[发明专利]一种电压源型风电机组调频调压控制系统及方法

权利要求书

1.一种电压源型风电机组调频调压控制系统，其特征是：包括风电机组和飞轮储能单元，所述飞轮储能单元包括依次相连的飞轮、电机和电机变频器，风电机组定子侧与电机变频器电气相连，飞轮储能单元与风电机组电网侧变流器电气相连，所述风电机组转子依次通过转子侧变流器和电网侧变流器与电网电气相连，所述转子侧变流器控制端与转子侧SVPWM发生器输出端相连，转子侧SVPWM发生器输入端依次与电流控制环和电压控制环相连，所述电机变频器控制端与电机SVPWM发生器输出端相连，电机SVPWM发生器输入端与电机变频器电流控制环相连,风电机组机侧变流器用于控制风电机组定子侧功率输出，与飞轮储能单元的功率输出控制解耦。

2.一种电压源型风电机组调频调压控制方法，采用权利要求1所述的系统，其特征是：包括以下步骤：

S1:初始化控制器；

S2:计算相关系数；

相关系数包括风电机组有功波动系数和飞轮储能单元有功波动系数；

所述风电机组有功波动系数和飞轮储能单元有功波动系数表达式为：

其中，S_w和S_F分别为电压源型风电机组和飞轮储能单元有功波动系数，其中表示电压源型风电机组有功出力变化时对并网点频率的影响，表示飞轮储能单元有功出力变化时对并网点频率的影响；

S3:计算风电机组并网时所需无功给定和有功给定；

所述步骤S3包括：

S31:检测风电机组是否并网，若是，则进入步骤S32；若否，则结束；

S32:测量并网点电压、电流，计算并网点频率和电压偏差；

S33:计算所需的有功给定

P_wref＝P′_wref+S_wΔP

P_Fref＝P′_Fref+S_FΔP

其中，P_wref为风电机组的有功给定，P′_wref的初始值为预设值，P_Fref为飞轮储能单元的有功给定，P′_Fref的初始值为预设值；

S34:计算总的无功给定

ΔQ_总＝(ΔU-S_PU(ΔP_w+ΔP_F))/S_QU

其中，ΔU为并网点电压偏差；

S35:确定风电机组无功给定和飞轮储能系统的无功给定；

S351：判断风电机组无功给定Q_wref与总的无功给定ΔQ_总之和是否大于风电机组最大输出无功功率Q_wmax，若是，则进入步骤S352；若否，则风电机组无功给定

Q_wref＝Q′_wref+ΔQ_总

其中PF为风电机组给定的功率因数，P_w为风电机组输出实际有功功率,Q′_wref的初始值为预设值；

S352：令风电机组无功给定Q_wref＝Q_wmax；

S353：判断飞轮储能系统无功给定Q_Fref与飞轮储能系统应设无功给定ΔQ_F之和是否大于飞轮储能单元最大输出无功功率Q_Fmax，若是，则Q_Fref＝Q_Fmax；若否，则Q_Fref＝Q′_Fref+Q_Fmax；其中S_F为电机的额定容量，P_F为电机输出的瞬时有功，Q′_Fref的初始值为预设值；

S36:回退至步骤S31；

S4:对风电机组和飞轮储能单元进行有功出力和无功出力的分配；

所述步骤S4包括：

S401:获取定子坐标变换角度

θ₀＝∫(ω_grid-k_w(P_wref-P_w))

其中，ω_grid为锁相环输出的电网频率，k_w为风电机组的频率-有功下垂系数；

S402:获取定子有功功率P_s和无功功率Q_s

其中，i_sabc，u_sabc分别为定子电流和定子电压abc分量，u_sd，u_sq分别为定子电压dq分量，i_sd，i_sq分别为定子电流dq分量；

S403：令P_w＝P_s，Q_w＝Q_s，P_w返回至步骤S401，同时根据Q_w计算定子电压参考值V_sref

V_sref＝V_b-k_q(Q_wref-Q_w)

其中，V_b＝1为电网额定电压幅值，k_q为风力发电机组电压-无功下垂系数；

S404：得到电压控制环的表达式为：

电流控制环的表达式为：

其中，V_sd和V_sq为定子电压的dq分量，k_sdi为定子有功调节积分系数，k_sdp为定子有功调节比例系数，k_sqi为定子无功调节积分系数，k_sqp为定子无功调节比例系数，i_rd和i_rq为转子电流的dq分量，k_rdi为转子有功调节积分系数，k_rdp为转子有功调节比例系数，k_rqi为转子无功调节积分系数，k_rqp为转子无功调节比例系数，s为拉普拉斯算子。