[发明专利]一种具有主动惯量响应能力的双馈风电机组

说明书

本发明公开了一种具有主动惯量响应能力的双馈风电机组，其包括：网侧变流器惯性同步控制模块以及转子侧变流器虚拟同步控制模块；其中，所述网侧变流器惯性同步控制模块包括：调制波频率生成模块以及调制波幅值生成模块；所述转子侧变流器虚拟同步控制模块包括：同步控制环、下垂控制环、励磁控制环以及预同步控制环。本发明的具有主动惯量响应能力的双馈风电机组，能够避免系统发生严重的频率二次跌落，并且在较大的负载投切过程中仍能保持稳定，能够在惯量响应的过程中仍保持对于转速的直接控制。

技术领域

本发明涉及发电机控制技术领域，特别涉及一种具有主动惯量响应能力的双馈风电机组。

背景技术

随着近期以风力发电、光伏发电为代表的清洁能源的飞速发展，电力系统正在经历从集中式发电到分布式发电系统的转变，绝大多数的风力发电机通过电力电子变流器和电网进行能量的交互，电网频率和发电机转速以及机组有功功率之间不存在耦合，在电网频率波动时，发电机无法提供额外的功率支撑，避免电网频率进一步跌落，而传统的同步发电机由于发电机转子惯量的存在，能够主动响应电网频率的变化，提供惯量响应与频率支撑，因此如何对双馈风机进行虚拟同步电机(Virtual Synchronous Generator，VSG)控制，使得双馈风机具有和同步发电机类似的惯量响应和同步特性成为了下一步双馈风机控制的主要发展方向。

在目前存在的几种主流的虚拟同步方式中，通过对于双馈风电机组转子侧变流器控制策略的改造，能够使其体现出同步发电机的外特性，从一定程度上来说能够起到频率响应与惯量支撑，但是其问题在于，传统的虚拟控制方法不能够实现对于发电机转速的直接控制，在惯量响应的过程中，发电机的转速实际上处于一个失控的状态，当发电机转速跌落至下限值时，为了保护风电机组，附加功率将强制性切除，这将导致电网频率发生严重的频率二次跌落。不仅如此，在传统的虚拟同步控制中，对于某一特定的风速，存在最大的负载域度，当投入的负载大于此域度时，风电机组将不可避免的振荡发散，因此目前双馈风电机组的惯量响应能力不是无限的，如何扩大双馈风电机组的最大负载域度，使其在较大的负载投切过程中仍保持稳定，并且能够在惯量响应的过程中仍保持对于转速的直接控制，成为目前虚拟同步控制方面的主要难点。

现有的技术中，比如申请(专利)号201811120046.1的发明申请，公开了一种风力发电系统的虚拟同步机控制方法及装置，该专利能够实现在中等风速稳态情况下的虚拟同步控制，但是该方法无法有效解决低风速情况下的电网频率二次跌落问题，仍存在较大的局限性。又如，申请(专利)号为201810307473.4的发明申请，公开了一种双馈风力发电机超速减载控制变参数虚拟惯量控制方法，但其运行过程中需要人为减少所能发出的最大功率，从经济性角度上分析造成了极大的浪费。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种具有主动惯量响应能力的双馈风电机组，能够避免系统发生严重的频率二次跌落，并且在较大的负载投切过程中仍能保持稳定，能够在惯量响应的过程中仍保持对于转速的直接控制。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种具有主动惯量响应能力的双馈风电机组，其包括：网侧变流器惯性同步控制模块以及转子侧变流器虚拟同步控制模块；所述网侧变流器惯性同步控制模块用于控制双馈风电机组的网侧变流器，控制所述网侧变流器的无功功率并将电网频率的变化反应到直流母线电压的变化上；转子侧变流器改进型虚拟同步控制模块用于控制双馈风电机组的转子侧变流器，使得所述双馈发电机具备类似同步发电机的外特性，以及惯量响应与频率支撑的能力，并同时具备对于发电机转速的直接控制能力；其中，

所述网侧变流器惯性同步控制模块包括：调制波频率生成模块以及调制波幅值生成模块；

所述调制波频率生成模块用于控制双馈风电机组的直流母线电压，使得直流母线电压的实际值快速跟踪其指令；

所述调制波幅值生成模块用于控制网侧变流器的无功功率，使得双馈风电机组的网侧变流器实现单位功率因数运行；