构网型双馈风机的控制方法、装置及计算机可读存储介质制造方法及图纸

一种构网型双馈风机的控制方法、装置及计算机可读存储介质，涉及新能源并网控制领域，该方法包括：基于电网频率、参考频率及有功功率指令值，得到虚拟机械功率；基于虚拟机械功率，得到风机输出内电势虚拟相位角；基于风机输出端电压和端电流、前馈控制量，得到风机输出内电势幅值；基于风机输出端电压、内电势幅值及内电势虚拟相位角，得到定子输出参考电流；基于定子输出参考电流、定子及转子侧实测电流，得到励磁电压参考波；将励磁电压参考波进行派克反变换，得到变流器的PWM调制信号。通过本发明专利技术实施例提供的方法及装置，解决了现有双馈风机无法提供电压、频率与惯量的自主性支撑问题，使其可提供瞬时惯量响应及具有调压调频能力。频能力。频能力。

【技术实现步骤摘要】
构网型双馈风机的控制方法、装置及计算机可读存储介质


[0001]本专利技术涉及新能源并网控制领域，具体而言，涉及一种构网型双馈风机的控制方法、装置及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]“碳达峰，碳中和”目标的提出使得新能源发电领域迎来了新发展。2021年，全国风电新增并网装机4757万千瓦；全国风电发电量6526亿千瓦时。截止2021年底，全国风电累计装机3.28亿千瓦。预计在2030年我国风电装机达8亿千瓦，到2060年达到30亿千瓦。
[0003]随着风电并网容量的增加，其不确定性和随机性等特点对于电力系统安全稳定运行带来了新的挑战。双馈风力发电机是全球风电领域主流机型之一，其定子侧直接并网，转子侧通过背靠背变流器并网，电功率可经过定、转子双通道与电网实现交换。目前，双馈风机主要采用最大功率跟踪控制，风机转速与频率解耦；通过锁相环（PLL）观测系统频率，响应模式被动，呈现电流源的外特性，无法为电网提供惯量和阻尼响应，且缺乏电网电压支撑能力。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术提出了一种构网型双馈风机的控制方法、装置及计算机可读存储介质，旨在解决现有双馈风机属于被动响应，无法提供电压、频率与惯量的自主性支撑的问题。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种构网型双馈风机的控制方法，所述方法包括：获取电网频率f、参考频率f
*
以及有功功率指令值P
ref
，并基于所述电网频率f、参考频率f
*
以及有功功率指令值P
ref
，得到虚拟机械功率P
m
；基于所述虚拟机械功率P
m
，得到风机输出内电势虚拟相位角θ；获取风机输出端电压U、风机输出端电流I以及前馈控制量，并基于所述风机输出端电压U、风机输出端电流I以及前馈控制量，得到风机输出内电势幅值E
m
；基于所述风机输出端电压U、所述风机输出内电势幅值E
m
和所述风机输出内电势虚拟相位角θ，得到定子输出参考电流；基于所述定子输出参考电流、定子输出实测电流以及转子侧实测电流，经过电流双环控制，得到励磁电压参考波；将所述励磁电压参考波进行派克反变换，得到三相静止坐标系下励磁电压参考波作为变流器的PWM调制信号，以实现对所述变流器的开关管的控制。
[0006]进一步地，所述基于所述电网频率f、参考频率f
*
以及有功功率指令值P
ref
，得到虚拟机械功率P
m
，包括：采用如下公式计算得到虚拟机械功率P
m
：；其中，P
ref
为有功功率指令值，ΔP
ref
为调速器输出附加功率值，K
p
为虚拟同步机功频静特性系数，f
*
为参考频率，f为电网频率，f
deadzone
为频率死区范围。
[0007]进一步地，所述基于所述虚拟机械功率P
m
，得到风机输出内电势虚拟相位角θ，包括：采用如下公式计算得到风机输出内电势虚拟相位角θ：；其中，ω为风机输出内电势虚拟角速度，J为虚拟转动惯量，P
m
为虚拟机械功率，P为双馈风机定子实际输出有功功率，ω0为电网系统额定角速度，D
Equ
为等效虚拟阻尼系数。
[0008]进一步地，所述获取风机输出端电压U、风机输出端电流I以及前馈控制量，并基于所述风机输出端电压U、风机输出端电流I以及前馈控制量，得到风机输出内电势幅值E
m
，包括：获取风机输出端电压U和端电流I，并基于所述风机输出端电压U和端电流I，得到与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势E
qe
；获取前馈控制量，并基于所述前馈控制量和所述强制空载电动势E
qe
，得到风机输出内电势幅值E
m
。
[0009]进一步地，所述获取风机输出端电压U和端电流I，并基于所述风机输出端电压U和端电流I，得到与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势E
qe
，包括：采用如下公式计算得到与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势E
qe
：；其中，T
R
为滤波器时间常数，U为风机输出端电压，I为风机输出端电流，R
C
为调差电阻，X
C
为调差电抗，K为调节器增益，K
ν
为比例积分选择因子，T1、T2为电压调节器时间常数，V
*
为励磁调压器参考电压，V为励磁调压器实际电压，j为虚单位，j=，s为拉普拉斯算子。
[0010]进一步地，所述获取前馈控制量，并基于所述前馈控制量和所述强制空载电动势E
qe
，得到风机输出内电势幅值E
m
，包括：采用如下公式计算得到风机输出内电势幅值E
m
：；其中，E
qe
为与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势，为虚拟励磁绕组时间常数，为虚拟暂态电势，为前馈控制量。
[0011]进一步地，所述前馈控制量采用如下方式得到：获取实时的定子输出
的d轴参考电流i
d
，并计算得到前馈控制量；其中，x
d
为d轴同步电抗，为d轴暂态电抗。
[0012]进一步地，所述基于所述风机输出端电压U、所述风机输出内电势幅值E
m
和所述风机输出内电势虚拟相位角θ，得到定子输出参考电流，包括：分别将所述风机输出内电势幅值E
m
和所述风机输出端电压U，按所述风机输出内电势虚拟相位角θ定位于dq轴，得到风机输出内电势幅值E
m
的dq轴电压分量和风机输出端电压U的dq轴电压分量；根据所述风机输出内电势幅值E
m
的dq轴电压分量和风机输出端电压U的dq轴电压分量，采用如下公式计算得到定子输出的d轴和q轴的参考电流：；其中，、为风机输出内电势幅值E
m
的d、q轴电压分量，U
d
、U
q
为风机输出端电压U的d、q轴电压分量，R、X为真实阻抗参数，R
ν
、X
ν
为虚拟阻抗参数。
[0013]进一步地，所述基于所述定子输出参考电流、定子输出实测电流以及转子侧实测电流，经过电流双环控制，得到励磁电压参考波，包括：将所述定子输出参考电流与定子输出实测电流的偏差量进行第一PI控制得到转子侧参考电流；将所述转子侧参考电流与转子侧实测电流的偏差量进行第二PI控制，并引入前馈交叉解耦项，得到励磁电压参考波。
[0014]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种构网型双馈风机的控制装置，所述装置包括：虚拟调频控制器，用于获取电网频率f、参考频率f
*
以及有功功率指令值P
ref
，并基于所述电网频率f、参考频率f
*
以及有功功率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种构网型双馈风机的控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取电网频率f、参考频率f
*
以及有功功率指令值P
ref
，并基于所述电网频率f、所述参考频率f
*
以及所述有功功率指令值P
ref
，得到虚拟机械功率P
m
；基于所述虚拟机械功率P
m
，得到风机输出内电势虚拟相位角θ；获取风机输出端电压U、风机输出端电流I以及前馈控制量，并基于所述风机输出端电压U、所述风机输出端电流I以及所述前馈控制量，得到风机输出内电势幅值E
m
；基于所述风机输出端电压U、所述风机输出内电势幅值E
m
和所述风机输出内电势虚拟相位角θ，得到定子输出参考电流；基于所述定子输出参考电流、定子输出实测电流以及转子侧实测电流，经过电流双环控制，得到励磁电压参考波；将所述励磁电压参考波进行派克反变换，得到三相静止坐标系下励磁电压参考波作为变流器的PWM调制信号，以实现对所述变流器的开关管的控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述电网频率f、所述参考频率f
*
以及所述有功功率指令值P
ref
，得到虚拟机械功率P
m
，包括：采用如下公式计算得到虚拟机械功率P
m
：；其中，P
ref
为有功功率指令值，ΔP
ref
为调速器输出附加功率值，K
p
为虚拟同步机功频静特性系数，f
*
为参考频率，f为电网频率，f
deadzone
为频率死区范围。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述虚拟机械功率P
m
，得到风机输出内电势虚拟相位角θ，包括：采用如下公式计算得到风机输出内电势虚拟相位角θ：；其中，ω为风机输出内电势虚拟角速度，J为虚拟转动惯量，P
m
为虚拟机械功率，P为双馈风机定子实际输出有功功率，ω0为电网系统额定角速度，D
Equ
为等效虚拟阻尼系数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取风机输出端电压U、风机输出端电流I以及前馈控制量，并基于所述风机输出端电压U、所述风机输出端电流I以及所述前馈控制量，得到风机输出内电势幅值E
m
：获取风机输出端电压U和端电流I，并基于所述风机输出端电压U和端电流I，得到与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势E
qe
；获取前馈控制量，并基于所述前馈控制量和所述强制空载电动势E
qe
，得到风机输出内电势幅值E
m
。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取风机输出端电压U和端电流I，并基于所述风机输出端电压U和端电流I，得到与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势E
qe
，
包括：采用如下公式计算得到与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势E
qe
：；其中，T
R
为滤波器时间常数，U为风机输出端电压，I为风机输出端电流，R
C
为调差电阻，X
C
为调差电抗，K为调节器增益，K
ν
为比例积分选择因子，T1、T2为电压调节器时间常数，V
*
为励磁调压器参考电压，V为励磁调压器实际电压，j为虚单位，j=，s为拉普拉斯算子。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取前馈控制量，并基于所述前馈控制量和所述强制空载电动势E
qe
，得到风机输出内电势幅值E
m
，包括：采用如下公式计算得到风机输出内电势幅值E
m
：；其中，E
qe
为与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势，为虚拟励磁绕组时间常数，为虚拟暂态电势，为前馈控制量。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述前馈控制量采用如下方式得到：获取实时的定子输出的d轴参考电流i
d
，并计算得到前馈控制量；其中，x
d
为d轴同步电抗，为d轴暂态电抗。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述风机输出端电压U、所述风机输出内电势幅值E
m
和所述风机输出内电势虚拟相位角θ，得到定子输出参考电流，包括：分别将所述风机输出内电势幅值E
m
和所述风机输出端电压U，按所述风机输出内电势虚拟相位角θ定位于dq轴，得到风机输出内电势幅值E
m
的dq轴电压分量和风机输出端电压U的dq轴电压分量；根据所述风机输出内电势幅值E
m
的dq轴电压分量和所述风机输出端电压U的dq轴电压分量，采用如下公式计算得到定子输出的d轴和q轴的参考电流：；
其中，、为风机输出内电势幅值E
m
的d、q轴电压分量，U
d
、U
q
为风机输出端电压U的d、q轴电压分量，R、X为真实阻抗参数，R
ν
、X
ν
为虚拟阻抗参数。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述定子输出参考电流、定子输出实测电流以及转子侧实测电流，经过电流双环控制，得到励磁电压参考波，包括：将所述定子输出参考电流与定子输出实测电流的偏差量进行第一PI控制得到转子侧参考电流；将所述转子侧参考电流与转子侧实测电流的偏差量进行第二PI控制，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙华东，李文锋，郭剑波，郭强，张健，赵旭峰，魏巍，艾东平，郑超，孙航宇，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：