电压幅值信号和网侧实时无功功率信号，经过上层电压控制器获得维持并网点电压恒定所需的无功功率参考信号，继而经过无功功率分配器获得定子侧和网侧的无功功率参考信号；实际电流参考信号获取模块，用于基于定子侧和网侧的无功功率参考信号，无功功率控制器分别产生转子侧和网侧的电流参考信号，继而经过转子侧和网侧的电流限幅环节获得输入转子侧、网侧电流控制器的实际电流参考信号；调制信号获取模块，用于基于限幅环节后的转子侧、网侧的实际电流参考信号，转子侧、网侧电流控制器输出转子侧变换器、网侧变换器所需的调制信号，控制变换器输出有功、无功功率，维持并网点电压恒定并有效提升双馈风机的功率传输极限。按照本专利技术的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序被处理器运行时控制存储介质所在设备执行上述弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：(1)本专利技术提供的控制方法仅从控制策略层面做出改进，即优先利用网侧变换器发出无功功率，在网侧变换器容量饱和后再使用转子侧变换器发出无功功率，由于网侧分担了部分无功功率，转子侧变换器具有更大的容量发出有功功率，因此，本专利技术在无需添加任何额外的硬件的情况下，即可有效提升弱电网下双馈风机的有功功率容量，简单易行；(2)本专利技术提供的控制方法在极弱电网下可一直发出有功功率直至转子侧和网侧变换器均达到饱和，因此，本专利技术实现了对转子侧和网侧变换器的充分利用；(3)本专利技术提供的控制方法在原控制结构的基础上做出改进，在强电网下双馈风机端口电压基本维持不变，因而双馈风机基本无需发出无功功率，此时本专利技术系统控制逻辑将自动转变为原系统控制逻辑，因此，本专利技术在强电网下亦可适用，具有较强的通用性、可移植性；(4)本专利技术提供的控制方法在上层控制中采用了电压控制器，因此，本专利技术可始终维持并网点电压恒定；(5)本专利技术提供的控制方法中转子侧和网侧电流限幅值可根据实际需求灵活设置，因此，本专利技术可有效避免因过流导致的转子侧和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法，其特征在于，包括：/nS1.实时采集双馈风机并网点的电压幅值信号和网侧实时无功功率信号，经过上层电压控制器获得维持并网点电压恒定所需的无功功率参考信号，继而经过无功功率分配器获得定子侧和网侧的无功功率参考信号；/nS2.基于定子侧和网侧的无功功率参考信号，无功功率控制器分别产生转子侧和网侧的电流参考信号，继而经过转子侧和网侧的电流限幅环节获得输入转子侧、网侧电流控制器的实际电流参考信号；/nS3.基于限幅环节后的转子侧、网侧的实际电流参考信号，转子侧、网侧电流控制器输出转子侧变换器、网侧变换器所需的调制信号，控制变换器输出有功、无功功率，维持并网点电压恒定并有效提升双馈风机的功率传输极限。/n

【技术特征摘要】
1.一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法，其特征在于，包括：
S1.实时采集双馈风机并网点的电压幅值信号和网侧实时无功功率信号，经过上层电压控制器获得维持并网点电压恒定所需的无功功率参考信号，继而经过无功功率分配器获得定子侧和网侧的无功功率参考信号；
S2.基于定子侧和网侧的无功功率参考信号，无功功率控制器分别产生转子侧和网侧的电流参考信号，继而经过转子侧和网侧的电流限幅环节获得输入转子侧、网侧电流控制器的实际电流参考信号；
S3.基于限幅环节后的转子侧、网侧的实际电流参考信号，转子侧、网侧电流控制器输出转子侧变换器、网侧变换器所需的调制信号，控制变换器输出有功、无功功率，维持并网点电压恒定并有效提升双馈风机的功率传输极限。


2.根据权利要求1所述的一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
采集双馈风机并网点电压幅值信号，经过上层电压控制器获得总的无功功率参考信号
采集网侧实时无功功率信号Qg；
将总的无功功率参考信号和实时网侧无功功率Qg输入无功功率分配器获得定子侧和网侧的无功功率参考信号。


3.根据权利要求2所述的一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法，其特征在于，
定子侧的无功功率参考信号为：
网侧的无功功率参考信号为：
其中为总的无功功率参考信号，Qg为实时网侧无功功率。


4.根据权利要求1所述的一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法，其特征在于，所述转子侧限幅环节，具体为：
基于实时采集的定子侧和网侧的有功功率得到的总的有功功率信号Pt，得到风机的转速参考信号经过转速控制器得到转子d轴电流参考信号
基于定子侧无功参考信号经过无功控制器得到转子q轴电流参考信号
将转子dq轴电流参考信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭祥，朱东海，邹旭东，李渝，
申请(专利权)人：华中科技大学，国网新疆电力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42