[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

说明书

本发明公开了一种同步发电机支撑电网运行的自同步电压源风电机组，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；计及惯量响应的风电机组最大功率跟踪控制单元，在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；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并离网切换过程中风电机组端口电压的稳定。

技术领域

本发明涉及电气工程的技术领域，尤其涉及一种同步发电机支撑电网运行的自同步电压源风电机组。

背景技术

近年来，随着风力发电技术的不断发展，风电渗透率不断提高，风电场通过远距离输电线路连接至电网，使得风电机组与电网之间存在弱连接关系，在这种情况下，传统的基于锁相环的电网电压定向的矢量控制策略控制的变流器动态性能变差，极易与电网发生谐波振荡等交互作用；与此同时，新能源的大量接入导致电网系统惯量缺失，造成负荷波动下系统频率变化剧烈，危及电力网络的安全稳定运行。

另一方面，在电网负荷变动引起系统频率偏离正常范围时，基于锁相环控制的变流器无法像传统同步发电机一样响应电网频率变化，系统的整体惯性降低，加大了电网频率调整的难度。当电网出现大干扰时，系统频率稳定性将受到严重的影响。除此之外，传统的基于锁相环的变流器也无法独立带负荷运行。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种同步发电机支撑电网运行的自同步电压源风电机组，能够解决并离网切换过程中风电机组端口电压不稳定的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：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；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。

作为本发明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的一种优选方案，其中：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。