[发明专利]一种同步发电机支撑电网运行的自同步电压源风电机组

权利要求书

1.一种同步发电机支撑电网运行的自同步电压源风电机组，其特征在于：包括，

控制单元通过自主感知电网频率变化，并结合同步发电机的惯量响应，由机侧变流器控制风电机组协同电网中同步发电机完成最优惯量响应；

计及所述惯量响应的风电机组最大功率跟踪控制单元，在所述风电机组的三个运行阶段内，结合风力机的转速和转动惯量与风能利用效率的关系设计动态补偿算法，使得风能利用效率和惯量响应效果达到综合最优，所述风电机组的三个运行阶段为：变速运行阶段、恒转速运行阶段和恒功率运行阶段，为了平衡所述风电机组的风能利用效率和惯量响应之间的矛盾，通过变增益的动态梯度补偿保证最大功率跟踪控制器的功率系数最优，确保风机实现惯量响应的同时，最大限度的减小风能利用率的降低；

则其实现的控制策略如下：

其中，k_ref为参考功率系数；k_opt为最优功率系数；k_s为固定惯量响应系数；dP_m(ω_t)/dω_t为动态梯度补偿增益；ω_syn为控制输出同步补偿角；

离网独立运行控制单元通过自主感知风电机组端口电压变化，控制机侧变流器协同机组变桨系统，完成所述风电机组出力与负荷的功率实时平衡；

在并离网切换过程中的无缝切换控制单元，通过端电压一致性控制算法控制所述并离网切换过程中风电机组端口电压的稳定。

2.根据权利要求1所述的同步发电机支撑电网运行的自同步电压源风电机组，其特征在于：包括，

利用直流电压控制环节控制直流母线电压稳定的同时达到并网自同步，采用PI调节器对所述直流母线电压进行调节，所述PI调节器的输出自主映射电网频率变化，与角频率基准值相加并积分得到变流器输出电压调制波的相角；

控制策略的实现公式如下：

ω＝ω₀+ω_syn＝ω₀+H_dc(u_dc-u_dc0)

其中，ω₀为电网角速度基准值，ω_syn为控制输出同步补偿角，ω为实际变流器输出角速度，H_dc为电压环控制传递函数，u_dc和u_dc0分别为直流母线电容电压实际值与给定值，以上控制变量均为标幺值；

由此，得到所述变流器输出角频率为：

其中，ω_b为电网角速度基准值，s为有名值。

3.根据权利要求2所述的同步发电机支撑电网运行的自同步电压源风电机组，其特征在于：包括，

所述PI调节器的输出与电压基准值相加得到所述变流器输出电压调制波的幅值，则控制策略的实现如下：

V_t＝V₀+V_Q＝V₀+H_Q(Q_ref-Q_g)

其中，V_t为变流器调制电压的实际值，V₀为调制电压的基准值，H_Q为无功外环控制传递函数，Q_ref为无功参考值，Q_g为变流器输出无功实际值，控制变量均为标幺值。

4.根据权利要求2或3所述的同步发电机支撑电网运行的自同步电压源风电机组，其特征在于：包括，

在变流器电压调制波幅值控制环路中引入基于直流电压控制输出同步补偿角的稳定控制策略，将同步补偿角乘以增益k_pss，并将其作为补偿值叠加至电压基准值上。