一种混合控制型全功率变换风电机组制造技术

本发明专利技术公开了一种混合控制型全功率变换风电机组，包括，将网侧变换器外特性体现为电压源和电流源的混合控制型，机侧变换器的惯量响应控制和稳定控制；混合控制型全功率变换风电机组包括多组背靠背变换器，其中一部分的网侧变换器采用锁相环达到电网相位的锁定；在同步旋转坐标系下完成有功功率和无功功率的解耦控制；剩余部分的网侧变换器采用基于直流母线动态的自同步电压源控制；利用直流电容动态方程和转子运动方程完成无锁相环并网自同步，转子运动方程的控制输出角频率实时映射电网频率变化。本发明专利技术提供的网侧变换器电压源控制方法，利用直流母线电容动态和转子运动方程实现了并网自同步的控制目标，保证直流母线电压维持稳定。维持稳定。维持稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种混合控制型全功率变换风电机组


[0001]本专利技术涉及电气工程的
，尤其涉及一种混合控制型全功率变换风电机组。

技术介绍

[0002]近年来，随着风力发电技术的不断发展，风电渗透率不断提高，海上风电场逐渐成为行业内发展的主流趋势。为了降低维护成本并尽可能的提高发电价值，海上风电场通常采用大容量的永磁直驱全功率变换机组。受限于单个电力电子变换器的功率传输能力，实际工程中风电机组通常采用并联背靠背变流器的结构，可以显著提高风电机组的功率水平及运行可靠性。
[0003]海上风电机组通过远距离输电线路连接至电网，使得风电机组与电网之间存在弱连接关系，在这种情况下，采用频率检测环节对电网频率进行检测会产生误差，进而影响机侧变流器的惯量响应稳定性能。除此之外，在电网负载发生变化引起系统频率偏离正常状态时，基于锁相环控制的风电机组无法像传统同步发电机一样响应电网频率变化，系统的整体惯性降低，加大了频率调整的难度，危及电力网络的安全稳定运行。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术提供了一种混合控制型全功率变换风电机组，能够解决电压源控制动态响应差、在弱网条件下无法稳定运行的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：包括，将网侧变换器外特性体现为电压源和电流源的混合控制型，机侧变换器的惯量响应控制和稳定控制；混合控制型全功率变换风电机组包括多组背靠背变换器，其中一部分的所述网侧变换器采用锁相环达到电网相位的锁定；在同步旋转坐标系下完成有功功率、无功功率以及零序电流的解耦控制；剩余部分的所述网侧变换器采用基于直流母线动态的自同步电压源控制；利用直流电容动态方程和转子运动方程完成无锁相环并网自同步，所述转子运动方程的控制输出角频率实时映射电网频率变化。
[0008]作为本专利技术所述的混合控制型全功率变换风电机组的一种优选方案，其中：电压源控制包括，采用PI调节器对直流母线电压进行调节；将所述PI调节器的输出与功率基准值相加得到类比机械功率的指令值，指令值与网侧有功功率实际值相减；经过所述转子运动方程得到变流器输出角频率的补偿值；与角频率基准值相加并通过积分得到变流器输出电压调制波的相角。
[0009]作为本专利技术所述的混合控制型全功率变换风电机组的一种优选方案，其中：所述
电压源控制采用控制策略包括，
[0010]P
m
＝P
m0
+ΔP＝P
m0
+H
dc
(u
dc2
‑
u
dc0
)
[0011]其中，P
m
为虚拟机械功率输入值，P
m0
为虚拟机械功率基准值，P为直流电压调节器输出，H
dc
为直流电压环控制补偿函数，u
dc2
和u
dc0
分别为直流母线电容电压实际值与给定值。
[0012]作为本专利技术所述的混合控制型全功率变换风电机组的一种优选方案，其中：根据所述转子运动方程可以得到如下方程，
[0013][0014]其中：P
g2
为变流器有功功率输出，K
z
为环路增益，J为虚拟转动惯量，D为虚拟阻尼系数，ω0为角速度基准值，ω为角速度补偿值。
[0015]作为本专利技术所述的混合控制型全功率变换风电机组的一种优选方案，其中：则变流器输出电压调制波的相角ω
syn
包括，
[0016][0017]其中，ω
syn
为变流器输出自主同步频率，ω
b
为角速度额定值。
[0018]作为本专利技术所述的混合控制型全功率变换风电机组的一种优选方案，其中：为满足单位功率因数运行，采用所述PI调节器对变流器输出无功功率进行控制，所述PI调节器的输出与电压基准值相加得到变流器输出电压调制波的幅值，包括，
[0019]V
t
＝V0+V
Q
＝V0+H
Q
(Q
gref
‑
Q
g2
)
[0020]其中，V
t
为变流器调制电压的实际值，V0为调制电压的基准值，H
Q
为无功外环控制传递函数，Q
gref
为无功参考值，Q
g2
为变流器输出无功实际值。
[0021]作为本专利技术所述的混合控制型全功率变换风电机组的一种优选方案，其中：在风电机组输入功率通道增加阻尼补偿的控制策略，包括，
[0022]P
s
＝P
opt
+H
s
(u
dc0
‑
u
dc2
)
[0023]其中，P
s
为机侧变换器功率输入，P
opt
为机侧变换器最大风能捕获功能，H
s
为输入功率通道阻尼补偿函数。
[0024]作为本专利技术所述的混合控制型全功率变换风电机组的一种优选方案，其中：还包括，两个机侧变换器均采用基于转子磁链定向的矢量控制策略，经过最大风能跟踪算法得到当前最大风功率指令值；将自主同步频率通过一个传递函数为H
iner
的补偿环节叠加至功率外环指令值，完成风电机组的频率响应；控制环路能够将风轮惯量传递到电网侧，从而达到风电机组对电网的频率响应。
[0025]本专利技术的有益效果：一、本专利技术提供的混合控制型全功率变换风电机组，将并联背靠背变流器的其中一组网侧变换器采用电流源型控制方法；另外一组网侧变换器采用电压源型控制方法，在这种混合控制方式下，风电机组的端口阻抗特性在低频段主要体现为受控电压源特性，不易与电网发生交互耦合而出现不稳定；在中高频段主要体现为受控电流源特性，可以弥补电压源控制动态响应差的特点，保证风电机组可以始终捕获最大的风能，并能够提高在弱网下的稳定运行能力；二、本专利技术提供的网侧变换器电压源控制方法，利用直流母线电容动态和转子运动方程实现了并网自同步的控制目标，在保证直流母线电压维
持稳定的前提下，转子运动方程控制器输出自主同步频率可实时映射电网频率的变化；三、本专利技术提供的混合控制型全功率变换风电机组，在无需频率检测环节下将自主同步频率引入到机侧变换器功率控制外环，实现了风电机组对电网的频率支撑。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合控制型全功率变换风电机组，其特征在于：包括，将网侧变换器外特性体现为电压源和电流源的混合控制型，机侧变换器的惯量响应控制和稳定控制；混合控制型全功率变换风电机组包括多组背靠背变换器，其中一部分的所述网侧变换器采用锁相环达到电网相位的锁定；在同步旋转坐标系下完成有功功率、无功功率以及零序电流的解耦控制；剩余部分的所述网侧变换器采用基于直流母线动态的自同步电压源控制；利用直流电容动态方程和转子运动方程完成无锁相环并网自同步，所述转子运动方程的控制输出角频率实时映射电网频率变化。2.根据权利要求1所述的混合控制型全功率变换风电机组，其特征在于：电压源控制包括，采用PI调节器对直流母线电压进行调节；将所述PI调节器的输出与功率基准值相加得到类比机械功率的指令值，指令值与网侧有功功率实际值相减；经过所述转子运动方程得到变流器输出角频率的补偿值；与角频率基准值相加并通过积分得到变流器输出电压调制波的相角。3.根据权利要求2所述的混合控制型全功率变换风电机组，其特征在于：所述电压源控制采用控制策略包括，P
m
＝P
m0
+ΔP＝P
m0
+H
dc
(u
dc2
‑
u
dc0
)其中，P
m
为虚拟机械功率输入值，P
m0
为虚拟机械功率基准值，P为直流电压调节器输出，H
dc
为直流电压环控制补偿函数，u
dc2
和u
dc0
分别为直流母线电容电压实际值与给定值。4.根据权利要求2或3所述的混合控制型全功率变换风电机组，其特征在于：根据所述转子运动方程可以得到如下方程，其中：P
g2
为变流器有功功率输出，K
z
为环路增益，J为虚拟转动惯量，D为虚拟阻尼系数，ω0为角速度基准值，ω为角速度补偿值。5.根据权利要求4所述的混合控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡旭，王晗，秦垚，张建文，施刚，吕敬，杨仁炘，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：