一种改善双馈风机调频响应的附加无功控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种改善双馈风机调频响应的附加无功控制方法及系统，包括以下步骤：实时采集电网频率，并与参考频率相比较得到误差信号；通过信号处理器计算和处理误差信号得到附加电压信号；将附加电压信号附加在双馈风机转子侧变换器

【技术实现步骤摘要】
一种改善双馈风机调频响应的附加无功控制方法及系统


[0001]本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种改善双馈风机调频响应的附加无功控制方法及系统
。

技术介绍

[0002]近些年来，随着世界经济的不断发展，能源问题日益严重
。
为了解决化石能源造成的能源紧缺
、
大气污染的问题，各国家和地区的能源结构不断发生变化，以风光为代表的新能源发电得到了大力发展
。
[0003]目前市场主流的双馈风力发电机，其基于锁相跟随同步控制模式解耦发电机转速与电网频率间的偶和关系，风电机组出力几乎不响应电网频率变化，对系统表现出弱惯量支撑特性
。
此外，当前风电机组是按照最大功率跟踪控制方式发电的，无预留备用，无法上调出力参与电网的一次调频
。
风电机组对系统频率调节支撑能力弱，其规模化替代常规电源给电力系统频率安全稳定带来了极大的挑战
。
[0004]通过改变风电机组控制使其主动支撑调节电网频率是提升风电消纳的最为有效的途径
。
风电机组参与电网频率调节的核心是在预留减载的基础上构建风机出力对系统频率波动的负反馈响应机制
。
其中，预留减载可通过功率跟踪区增大风机转速，或者在全功率区增大桨距角来实现，相应的调频控制即构建通过降速或减小桨距角来增大风机出力应对系统频率跌落的下垂反馈控制
。
频率跌落峰值及稳态偏差等指标是频率响应的重要指标，风机一次调频通用的下垂控制方案主要依据调差需求设置控制增益，难以兼顾动态偏差的调整
。
[0005]附加阻尼控制器作为一种常用的抑制振荡的方法，其有效性已在国内外有关风电并网频率振荡的研究中被认可
。
但目前研究多是针对低频振荡及次同步振荡等设计相应的阻尼控制，对于优化系统频率动态方面的研究较少
。
[0006]基于锁相控制的双馈风机几乎不对系统频率波动响应
,
表现出弱惯量支撑特性
﹐
电力系统惯量会随着风电渗透率的增加而降低，功率扰动下系统频率波动加大
。
同时，双馈风电机组一般是在最大功率跟踪模式下运行
,
不能为系统频率变化提供备用容量
,
无法参与系统的一次调频
。
风电机组对电网频率的弱支撑特性严重制约着其大规模并网消纳
。
[0007]通过控制使风电机组主动支撑系统盘频率调节是解决该问题的重要路径，但现有频率调节控制动态控制能力有限，参数设置不合理甚至可能与其常规控制相互作用引发振荡
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的就是为了解决上述
技术介绍
存在的不足，提供一种改善双馈风机调频响应的附加无功控制方法及系统，减少了功率扰动下系统的频率最大偏移，提升系统频率响应动态性能，达到增强双馈风电机组超低频振荡阻尼的效果
。
[0009]本专利技术采用的技术方案是：一种改善双馈风机调频响应的附加无功控制方法，包
括以下步骤：
[0010]实时采集电网频率，并与参考频率相比较得到误差信号；
[0011]通过信号处理器计算和处理误差信号得到附加电压信号；
[0012]将附加电压信号附加在双馈风机转子侧变换器
q
轴控制支路中，通过对双馈风机机组电压幅值的调节从而改变双馈风机的有功功率，以抑制电力系统频率的波动
。
[0013]上述技术方案中，改变双馈风机的有功功率的过程包括：
[0014]转子侧变换器
q
轴控制支路中的转子侧控制器基于风机定子输出的有功功率
、
无功功率
、
并网三相电压
、
附加电压信号和机械功率参考信号，通过经比例
‑
积分控制和
PWM
控制得到双馈风机的转子侧
PWM
变换器的驱动信号
。
[0015]上述技术方案中，对双馈风机机组电压幅值的调节的过程包括：转轴控制及控制器中，
[0016]端电压控制器根据实时双馈风机机组电压信号
、
附加电压信号和参考电压信号，经比例
‑
积分控制确定转子
q
轴电流分量参考值；
[0017]采用转速控制器，得到转子
d
轴电流分量参考值；
[0018]电流控制器基于
q
轴电流分量参考值和转子
d
轴电流分量参考值，产生双馈风机
PWM
控制的调制电压指令
。
[0019]上述技术方案中，机械功率参考信号的获取过程包括：
[0020]桨距角补偿控制器接收实时采集的电磁功率和风机的有功功率指令值，并基于此信号通过计算和处理，得到桨距角的补偿信号；
[0021]桨距角控制器实时接收转速参考值，通过转速控制得到桨距角指令值；
[0022]风力机控制器基于桨距角的补偿信号和桨距角指令值，计算得到机械功率参考信号，并将机械功率参考信号输送给转子侧控制器
。
[0023]上述技术方案中，当双馈风机系统频率波动小于动作死区时，所述附加电压信号处于非工作状态，当系双馈风机统频率波动超区死区范围时，所述附加电压信号处于工作状态
。
[0024]上述技术方案中，所述信号处理器包括：比例放大器
、
高通滤波器
、
相位补偿器及限幅器；将电网频率参考信号减去实时采集到的电网频率后，输入至信号处理器，使其先经过一个比例环节，再经过一个高通滤波环节，再经过一个相位补偿环节和一个限幅环节，得到附加电压信号
。
[0025]上述技术方案中，所述比例放大器将实时采集到的电网频率计算放大得出调理信号，然后将其输出至高通滤波器；高通滤波器接收调理信号，并检测出其中的超低频振荡的频率信号，并将该频率信号输出至相位补偿器；相位补偿器接收超低频振荡的频率信号，并将其相位进行调节和处理得到附加电压信号，然后将其输送至限幅器；限幅器接收初始附加电压信号，经限幅后输出附加电压信号
。
[0026]上述技术方案中，所述信号处理器的输入输出关系为
:
[0027][0028]其中，
K1表示比例放大器参数，
K2、K3表示高通滤波器参数，
s
表示拉氏算子；
T1、T2表示相位补偿环节的时间常数，
m
表示相位补偿级数；
f
ref
表示电网频率参考信号，
f
表示实时
采集到的电网频率；
△
V
表示附加电压信号
。
[0029]本专利技术还提供了一种改善双馈风机调频响应的附加无功控制系统，包括桨距角补偿控制器
、
桨距角控制器
、<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种改善双馈风机调频响应的附加无功控制方法，其特征在于：包括以下步骤：实时采集电网频率，并与参考频率相比较得到误差信号；通过信号处理器计算和处理误差信号得到附加电压信号；将附加电压信号附加在双馈风机转子侧变换器
q
轴控制支路中，通过对双馈风机机组电压幅值的调节从而改变双馈风机的有功功率，抑制双馈风机系统频率的变化
。2.
根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：改变双馈风机的有功功率的过程包括：转子侧变换器
q
轴控制支路中的转子侧控制器基于风机定子输出的有功功率
、
无功功率
、
并网三相电压
、
附加电压信号和机械功率参考信号，通过经比例
‑
积分控制和
PWM
控制得到双馈风机的转子侧
PWM
变换器的驱动信号
。3.
根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于：对双馈风机机组电压幅值的调节的过程包括：转子侧控制器中，端电压控制器根据实时双馈风机机组电压信号
、
附加电压信号和参考电压信号，经比例
‑
积分控制确定转子
q
轴电流分量参考值；采用转速控制器，得到转子
d
轴电流分量参考值；电流控制器基于
q
轴电流分量参考值和转子
d
轴电流分量参考值，产生双馈风机
PWM
控制的调制电压指令
。4.
根据权利要求3所述的一种方法，其特征在于：机械功率参考信号的获取过程包括：桨距角补偿控制器接收实时采集的电磁功率和风机的有功功率指令值，并基于此信号通过计算和处理，得到桨距角的补偿信号；桨距角控制器实时接收转速参考值，通过转速控制得到桨距角指令值；风力机控制器基于桨距角的补偿信号和桨距角指令值，计算得到机械功率参考信号，并将机械功率参考信号输送给转子侧控制器
。5.
根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：当双馈风机系统频率波动小于动作死区时，所述附加电压信号处于非工作状态，当系双馈风机统频率波动超区死区范围时，所述附加电压信号处于工作状态
。6.
根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：所述信号处理器包括：比例放大器
、
高通滤波器
、
相位补偿器及限幅器；将电网频率参考信号减去实时采集到的电网频率后，输入至信号处理器，使其先经过一个比例环节，再经过一个高通滤波环节，再经过一个相位补偿环节和一个限幅环节，得到附加电压信号
。7.
根据权利要求6所述的一种方法，其特征在于：所述比例放大器将实时采集到的电网频率计算放大得出调理信号，然后将其输出至高通滤波器；高通滤波器接收调理信号，并检测出其中的超低...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，屈兴武，黄云辉，周克亮，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：