一种直驱风机控制电流参考值确定方法及终端技术

本发明专利技术公开了一种直驱风机控制电流参考值确定方法及终端，根据直驱风机内部的风轮轴系、同步发电机、机侧变流器和网侧变流器的控制策略，建立直驱风机系统的简化时域模型，所述控制策略包括电流环、电压环和锁项环；根据通用低电压穿越响应曲线，建立不同故障阶段下风机的有功和无功功率响应模型；根据直驱风机系统的简化时域模型和不同故障阶段下风机的有功和无功功率响应模型，计算得到不同故障阶段下风机的有功电流参考值和无功电流参考值。其考虑并网直驱风机内部的控制环节，建立直驱风机简化时域模型，对不同故障阶段下风机的功率响应进行解析近似，以此推导直驱风机网侧变流器控制电流参考值，实现了计算不同故障阶段下的电流参考值。下的电流参考值。下的电流参考值。

【技术实现步骤摘要】
一种直驱风机控制电流参考值确定方法及终端


[0001]本专利技术涉及电力并网
，特别涉及一种直驱风机控制电流参考值确定方法及终端。

技术介绍

[0002]近年来，不断增长的能源需求和日益严峻的环境问题极大地促进了可再生能源的快速发展，为应对当前化石类能源过度消耗引发的能源与环境危机，传统能源格局正在调整，现有技术中，以风电为代表的新能源发电技术日益发展，风电装机容量持续增长。
[0003]其中，基于永磁同步发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator，PMSG)的永磁直驱风电机组(Permanent Magnet Wind Turbine，PMWT)由于其安全可靠性和运行效率高、无功调节能力强及维护成本低等优点，在风电场中所占的比重越来越高，已成为目前的主流机型，在陆上和海上风电场得到越来越广泛的应用。但随着风电渗透率的不断提高，电压波动、系统暂态稳定等问题逐渐暴露，其对电力系统安全运行的影响日益严重。尤其是全功率背靠背变流器将PMSG与电网隔离，二者运行不同步，由此产生的新的暂态稳定问题，为了正确评估大规模风电并网可能对电网产生的影响，亟需对不同工况和不同状态下的暂态响应特性进行深入研究与建模。
[0004]直驱风机动态模型主要分为两类：均方根(root
‑
mean
‑
square，RMS)模型(又被称为机电暂态模型)和电磁暂态(electromagnetic transient，EMT)模型。2009年，现有技术提出了风机的第一代通用RMS模型，在电网实际运行中，为了详细地分析风机在故障下的暂态响应，需要使用具有完整控制策略的EMT模型，而风机厂家开发的EMT模型由于涉及商业机密，大多以“黑箱”形式提供，涉及不公开的协议，影响了模型用户对风机内部控制策略的认知，阻碍了风电并网研究的后续进展，因此亟需开发通用EMT模型。
[0005]目前关于通用EMT建模方法的研究大多集中于两个方面：一是基于正常运行工况下的直驱风机的通用EMT模型；二是具有故障穿越控制(fault ride
‑
through，FRT)策略的直驱风机通用EMT模型。基于正常运行工况下的直驱风机的通用EMT模型方面，由于未考虑故障穿越控制策略，不能用来分析风机的故障特性。在具有故障穿越控制策略的直驱风机通用EMT模型方面，现有研究一是在模型中安装卸荷电路，由于电力系统发生故障时，风机机侧和网侧功率不平衡，因此机侧多余的功率将对风机直流电容进行充电，可能导致直流电容过电压，因此一般需要通过卸荷来消耗不平衡功率；二是设计控制策略使风机在电压跌落期间向电网提供无功功率，根据现有技术标准的要求，当电力系统发生三相短路故障，并网点电压正序分量低于标称电压的80％时，风电场应具有动态无功支撑能力。
[0006]然而，上述研究均对单一状态下的单一模型进行分析，并未考虑在电网故障期间不同故障阶段下风机状态的多样性。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种直驱风机控制电流参考值确定方法及终
端，能计算不同故障阶段下的电流参考值。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种直驱风机控制电流参考值确定方法，包括步骤：
[0010]S1、根据直驱风机内部的风轮轴系、同步发电机、机侧变流器和网侧变流器的控制策略，建立直驱风机系统的简化时域模型，所述控制策略包括电流环、电压环和锁项环；
[0011]S2、根据通用低电压穿越响应曲线，建立不同故障阶段下风机的有功和无功功率响应模型；
[0012]S3、根据直驱风机系统的简化时域模型和不同故障阶段下风机的有功和无功功率响应模型，计算得到不同故障阶段下风机的有功电流参考值和无功电流参考值。
[0013]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的另一种技术方案为：
[0014]一种直驱风机控制电流参考值确定终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
[0015]S1、根据直驱风机内部的风轮轴系、同步发电机、机侧变流器和网侧变流器的控制策略，建立直驱风机系统的简化时域模型，所述控制策略包括电流环、电压环和锁项环；
[0016]S2、根据通用低电压穿越响应曲线，建立不同故障阶段下风机的有功和无功功率响应模型；
[0017]S3、根据直驱风机系统的简化时域模型和不同故障阶段下风机的有功和无功功率响应模型，计算得到不同故障阶段下风机的有功电流参考值和无功电流参考值。
[0018]本专利技术的有益效果在于：一种直驱风机控制电流参考值确定方法及终端，其考虑并网直驱风机内部的锁相环、电流环、电压环、卸荷电路等控制环节，建立直驱风机简化时域模型，对不同故障阶段下风机的功率响应进行解析近似，以此推导直驱风机网侧变流器控制电流参考值，实现了计算不同故障阶段下的电流参考值。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例的一种直驱风机控制电流参考值确定方法的流程示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例提供的一种直驱风机控制电流参考值确定的数据流向示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例涉及的并网直驱风机系统结构图；
[0022]图4为本专利技术实施例涉及的机侧变流器控制框图；
[0023]图5为本专利技术实施例涉及的网侧变流器控制框图；
[0024]图6为本专利技术实施例涉及的坐标系示意图；
[0025]图7为本专利技术实施例涉及的锁相环控制框图；
[0026]图8为本专利技术实施例涉及的直驱风机LVRT响应曲线；
[0027]图9为本专利技术实施例涉及的直驱风机有功电流参考值的计算值和仿真值的对比曲线图。
[0028]图10为本专利技术实施例涉及的直驱风机无功电流参考值的计算值和仿真值的对比曲线图；
[0029]图11为本专利技术实施例的一种直驱风机控制电流参考值确定终端的结构示意图。
[0030]标号说明：
[0031]1、一种直驱风机控制电流参考值确定终端；2、处理器；3、存储器。
具体实施方式
[0032]为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0033]请参照图1至图10，一种直驱风机控制电流参考值确定方法，包括步骤：
[0034]S1、根据直驱风机内部的风轮轴系、同步发电机、机侧变流器和网侧变流器的控制策略，建立直驱风机系统的简化时域模型，所述控制策略包括电流环、电压环和锁项环；
[0035]S2、根据通用低电压穿越响应曲线，建立不同故障阶段下风机的有功和无功功率响应模型；
[0036]S3、根据直驱风机系统的简化时域模型和不同故障阶段下风机的有功和无功功率响应模型，计算得到不同故障阶段下风机的有功电流参考值和无功电流参考值。
[0037]由上述描述可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直驱风机控制电流参考值确定方法，其特征在于，包括步骤：S1、根据直驱风机内部的风轮轴系、同步发电机、机侧变流器和网侧变流器的控制策略，建立直驱风机系统的简化时域模型，所述控制策略包括电流环、电压环和锁项环；S2、根据通用低电压穿越响应曲线，建立不同故障阶段下风机的有功和无功功率响应模型；S3、根据直驱风机系统的简化时域模型和不同故障阶段下风机的有功和无功功率响应模型，计算得到不同故障阶段下风机的有功电流参考值和无功电流参考值。2.根据权利要求1所述的一种直驱风机控制电流参考值确定方法，其特征在于，所述直驱风机系统的简化时域模型具体包括：
式中，p为微分算子，Ω为发电机机械角速度且Ω＝Ω
w
，Ω
w
为风轮机转速，ρ为空气密度，C
p
为风能转换系数，R
w
为风机叶片半径，V
w
为风速，J为风轮机叶片转动惯量，n
p
为永磁电机极对数，ψ
f
为永磁体穿过转子的磁链，i
qs
为定子电压的q轴分量，u
ds
为定子电压的d轴分量，L
s
为定子电感，R
s
为定子电阻，i
ds
为定子电压的d轴分量，u
qs
为定子电压的q轴分量，k
p1
、k
i1
、k
p2
、k
i2
为机侧变流器PI控制器控制系数，ω为锁相环输出角频率ω
pll
与同步角频率ω0的频率差，为锁相环坐标系d
pll
轴与d轴间的夹角，L
g
为线路、变压器、电网等值电感，L
f
为出口侧滤波电感，U
g
为电网电压幅值，e
q
为网侧变流器电压的q轴分量，e
d
为网侧变流器电压的d轴分量，i
d
为网侧变流器电流的d轴分量，i
q
为网侧变流器电流的q轴分量，i
dref
为网侧变流器d轴电流参考值分量，i
qref
为网侧变流器q轴电流参考值分量，k
pc
为网侧变流器内环PI环节比例系数，k
ic
为网侧变流器内环PI环节积分系数，k
pv
为网侧变流器电压外环PI环节比例系数，k
iv
为网侧变流器电压外环PI环节积分系数，k
pp
为锁相环PI环节比例系数，k
ip
为锁相环PI环节积分系数，U
dc
为直流电容电压，U
dcref
为直流电容电压参考值，C为直流电容。3.根据权利要求2所述的一种直驱风机控制电流参考值确定方法，其特征在于，所述故障阶段具体包括故障期间的穿越控制阶段和故障清除后的恢复控制阶段，所述不同故障阶段下风机的有功和无功功率响应模型具体包括故障期间的穿越控制阶段下的有功和无功功率响应模型和故障清除后的恢复控制阶段下的有功和无功功率响应模型；所述故障期间的穿越控制阶段下的有功和无功功率响应模型具体包括：式中，P
F1
为故障期间的穿越控制阶段下的有功功率，Q
F1
为故障期间的穿越控制阶段下的无功功率；所述故障清除后的恢复控制阶段具体包括有功功率延时恢复阶段、有功功率斜率恢复阶段、无功功率支撑阶段和无功功率斜率恢复阶段；所述故障清除后的恢复控制阶段下的有功和无功功率响应模型具体包括：有功功率延时恢复阶段的有功功率响应模型：P
F2
‑1＝P(t3)；式中，P
F2
‑1为有功功率延时恢复阶段的有功功率，P(t3)为故障期间的穿越控制阶段结束时的有功功率；有功功率斜率恢复阶段的有功功率响应模型：式中，P
F2
‑2为有功功率斜率恢复阶段的有功功率，t4为有功功率斜率恢复阶段的开始时刻，P(t4)为t4时刻的有功功率，r
P
为有功功率的恢复速度。无功功率支撑阶段的无功功率响应模型：
式中，Q
F2
‑2为无功功率支撑阶段的无功功率，Q(t3)为无功功率支撑阶段开始时刻的无功功率，i
d_N
为正常运行时的有功电流，i
max
为最大电流，I
n
为额定电流，i
q0
为故障前的无功电流，策略1为风机继续运行于无功支撑模式，根据电网电压情况提供动态的无功支撑，策略2为风机输出的无功功率保持在上一阶段结束时刻的值，提供固定的无功支撑。无功功率斜率恢复阶段的无功功率响应模型：式中，Q(t5)为t5时刻的无功功率，t5时刻为无功功率斜率恢复阶段的开始时刻，r
Q
为无功功率的恢复速度。4.根据权利要求3所述的一种直驱风机控制电流参考值确定方法，其特征在于，所述不同故障阶段下风机的有功电流参考值和无功电流参考值具体包括：故障期间的穿越控制阶段的有功电流参考值i
dref_F1
：故障期间的穿越控制阶段的无功电流参考值i
qref_F1
：i
qref_F1
＝i
q0
‑
[min(i
lim_Q
,k(u
set
‑
u
d
)I
n
)]；有功功率延时恢复阶段的有功电流参考值i
dref_F2
‑1：i
dref_F2
‑1＝P(t3)/(1.5u
d
)；有功功率斜率恢复阶段的有功电流参考值i
dref_F2
‑2：式中：r
id
为有功电流的恢复速率，i
dref0
是故障前的有功电流参考值；无功功率支撑阶段的无功电流参考值i
qref_F2
‑1：无功功率斜率恢复阶段的无功电流参考值i
qref_F2
‑2：式中，r
iq
为无功电流的恢复速率，i
qref0
是故障前的无功电流参考值。5.一种直驱风机控制电流参考值确定终端，包括存储器、处理器及存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛静玮，叶荣，林毅，吴威，魏鑫，林威，唐雨晨，黎萌，朱睿，薛安成，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：