[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

说明书

本发明提供一种具有黑启动功能的全功率风电机组控制系统及控制方法，控制系统包括：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。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。本发明具有独立自主运行的能力，能够作为黑启动电源，带动风电场中其他风电机组，逐步扩大实现风电场的黑启动，并恢复风电场所接的局部负荷。接入负荷后，风电机组机侧变流器的下垂控制能够使风电场中风电机组之间的负荷容量按照机侧变流器的下垂控制系数之比进行分配。

技术领域

本发明涉及电学技术领域，具体涉及一种具有黑启动功能的全功率风电机组控制系统及方法。

背景技术

电力系统的黑启动，指的是当全网或者局部电网由于故障停止运行时，电力系统中具有自主启动能力的发电单元，带动不具有自主启动能力的单元，并逐渐扩大恢复电力系统的范围，从而实现全部电网的恢复。当前电力系统中通常采用的黑启动电源为燃油、燃气发电机组以及水轮发电机组等。水能资源匮乏的地区和季节难以采用水轮发电机组作为黑启动电源。另外，由于燃油、燃气轮发电机组成本较高，不适宜作为黑启动电源大范围推广。将风力发电机组作为黑启动电源，能够丰富电网出现大停电事故时可选择的黑启动方案，在加强电力系统的可靠性和安全性等方面具有重大的现实意义。

传统并网型的全功率风电机组，采用基于电网电压定向的矢量控制方法，其网侧变流器需要锁相环观测电网电压相位，因而不具有独立自主运行能力，不可以作为黑启动电源。因此，为了将全功率风电机组作为单独的电源实现黑启动，有必要研究全功率风电机组具有黑启动功能的控制策略。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有黑启动功能的全功率风电机组控制系统及方法，在电网故障时以一台全功率风电机组作为黑启动电源，带动风电场中其他的风电机组，逐步扩大实现风电场的黑启动，并恢复风电场所接的局部负荷。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种具有黑启动功能的全功率风电机组控制系统，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。

其中，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(即1.0p.u.)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。