[发明专利]双馈风力发电机组的控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制及电力系统新能源发电技术领域，特别涉及一种双馈风力发电机 组的控制方法及系统。

背景技术

大型电力系统中，常规同步发电机通过调速器和励磁调节器的控制，具备内禀的频率和 电压支撑能力，同时同步发电机的转子惯量可提升电力系统的稳定性。近年来新能源发电的 飞速发展，风能、太阳能等在电网中的渗透率逐渐增加，风电作为一种清洁、友好型能源已 成为近年来发展最快的可再生能源之一。在各类风力发电机中，双馈风力发电机以其调速范 围宽、可实现有功和无功功率的独立调节以及所需电力电子变流器容量小、成本低等优点， 已成为当前市场的主流机型。

但是，当前风力发电机组的并网接口形式多样，控制策略复杂，使得机组的上网动态模 型难以统一，而电力系统已有的成熟调控技术也无法应用。现有的并网型双馈风力发电机组 基于交流励磁发电机的有功、无功与同步坐标轴系下d轴和q轴电流的解耦关系，实现机组 的有功、无功控制。这种功率控制方式使得风力机组对电网表现出反负荷的接口特性，并且 该接口特性缺乏惯量环节。在具有反负荷接口特性的风电场内，风电机组集群只能做电流源 汇集，使电力系统的电压和频率的稳定性趋于恶化。同时，为了实现发电机稳态运行时的功 率解耦控制，常采用基于动态同步坐标轴系建立双馈电机的控制方程，由于该同步坐标系的 d轴固定在大电网的电压向量上，电机模型的控制需要基于锁相环跟踪电网，从而使得双馈 机组对外表现为非自治发电单元，即不具有内禀性的频率和电压支撑能力。目前，针对新能 源渗入率较高的微网系统，不少国家已经开始对其频率响应及电压支撑提出一定要求，研究 认为通过虚拟同步机控制方式并网的电力电子装置具有较强的频率、电压自治能力。

目前已有部分研究开始将双馈风力发电机组进行同步化改造，但现有技术仍存在下述问 题：大部分基于虚拟同步发电机的改造通过在风电场交流侧配置储能，实现风场对大电网体 现出同步发电机的接口特性，但储能设备不仅提高了并网成本，而且降低了系统可靠性。部 分研究虽然提出了双馈机的虚拟惯量和频率支撑的概念，但其惯量的体现及频率支撑的外特 性需要依赖于电网频率甚至频率变化率，其不具有内禀的频率特性，不能脱离电网运行，且 容易受锁相环影响引起运行不稳定。少量研究提出了双馈感应发电机内频率同步方法，但其 未采用转子磁通定向的双馈电机模型，从控制模型角度看，未将励磁电流与同步转速独立解 析；其通过滑差频率积分获得实际转子励磁相角，未能体现实际同步机调速器的功能以及虚 拟同步轴系的惯量；且其未考虑风力机组在不同风速下最大输出功率的限制，所以仍不属于 完整的风力机组虚拟同步化控制。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种双馈风力发电机组的控制方法，该方法使双馈风 机在不依赖于网侧锁相环的前提下，具备内禀性的频率和电压支撑能力，并且能减小风场机 组集群对频率及电压稳定性的不利影响。

本发明的第二个目的在于提供一种双馈风力发电机组的控制系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种双馈风力发电机组的控制方 法，包括以下步骤：获取双馈风力发电机组的有功功率、无功功率、定子电压、定子电流、 转子电压、转子电流、转子转速和风速；根据所述有功功率和虚拟同步转速产生拖动转矩以 实现调速器功能，其中，所述虚拟同步转速为所述拖动转矩与电磁转矩的差值通过一次积分 而得到，其中，积分系数为虚拟同步轴系的惯量；根据所述风速和转子转速获得所述双馈风 力发电机组在最大风功率输出时的转矩指令，并根据所述转矩指令实现双馈电机在稳态时的 最大功率输出；根据所述无功功率和定子电压利用电压-无功下垂控制器产生励磁电流指令 以实现励磁调节器功能；根据所述虚拟同步转速和励磁电流指令得到励磁电压同步旋转矢 量；根据所述转子电流、转子电压和所述励磁电压同步旋转矢量控制转子变流器，从而实现 对所述双馈风力发电机组的控制。

根据本发明实施例的双馈风力发电机组的控制方法，不依赖于网侧锁相环，具有内禀的 频率、电压支撑能力；在考虑风机最大功率输出特性的前提下，实现了虚拟同步转轴的转动 惯量以及类似实际同步机的调速器、励磁器的功能。其不仅可以将风电机组的上网动态模型 统一为标准的同步电源模型，在风能渗透率较高的电力系统中，也能减小风场机组集群对频 率及电压稳定性的不利影响。