[发明专利]一种具有黑启动功能的全功率风电机组控制系统及方法

权利要求书

1.一种具有黑启动功能的全功率风电机组控制系统，其特征在于，包括：控制风电机组的直流母线电压的网侧变流器、控制风电机组捕获的风功率的机侧变流器、控制风轮转速的变桨控制器；

其中，所述网侧变流器的控制环路包括：

直线母线电压的标幺值与直流母线电压的额定标幺值之差经过一个PI调节器作为选通开关S1位置2的输入，选通开关S1位置1的输入为0；采用锁相环观测风电场交流母线电压的相位θ_p，选通开关S1的输出Δθ_p与锁相环输出的相位θ_p之和为θ_s；选通开关S2位置1的输入为θ_s，直流母线电压的标幺值经过增益为ω_Bg积分器，其输出θ_ISynC为选通开关S2位置2的输入，选通开关S2的输出为网侧变流器调制电压的相位θ；风电机组根据风电场交流母线电压调节网侧变流器的调制电压幅值即风电场母线电压的参考值与反馈值之差经过PI调节器，其输出为选通开关S3位置2的输入，选通开关S3位置1的输入为0，选通开关S3的输出叠加到调制电压的初始值作为网侧变流器的调制电压幅值根据所述调制电压幅值与相位θ生成网侧变流器的调制信号用于正弦脉宽调制。

2.根据权利要求1所述的具有黑启动功能的全功率风电机组控制系统，其特征在于，所述机侧变流器采用电流内环、直流电压下垂外环的双环控制结构，直流母线电压的额定标幺值与反馈标幺值之差经过下垂系数为K_dr的下垂控制器，其输出为定子电流的q轴参考值定子电流d轴参考值为0；电流内环采用基于转子磁链定向的矢量控制方式。

3.根据权利要求1所述的具有黑启动功能的全功率风电机组控制系统，其特征在于，所述变桨控制器中，风轮转速标幺值与风轮转速设定值之差经过一个PI调节器，PI调节器的输出为选通开关S4位置2的输入，选通开关S4位置1的输入为0；风轮实际输出功率的标幺值与风轮输出功率的限幅值之差经过一个PI调节器，这个PI调节器的输出与选通开关S4的输出、风轮桨距角初始值β₀之和作为风轮桨距角的参考值β_ref；桨距角的参考值β_ref与其反馈值β之差，经过时间常数为T_β的积分器，再经过变化率与幅值的限制环节后输出为实际的桨距角β。

4.一种如权利要求1-3中任一项所述的具有黑启动功能的全功率风电机组控制系统的控制方法，其特征在于，根据黑启动风电场中风电机组的启动顺序，将风电机组分为两类，分别为率先启动的风电机组以及后续启动的风电机组；

所述率先启动的风电机组的启动过程中，机侧变流器先于网侧变流器启动，率先启动的风电机组的启动过程如下：

(1-1)变桨控制器的开关S4处在位置1，即风轮的初始桨距角为β₀，机侧断路器闭合，机侧电流器连接到永磁同步发电机，依靠机侧变流器的二极管整流给直流电压预充电；

(1-2)开通机侧变流器的触发脉冲s_sabc，启动机侧变流器控制环路，由于网侧变流器未启动、风电机组输出功率接近零，直流电压被控制在额定值；

(1-3)变桨控制器的开关S4转到位置2，风轮转速调节器被接入变桨控制环路中，以控制风轮转速在参考值

(1-4)网侧变流器启动前，开关S1处在位置1，开关S2处在位置2，开关S3处在位置1，机侧变流器稳定运行后，开通网侧变流器触发脉冲s_gabc，直流电压经过积分器即为调制电压的相位θ，与初始幅值生成调制电压信号用于网侧变流器的正弦脉冲宽度调制；

(1-5)闭合网侧断路器，率先启动的风电机组对风场母线充电；

(1-6)开关S3转到位置2，风电场母线电压反馈控制被投入到控制环路中，率先启动的风电机组启动完毕。