[发明专利]一种全功率风电机组的稳定控制系统及其参数设计方法

说明书

本发明涉及风电机组控制技术领域，具体涉及一种全功率风电机组的稳定控制系统及其参数设计方法。包括电压源型控制的全功率风电机组，所述风电机组的惯量传递控制环路中设置机侧稳定控制器；所述机侧稳定控制器，用于调节风电机组中机侧变流器输出有功功率的相位，提高稳定控制系统的稳定性；所述风电机组的网侧变流器连接网侧稳定控制器；所述网侧稳定控制器，用于增大网侧阻尼功率系数，提高稳定控制系统的稳定性。本发明能够减少电压源型控制的风电机组因增大惯量传递控制引起的振荡失稳，提高风电机组的稳定性。

技术领域

本发明涉及风电机组控制技术领域，具体涉及一种全功率风电机组的稳定控制系统及其参数设计方法。

背景技术

现有技术中，公开号为CN109217366A、申请号为CN201811124760.8的中国发明专利，公开了一种电压源型控制的全功率风电机组，其并网系统结构如图1所示，其中机侧变流器采用基于转子磁链定向的矢量控制，网侧变流器采用“惯性同步”控制。在网侧变流器控制环路中，直流侧电压的标幺值输入到积分控制器，该控制器的输出作为网侧变流器输出电压u_g的相位θ用于脉冲宽度调制(PWM)。可以通过调节调制电压幅值来控制网侧变流器输出的无功功率PWM模块基于θ，和生成三相开关信号s_abc。机侧变流器采用功率外环、电流内环的双环控制结构，根据风轮转速产生最优功率参考值实现最优功率控制。

在图1所示的控制方式下，风电机组直流侧电压能够自主感知电网频率变化。惯量传递控制器通过检测直流电压的变化率，并将变化率乘以惯量传递系数K_C，该结果乘以-1即为惯量传递控制器的输出值加上最大功率控制器的输出值作为有功功率参考值

图1中的惯量传递控制环路能够将风轮惯量传递到电网侧，实现风电机组对电网的惯量响应功能。然而，随着惯量传递控制系数K_C的增大，风电机组在弱电网中的运行稳定性下降，容易引发风电机组振荡失稳。因此，有必要研究这种电压源型控制风电机组的稳定控制方法。

发明内容

本发明为实现上述发明目的，采取的技术方案如下：

一种全功率风电机组的稳定控制系统，包括电压源型控制的全功率风电机组，所述风电机组的惯量传递控制环路中设置机侧稳定控制器；所述机侧稳定控制器，用于调节风电机组中机侧变流器输出有功功率的相位，提高稳定控制系统的稳定性；所述风电机组的网侧变流器连接网侧稳定控制器；所述网侧稳定控制器，用于增大网侧阻尼功率系数，提高稳定控制系统的稳定性。

作为本发明的优选技术方案：所述机侧稳定控制器为惯量传递控制环路中串联三级低通滤波器；所述低通滤波器采用时间常数为T₂的一阶低通滤波器。

作为本发明的优选技术方案：所述时间常数为T₂时，电力系统频率变化过程的调节时间为T_s，对应的惯量时间常数T_iner为T_s/4，为使低通滤波器能够较完整地传递电网频率变化信号，需满足时间常数T₂小于T_iner/10。

作为本发明的优选技术方案：所述风电机组的潜在谐振频率为ω_res时，为使低通滤波器能够有效调节风电机组中机侧变流器输出有功功率的相位，需满足时间常数T₂大于10/ω_res。

作为本发明的优选技术方案：所述网侧稳定控制器测量出直流电压，该直流电压经过时间常数为T_dc的高通滤波器，再经过增益为K_PSS的放大环节作为附加的调制电压，叠加到原有的电压幅值上用于正弦脉冲宽度调制。

作为本发明的优选技术方案：所述网侧稳定控制器中需要整定的参数是高通滤波时间常数T_dc、致稳控制系数K_PSS。