转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统及控制方法，双馈风力发电机的转子侧经转子侧变流器RSC接储能装置，双馈风力发电机的定子侧经二极管整流桥接直流电网；控制单元信号输入端接所述电流传感器、电压传感器、光码盘的信号输出端，所述控制单元根据所述PI调节单元获得的转子电压参考值，控制所述转子侧变流器RSC，进而对储能装置充放电进行控制。本发明专利技术能够灵活、有效地对储能装置充放电进行控制。置充放电进行控制。置充放电进行控制。

【技术实现步骤摘要】
转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]发展新能源是解决能源危机，实现我国碳中和目标的重要举措。风能储量丰富，是最具发展潜力的新能源之一，其中双馈风力发电机(DFIG)发电效率高，功率变流器容量小，成本低。
[0003]由于风电具有间歇性、不稳定性等特点，储能常用于风力发电系统中起着平抑风电功率波动，提高电力系统稳定性的重要作用。储能接入风力发电系统通常需要额外的设备如DC－DC变换器等，用于储能的充放电控制，这部分额外设备会使系统成本增加，而且提高了控制难度。转子侧储能是利用双馈风力发电系统中的转子侧变流器RSC连接储能装置，并且通过控制RSC实现对电池充放电的控制，所以在转子侧储能中，储能装置就可以无需其他设备便可直接接入风力发电系统，可以省去这一部分的成本。
[0004]在转子侧储能的双馈风力发电系统中，电池的充放电状态取决于转子侧转差功率的大小和流向。如图1所示，当风力发电系统交流并网时，电池的充放电状态无法进行灵活控制，这是由于定子电压频率只能恒定为工频，同步速也就为定值，转速高于同步速时，才能给电池充电，转速低于同步速，电池放电，无法根据电池自身状态进行灵活充放电，甚至如果风速过低或者过高，电池的放电和充电电流就可能会超过电池所允许的最大充放电电池，影响电池使用寿命。

技术实现思路

[0005]本专利技术的专利技术目的在于提供一种转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统及控制方法，能够灵活、有效地对储能装置充放电进行控制。
[0006]基于同一专利技术目的，本专利技术具有两个独立的技术方案：
[0007]1、一种转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统，包括双馈风力发电机、储能装置，所述双馈风力发电机的转子侧经转子侧变流器RSC接储能装置，所述双馈风力发电机的定子侧经二极管整流桥接直流电网；还包括：
[0008]电流传感器、电压传感器，所述电流传感器、电压传感器分别用于检测所述双馈风力发电机的定子侧电流、转子侧电流和和定子侧电压；
[0009]光码盘，所述光码盘用于检测所述双馈风力发电机转子转速；
[0010]PI调节单元，PI调节单元，所述PI调节单元用于对所述双馈风力发电机的定子磁链和定子侧输出功率进行PI调节，输出所述双馈风力发电机的转子电压参考值；
[0011]控制单元，所述控制单元信号输入端接所述电流传感器、电压传感器、光码盘的信号输出端，所述控制单元根据所述PI调节单元获得的转子电压参考值，控制所述转子侧变流器RSC，进而对储能装置充放电进行控制。
[0012]进一步地，所述控制单元根据当前风力参数、当前储能装置参数，确定储能装置当
前电流参考值；根据当前转子转速和所述储能装置当前电流参考值，获得所述双馈风力发电机的当前定子电压频率参考值；根据当前定子电压频率参考值，经所述PI调节单元PI调节，获得所述双馈风力发电机的转子电压参考值。
[0013]进一步地，所述控制单元根据当前定子电压频率参考值，获得定子磁链参考值和定子侧输出功率参考值；所述控制单元根据所述双馈风力发电机、直流电网的当前电压、电流值，计算获得当前定子磁链值和定子侧输出功率值。
[0014]进一步地，所述PI调节单元依次对所述双馈风力发电机的定子磁链、转子电流d轴分量进行PI调节，获得转子电压d轴分量参考值；依次对所述双馈风力发电机的定子侧输出功率、转子电流q轴分量进行PI调节，获得转子电压q轴分量参考值。
[0015]进一步地，所述控制单元通过PI调节算法实现PI调节。
[0016]进一步地，所述二极管整流桥为不可控二极管整流桥，使得所述双馈风力发电机定子侧单向输出功率，所述双馈风力发电机处于超同步发电运行状态或亚同步发电运行状态。
[0017]2、一种上述转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统的控制方法，包括如下步骤：
[0018]步骤1：通过电流传感器、电压传感器获得所述双馈风力发电机定、转子侧电流和定子侧电压；通过光码盘获得所述双馈风力发电机转子转速；
[0019]步骤2：根据当前风力参数、当前储能装置参数，确定储能装置当前电流参考值；根据当前转子转速和所述储能装置当前电流参考值，获得当前定子电压频率参考值；
[0020]步骤3：根据当前定子电压频率参考值，经PI调节获得所述双馈风力发电机的转子电压参考值；
[0021]步骤4：根据转子电压参考值，控制单元输出PMW信号控制所述转子侧变流器RSC，进而对储能装置充放电进行控制。
[0022]进一步地，步骤2中，当前定子电压频率参考值通过如下公式获得：
[0023][0024]式中，n
r
为转子转速，P
n
为电机极对数，f
s
为定子电压频率参考值，P
cus
为定子铜耗，P
cur
为转子铜耗，I
b
为储能装置电流参考值，U
b
为储能装置电压参考值，k
s
为设定系数。
[0025]进一步地，步骤2中，储能装置当前电荷量处于正常范围内时，确定储能装置当前电流参考值，使得所述双馈风力发电机跟踪最大风能工作在发电运行模式；
[0026]储能装置当前电荷量低于正常范围时，确定储能装置当前电流参考值，使得储能装置充电，且所述双馈风力发电机处于超同步发电运行状态；
[0027]储能装置当前电荷量高于正常范围时，确定储能装置当前电流参考值，使得储能装置放电，且所述双馈风力发电机处于亚同步发电运行状态。
[0028]进一步地，步骤3中，包括如下步骤：
[0029]步骤3.1：所述控制单元根据当前定子电压频率参考值，获得定子磁链参考值和定子侧输出功率参考值；
[0030]定子磁链参考值ψ
s
*通过以下公式获得，
[0031][0032]式中，ψ
s
*为定子磁链参考值，u
d
为所述直流电网电压值，f
s
为定子电压频率参考值；
[0033]定子侧输出功率参考值P
S*
通过如下公式获得：
[0034]P
S*
＝k
s
n
r2
f
s
+P
cus
[0035]式中，k
s
为设定系数，n
r
为转子转速，f
s
为定子电压频率参考值，P
cus
为定子铜耗；
[0036]步骤3.2：所述PI调节单元依次对所述双馈风力发电机的定子磁链、转子电流d轴分量进行PI调节，获得转子电压d轴分量参考值；依次对所述双馈风力发电机的定子侧输出功率、转子电流q轴分量进行PI调节，获得转子电压q轴分量参考值。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统，包括双馈风力发电机、储能装置，所述双馈风力发电机的转子侧经转子侧变流器RSC接储能装置，其特征在于，所述双馈风力发电机的定子侧经二极管整流桥接直流电网，所述系统还包括：电流传感器、电压传感器，所述电流传感器、电压传感器分别用于检测所述双馈风力发电机的定子侧电流、转子侧电流和和定子侧电压；光码盘，所述光码盘用于检测所述双馈风力发电机的转子转速；PI调节单元，所述PI调节单元用于对所述双馈风力发电机的定子磁链和定子侧输出功率进行PI调节，输出所述双馈风力发电机的转子电压参考值；控制单元，所述控制单元信号输入端接所述电流传感器、电压传感器、光码盘的信号输出端，所述控制单元根据所述PI调节单元获得的转子电压参考值，控制所述转子侧变流器RSC，进而对储能装置充放电进行控制。2.根据权利要求1所述的转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统，其特征在于：所述控制单元根据当前风力参数、当前储能装置参数，确定储能装置当前电流参考值；根据当前转子转速和所述储能装置当前电流参考值，获得所述双馈风力发电机的当前定子电压频率参考值；根据当前定子电压频率参考值，经所述PI调节单元PI调节，获得所述双馈风力发电机的转子电压参考值。3.根据权利要求2所述的转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统，其特征在于：所述控制单元根据当前定子电压频率参考值，获得定子磁链参考值和定子侧输出功率参考值；所述控制单元根据所述双馈风力发电机、直流电网的当前电压、电流值，计算获得当前定子磁链值和定子侧输出功率值。4.根据权利要求3所述的转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统，其特征在于：所述PI调节单元依次对所述双馈风力发电机的定子磁链、转子电流d轴分量进行PI调节，获得转子电压d轴分量参考值；依次对所述双馈风力发电机的定子侧输出功率、转子电流q轴分量进行PI调节，获得转子电压q轴分量参考值。5.根据权利要求1所述的转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统，其特征在于：所述控制单元与所述PI调节单元通讯连接。6.根据权利要求1所述的转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统，其特征在于：所述二极管整流桥为不可控二极管整流桥，使得所述双馈风力发电机定子侧单向输出功率，所述双馈风力发电机处于超同步发电运行状态或亚同步发电运行状态。7.一种权利要求1所述转子侧储能的直流并网型双馈风力发电系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：通过电流传感器、电压传感器获得所述双馈风力发电机定、转子侧电流和定子侧电压；通过光码盘获得所述双馈风力发电机转子转速；步骤2：根据当前风力参数、当前储能装置参数，确定储能装置当前电流参考值；根据当前转子转...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔学深，吴浩，刘其辉，赵成勇，申旭辉，汤海雁，李峥，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：