一种风电机组阻抗重塑控制方法技术

本发明专利技术公开了一种风电机组阻抗重塑控制方法，在机侧变流器和网侧变流器的电流内环分别引入全通滤波器和低阻滤波器。首先，以转子侧dq坐标系下电流参考与实际采样作差的误差信号作为输入，经过全通滤波器叠加到机侧内环控制输出处，基于风电机组稳定性和阻抗要求，确定全通滤波器增益和转折角频率参数。若依不满足各工况要求，则以网侧dq坐标系下电压作为输入，经过低阻滤波器前馈到网侧内环控制输入处，然后基于风电机组稳定性要求和阻抗要求，确定低阻滤波器增益参数及优化转折角频率参数。本发明专利技术能够对风电机组阻抗进行重塑，降低阻抗相位，同时本发明专利技术提出的控制方案结构简单，易于实现。易于实现。易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组阻抗重塑控制方法


[0001]本专利技术涉及新能源发电
，尤其是一种风电机组阻抗重塑控制方法。

技术介绍

[0002]风力发电场通常处于偏远地区，远离负荷中心。为了提高风电的消纳，风电场经柔直接入交流电网将成为我国“三北”地区大规模风电外送的重要方式之一。随着柔性直流输电在风电场并网输电中的广泛应用，电力系统中“三高”现象趋于明显，风电机组与柔性直流输电之间的相互作用有可能引发处于次超同步频段的振荡问题，影响该输电方式的稳定运行。近年来，国内外发生多起风电并网引发的次超同步振荡现象，成为制约新能源发电送出和消纳的重要因素之一。
[0003]目前，接入柔直的风电场站为了避免发生振荡，需要采用电压扰动法进行阻抗扫描，扰动电压幅值为额定电压幅值的1％～5％，风电场站需满足零至上千赫兹扰动频率范围内的相位要求。而机侧变流器电流内环采用传统PI控制器在低频处无法满足相关阻抗要求。现有研究中，为了抑制出现的次超同步振荡，CN112671009A公开了一种附加阻尼控制器的双馈风机次同步振荡抑制方法，所述方法在风机转子侧变换器控制环节加入带通滤波器用于抑制振荡产生。但是该方法只能影响部分谐振点处的相位，无法改善宽频段的阻抗特性。因此，需要一种能够改善风电机组宽频段阻抗的控制方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种风电机组阻抗重塑控制方法，通过在风电机组机侧变流器控制系统的电流内环中引入全通滤波器，以及网侧变流器控制系统中的电流内环引入低阻滤波器前馈，实现振荡的抑制和风电机组阻抗的重塑，满足风电机组阻抗要求。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种风电机组阻抗重塑控制方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1：采用电压扰动法对风电机组进行阻抗扫描，扰动电压幅值为额定电压幅值的1％～5％，确定风电机组阻抗特性在扰动频率下不满足相位要求的频段；
[0007]步骤S2：在风电机组机侧变流器控制系统电流内环引入全通滤波器；
[0008]步骤S3：基于风电机组稳定性和阻抗相位要求，优化机侧全通滤波器相关参数；
[0009]步骤S4：若存在个别工况无法满足风电机组的相位要求，则在风电机组网侧变流器控制系统电流内环输入点引入低阻滤波器前馈；
[0010]步骤S5：基于风电机组稳定性和阻抗相位要求，优化网侧低阻滤波器增益和转折角频率，直至满足阻抗相位要求。
[0011]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤S2中引入全通滤波器的过程为：
[0012]利用检测装置检测风机转子电流，通过坐标变换转换得到dq坐标系下的转子电流，机侧变流器控制系统转矩外环PI控制器生成的dq坐标系下转子电流参考与转子电流实
际值作差，作为全通滤波器的输入，全通滤波器的输出与机侧变流器控制系统电流内环PI控制器输出及解耦部分叠加，生成dq坐标系下转子电压变化量，经过坐标反变换后用于调制生成PWM信号作用于机侧变流器，改变机组阻抗。
[0013]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤S3中以系统稳定为前提优化全通滤波器的增益范围，以阻抗重塑范围为前提优化全通滤波器的转折角频率范围。
[0014]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述全通滤波器传递函数为：
[0015][0016]其中，m
APF
为全通滤波器增益，s为拉普拉斯算子，ω
APF
为全通滤波器转折角频率。
[0017]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤S4中引入低阻滤波器的过程为：
[0018]利用电压传感器检测电网电压，通过坐标变换转换得到dq坐标系下的电网电压作为低阻滤波器的输出，低阻滤波器的输出与dq坐标系下电网电流参考与电流实际值差值叠加，作为电流内环PI控制器的输入，电流内环PI控制器的输出与电网电压及解耦部分叠加，生成dq坐标系下电网电压变化量，经过坐标反变换后用于调制生成PWM信号作用于网侧变流器，进一步改变机组阻抗。
[0019]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤S5中以系统稳定为前提优化低阻滤波器的增益范围，以阻抗重塑范围为前提优化低阻滤波器转折角频率范围。
[0020]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述低阻滤波器传递函数为：
[0021][0022]其中，m
LSF
为低阻滤波器增益，s为拉普拉斯算子，ω
LSF
为低阻滤波器转折角频率。
[0023]由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：
[0024]1、本专利技术通过在风电机组机侧变流器控制系统的电流内环中引入全通滤波器，以及网侧变流器控制系统中的电流内环引入低阻滤波器前馈，实现振荡的抑制和风电机组阻抗的重塑，满足风电机组阻抗要求；
[0025]2、在机侧变流器和网侧变流器的电流内环分别引入全通滤波器和低阻滤波器。首先，以转子侧dq坐标系下电流参考与实际采样作差的误差信号作为输入，经过全通滤波器叠加到机侧内环控制输出处，基于风电机组稳定性和阻抗要求，确定全通滤波器增益和转折角频率参数，若依不满足各工况要求，则以网侧dq坐标系下电压作为输入，经过低阻滤波器前馈到网侧内环控制输入处，然后基于风电机组稳定性要求和阻抗要求，确定低阻滤波器增益参数及优化转折角频率参数。本专利技术能够对风电机组阻抗进行重塑，降低阻抗相位，同时本专利技术提出的控制方案结构简单，易于实现。
附图说明
[0026]图1是双馈风电机组并网系统示意图；
[0027]图2是传统双馈风电机组机侧变流器与网侧变流器控制图；
[0028]图3是本专利技术双馈风电机组机侧变流器与网侧变流器控制图；
[0029]图4是本专利技术双馈风电机组阻抗重塑控制流程图。
具体实施方式
[0030]下面结合实施例对本专利技术做进一步详细说明：
[0031]图1所示为双馈风电机组并网系统示意图，双馈风电机组由双馈风机、机侧变流器及滤波器、网侧变流器及滤波器组成。双馈风机的定子通过升压变压器和输电线路与电网相连。
[0032]图2所示为传统双馈风电机组机侧变流器与网侧变流器控制结构，机侧变流器与网侧变流器采用不同的控制结构。对于机侧变流器控制，外环采用定无功功率控制和定转矩控制，经过外环PI控制器生成dq坐标系下转子电流参考i
dr_ref
和i
qr_ref
，然后与dq坐标系下转子电流i
dr
和i
qr
作差，通过内环PI控制器叠加机侧变流器解耦项生成转子电压变化量u
dr
和u
qr
，经过坐标变换后产生PWM信号作用于机侧变流器。对于网侧变流器控制，外环采用定直流电压控制，经过外环PI控制器生成dq坐标系下转子电流参考i
gd_ref
和i
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，然后与dq坐标系下电网电流i
gd
和i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电机组阻抗重塑控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1：采用电压扰动法对风电机组进行阻抗扫描，扰动电压幅值为额定电压幅值的1％～5％，确定风电机组阻抗特性在扰动频率下不满足相位要求的频段；步骤S2：在风电机组机侧变流器控制系统电流内环引入全通滤波器；步骤S3：基于风电机组稳定性和阻抗相位要求，优化机侧全通滤波器相关参数；步骤S4：若存在个别工况无法满足风电机组的相位要求，则在风电机组网侧变流器控制系统电流内环输入点引入低阻滤波器前馈；步骤S5：基于风电机组稳定性和阻抗相位要求，优化网侧低阻滤波器增益和转折角频率，直至满足阻抗相位要求。2.根据权利要求1所述的一种风电机组阻抗重塑控制方法，其特征在于：所述步骤S2中引入全通滤波器的过程为：利用检测装置检测风机转子电流，通过坐标变换转换得到dq坐标系下的转子电流，机侧变流器控制系统转矩外环PI控制器生成的dq坐标系下转子电流参考与转子电流实际值作差，作为全通滤波器的输入，全通滤波器的输出与机侧变流器控制系统电流内环PI控制器输出及解耦部分叠加，生成dq坐标系下转子电压变化量，经过坐标反变换后用于调制生成PWM信号作用于机侧变流器，改变机组阻抗。3.根据权利要求1所述的一种风电机组阻抗重塑控制方法，其特征在于：所述步骤S3中以系统稳定为前提优化全通滤波器的增益范围，以阻抗重塑...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭小强，魏玉鹏，章仕起，张力戈，刁乃哲，卢志刚，华长春，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：