一种含储能的全功率变换风电机组控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种含储能的全功率变换风电机组控制系统及方法，网侧变换器采用无功功率控制与直流电压控制外环、交流侧电压控制中环、输出电流控制内环，在交流侧电压控制环中加入了虚拟电阻控制与限幅环节，使网侧变换器具备了电流限幅功能、且不致使电流内环出现饱和，避免传统限幅控制下电流控制内环出现的饱和现象影响变换器的电压源外特性。针对储能单元释放、吸收能量时功率流向不同，提出随着储能功率流向自主切换的稳定控制策略，提高含储能的风电机组的小信号稳定性。能的风电机组的小信号稳定性。能的风电机组的小信号稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种含储能的全功率变换风电机组控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于电气
，具体涉及风电机组的电气控制
，尤其涉及一种含储能的全功率变换风电机组控制系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]在全功率风电机组的直流侧加入储能装置，如附图1所示，该风电机组包括网侧变换器、机侧变换器以及储能变换器。为了应对高比例风电并网，需要风电机组具备主动支撑电网、参与电网调节、以及稳定运行的能力。目前，基于惯性同步电压源控制策略能够使风电机组对电网呈现出电压源特性，实现对电网的主动支撑功能；在机侧变换器上附加惯量传递控制，能够将风轮惯量传递到电网侧，实现风电机组对电网的惯量响应功能；附加的储能单元能够在电网频率变化时实现参与电网一次调频功能。
[0003]然而，现有含储能的全功率变换风电机组存在如下问题：
[0004]1)网侧变换器的惯性同步电压源控制能够使风电机组对电网呈现出电压源外特性，然而通常无法对变换器输出电流进行限流，使得网侧变换器容易出现过电流的问题，损坏开关管；虽有在网侧变换器控制环路上加入电压、电流控制环的方法对输出电流进行限流，然而这种限流容易造成电流控制环的饱和，无法使网侧变换器呈现电流源的外特性；
[0005]2)随着高比例风电并网，风电机组容易与电网异常交互出现小信号稳定性的问题，造成风电机组出现振荡失稳的现象，危及风电机组的安全稳定运行；此外，储能装置接入风电机组直流侧可参与电网的频率调节，例如电网频率降低时，储能装置释放能量，电网频率上升时，储能装置吸收能量；储能装置功率流向不同，其对风电机组小信号稳定性的影响也不相同；因此，需要针对储能装置释放、吸收能量，分别制定不同的稳定控制策略，用于提高含储能的风电机组的小信号稳定性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决含储能的全功率风电机组采用惯性同步电压源控制策略时的输出电流限流、以及小信号失稳的问题，避免风电机组在输出电流限流情况下电流内环的饱和，在输出电流限流情况下维持风电机组的电压源外特性；另外，针对储能单元释放、吸收能量时功率流向不同，制定不同的稳定控制策略，从储能单元侧提高风电机组的小信号稳定性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]本专利技术的实施例提出了一种含储能的全功率变换风电机组控制系统，其特征在于，包括网侧变换器、机侧变换器及储能单元；
[0009]所述网侧变换器通过LCL型滤波器并入电网，所述网侧变换器包括无功功率控制外环与直流电压控制外环、坐标变换单元、交流电压控制环、输出电流控制内环；所述交流电压控制环包括虚拟阻抗控制器和限幅环节；
[0010]所述机侧变换器采用基于转子磁链定向的矢量控制；
[0011]所述储能单元接入全功率变换风电机组的直流侧，所述储能单元包含电池与储能变换器，所述储能变换器为双向DC/DC变换器；所述储能变换器采用功率控制外环、电流控制内环构成的双环控制结构，所述功率控制外环包括储能侧稳定控制器；所述储能侧稳定控制器含有两条通路，两条通路的输出分别作为选通开关S位置1和位置2的输入。
[0012]本专利技术的实施例还提出了一种含储能的全功率变换风电机组控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下控制过程：
[0013]在直流电压控制外环中，直流侧电压反馈值除以一个系数k
dc
后经过一个积分器输出为相位θ；
[0014]在坐标变换单元中，检测网侧变换器的三相输出电流i
1abc
、三相交流滤波电容的电压u
Cabc
，直流电压控制环输出的相位θ可用于将反馈的三相电压u
Cabc
、电流i
1abc
变换为同步坐标系下的两相电压u
Cd
、u
Cq
以及电流i
1d
、i
1q
；
[0015]在无功功率控制外环中，无功功率参考值Q
gref
与无功功率反馈值Q
g
之差经过一个系数为k
q
的比例控制环节，其输出与电压初始值U
t0
之和作为d轴电压的参考值u
Cdref
，q轴电压的参考值u
Cqref
为0；
[0016]在交流电压控制环中，d轴电压的参考值u
Cdref
、q轴电压的参考值u
Cqref
分别与反馈值u
Cd
、u
Cq
之间作差，然后分别经过虚拟阻抗控制器，其输出分别为i
1dt
、i
1qt
，再经过限幅环节后，作为电流环d、q轴的参考值i
1dref
、i
1qref
；
[0017]在输出电流控制内环中，d轴电流的参考值i
1dref
与d轴电流的反馈值i
1d
之差经过PI调节器后作为d轴调制电压q轴电流的参考值i
1qref
与q轴电流的反馈值i
1q
之差经过PI调节器后作为q轴调制电压d、q轴调制电压经过旋转坐标变换为三相调制电压其中用于旋转坐标变换的相位θ来自直流电压控制的输出，三相调制电压经过正弦脉冲宽度调制后作为网侧变换器的触发脉冲。
[0018]进一步的，所述直流电压控制外环中，设计控制系数k
dc
的值时满足以下条件：
[0019][0020]其中，u
dcref
为直流电压的额定参考值。
[0021]进一步的，所述交流电压控制环中，虚拟阻抗控制器的传递函数G
vz
为：
[0022][0023]其中，L为虚拟电感的参数，R为虚拟电阻的参数；
[0024]虚拟电感L与虚拟电阻R之间满足如下关系：
[0025][0026]在交流电压控制环d通道、q通道中，虚拟阻抗控制器的参数相同。
[0027]进一步的，所述交流电压控制环中，限幅环节的输入、输出满足如下关系：
[0028]当限幅环节的输入电流幅值不超过限幅值i
1m
时，即限幅环节的输出为
[0029][0030]其中i
1dt
为限幅环节的d轴输入电流，i
1qt
为限幅环节的q轴输入电流，i
1m
为电流限幅值，i
1dref
为限幅环节的d轴输出，i
1qref
为限幅环节的q轴输出；
[0031]当限幅环节的输入电流幅值超过限幅值i
1m
时，即限幅环节的输出为
[0032][0033]进一步的，在储能变换器的功率控制外环中，直流电压除以控制系数k1减去1后，其输出经过一个系数为k
d
的放大环节，储能变换器输出功率的设定值与该放大环节输出之差作为机侧变换器输出功率的参考值P
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含储能的全功率变换风电机组控制系统，其特征在于，包括网侧变换器、机侧变换器及储能单元；所述网侧变换器通过LCL型滤波器并入电网，所述网侧变换器包括无功功率控制外环与直流电压控制外环、坐标变换单元、交流电压控制环、输出电流控制内环；所述交流电压控制环包括虚拟阻抗控制器和限幅环节；所述机侧变换器采用基于转子磁链定向的矢量控制；所述储能单元接入全功率变换风电机组的直流侧，所述储能单元包含电池与储能变换器，所述储能变换器为双向DC/DC变换器；所述储能变换器采用功率控制外环、电流控制内环构成的双环控制结构，所述功率控制外环包括储能侧稳定控制器；所述储能侧稳定控制器含有两条通路，两条通路的输出分别作为选通开关S位置1和位置2的输入。2.一种根据权利要求1所述的含储能的全功率变换风电机组控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下控制过程：在直流电压控制外环中，直流侧电压反馈值除以一个系数k
dc
后经过一个积分器输出为相位θ；在坐标变换单元中，检测网侧变换器的三相输出电流i
1abc
、三相交流滤波电容的电压u
Cabc
，直流电压控制环输出的相位θ可用于将反馈的三相电压u
Cabc
、电流i
1abc
变换为同步坐标系下的两相电压u
Cd
、u
Cq
以及电流i
1d
、i
1q
；在无功功率控制外环中，无功功率参考值Q
gref
与无功功率反馈值Q
g
之差经过一个系数为k
q
的比例控制环节，其输出与电压初始值U
t0
之和作为d轴电压的参考值u
Cdref
，q轴电压的参考值u
Cqref
为0；在交流电压控制环中，d轴电压的参考值u
Cdref
、q轴电压的参考值u
Cqref
分别与反馈值u
Cd
、u
Cq
之间作差，然后分别经过虚拟阻抗控制器，其输出分别为i
1dt
、i
1qt
，再经过限幅环节后，作为电流环d、q轴的参考值i
1dref
、i
1qref
；在输出电流控制内环中，d轴电流的参考值i
1dref
与d轴电流的反馈值i
1d
之差经过PI调节器后作为d轴调制电压q轴电流的参考值i
1qref
与q轴电流的反馈值i
1q
之差经过PI调节器后作为q轴调制电压d、q轴调制电压d、q轴调制电压经过旋转坐标变换为三相调制电压其中用于旋转坐标变换的相位θ来自直流电压控制的输出，三相调制电压经过正弦脉冲宽度调制后作为网侧变换器的触发脉冲。3.根据权利要求2所述的一种含储能的全功率变换风电机组控制方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑顺，薛晓岑，张雷，黄杰杰，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：