[发明专利]全功率风电机组控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种全功率风电机组控制方法及系统，包括：采用网侧变流器控制直流侧电压，采用机侧变流器控制捕获的风功率，机侧变流器采用基于转子磁链定向的矢量控制方式。将变流器直流侧电压类比为同步发电机的转子转速，将直流侧电容的惯量时间常数类比为同步发电机转子的惯量时间常数，将网侧变流器调制比类比为同步发电机的磁链，此时全功率风电机组对电网呈现出同步发电机特性，从而使全功率风电机组同时具备弱电网稳定运行与参与电网惯量响应的功能。

技术领域

本发明涉及电学技术领域，具体地，涉及具有弱电网稳定控制与惯量响应功能的全功率风电机组控制方法及系统。

背景技术

全功率变换机组风力发电系统，其系统结构如图1所示，风电机组主要包括风轮、永磁同步发电机、机侧变流器、网侧变流器，并网系统包括机组升压变压器、风场升压变压器(图1等值为一台)，交流电网用理想电压源与线路阻抗串联的戴维南等效电路进行等值。

全功率变换机组的网侧变流器通常采用基于电网电压定向的矢量控制方式，由于背靠背变流器的隔离作用，使得风轮的物理惯量无法被传递到电网，全功率变换机组对电网不体现惯量。另外，在弱电网条件下矢量控制的全功率风电机组存在谐波振荡等交互失稳问题，危及其安全稳定运行。因此，有必要研究全功率风电机组的控制方法，使其同时具备弱电网稳定控制与惯量响应功能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种全功率风电机组控制方法及系统。

根据本发明提供的一种全功率风电机组控制方法，包括：采用网侧变流器控制直流侧电压，采用机侧变流器控制捕获的风功率，机侧变流器采用基于转子磁链定向的矢量控制方式；

所述网侧变流器的控制环路包括：

直流侧电压经过一个增益为电网角频率基准值ω_Bg的积分器，积分器的输出为网侧变流器调制波的相位θ；网侧变流器无功功率的参考值与反馈值之差经过比例积分调节器，所述比例积分调节器输出与额定调制比m₀之和即为网侧变流器的实际调制比m；实际调制比m与直流侧电压u_dc之积为网侧变流器调制波的幅值U，根据所述幅值U与相位θ生成网侧变流器的调制信号用于正弦脉宽调制。

较佳的，发电机转速的三次方与最优功率系数k_opt之积作为机侧变流器输出功率的参考值直流侧电压经过一时间常数为T的一阶低通滤波器，再经过一个增益为-K_C的微分环节后输出为通过虚拟电容控制环路中的一阶低通滤波器降低微分环节对系统稳定性的影响，有功功率参考值与虚拟电容控制环的输出值之和作为机侧变流器有功功率控制器的输入。

较佳的，在网侧变流器中引入基于直流侧电压反馈的稳定控制，将直流侧电压引入一个增益为K_s、时间常数为T_s的高通滤波器，高通滤波器的输出与无功功率控制器的输出、额定调制比m₀之和作为网侧变流器的实际调制比m。

较佳的，电网角频率基准值ω_Bg为314.15926rad/s。

较佳的，所述机侧变流器采用基于转子磁链定向的矢量控制方式，采用最优功率控制得到有功功率参考值，即有功功率参考值为发电机转速的三次方与最优功率系数k_opt之积。

根据本发明提供的一种全功率风电机组控制系统，包括：采用网侧变流器控制直流侧电压，采用机侧变流器控制捕获的风功率，机侧变流器采用基于转子磁链定向的矢量控制方式；

所述网侧变流器的控制环路包括：