[发明专利]一种全功率风电变流器的网侧控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种全功率风电变流器的网侧控制方法和系统，通过控制网侧变流器的交流电压幅值来保证变流器直流电压稳定，使得网侧变流器具备了自身构造交流电网的能力，可以在无外部交流电网的情况下，构造出频率、幅值可控的交流电压，并实现风电功率的稳定输送。解决了现有的全功率风电变换器功率控制方式依赖于交流输电系统或柔性直流输电系统提供外部交流电压，受限于交流输电系统的输电距离和柔性直流输电系统的成本，不适于推动深远海风电的大规模开发的技术问题。本发明提供控制方法可适用于单台风电机组或风电场连接于无源网络或黑启动的工况。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种全功率风电变流器的网侧控制方法和系统。

背景技术

目前海上风电普遍采用全功率变流器来实现功率变换。全功率变流器的典型电气结构示意图如图1所示，机侧变流器经电感滤波后与同步发电机连接，网侧变流器经电感电容滤波后与交流电网连接。一般情况下，网侧变流器经滤波后，通过逐级变压器进行电压变换后，与交流电网连接。在海上风电的应用场合，图中所示的交流电网可以是岸上电网系统经电缆提供，也可以是柔性直流输电系统或其他型式的输电系统提供。直流侧回路主要有卸荷设备和直流支撑电容构成。在现有的全功率风电变换器控制方案下，需要通过交流输电系统或柔性直流输电系统，为全功率风电变流器的稳定运行提供频率和幅值稳定的交流电压来作为功率变换的支撑和锁相环的参考。这种依赖于外部交流电压的功率控制方式受限于交流输电系统的输电距离和柔性直流输电系统的成本，不适于推动深远海风电的大规模开发。

发明内容

本发明实施例提供了一种全功率风电变流器的网侧控制方法和系统，用以解决现有的全功率风电变换器功率控制方式依赖于交流输电系统或柔性直流输电系统提供外部交流电压，受限于交流输电系统的输电距离和柔性直流输电系统的成本，不适于推动深远海风电的大规模开发的技术问题。

有鉴于此，本发明第一方面提供了一种全功率风电变流器的网侧控制方法，包括：

以网侧变流器的直流侧电压为外环d轴控制目标，将直流电压参考值与直流电压实际值比较，差值经比例积分控制器得到内环d轴电流参考值；

将内环d轴电流参考值与内环d轴电流实际值比较，差值经比例积分控制器，比例积分控制器的输出叠加d轴的电压耦合项Δu_gd，得到d轴输出的电压参考值；

以网侧变流器的q轴电压为外环q轴控制目标，将q轴电压参考值与q轴电压实际值比较，差值经比例积分控制器得到内环q轴电流参考值；

将内环q轴电流参考值与内环q轴电流实际值比较，差值经比例积分控制器，比例积分控制器的输出叠加q轴电流的耦合项Δu_gq，得到q轴输出的电压参考值；

将d轴输出的电压参考值和q轴输出的电压参考值经dq/abc坐标变换器进行坐标变换，将坐标变换后的电压输入PWM调制器进行调制，输出PWM调制信号对网侧变流器的功率进行控制。

可选地，dq/abc坐标变换器进行坐标变换使用的相位信号由网侧变流器产生，产生方法包括：

将网侧变流器的无功功率参考值与无功功率实际值比较，差值经低通滤波器滤波后，叠加无功功率下垂系数，得到相位信号补偿量；

将外部全局时钟系统向风电变流器安装的时钟接受装置发送的基准相位信号与相位信号补偿量叠加，得到网侧相位信号。

可选地，dq/abc坐标变换器进行坐标变换使用的相位信号由网侧变流器产生，产生方法包括：

将网侧变流器的无功功率参考值与无功功率实际值比较，差值经低通滤波器滤波后，叠加无功功率下垂系数，得到角频率补偿量；

将角频率补偿量叠加给定的角频率，经积分器积分后得到网侧相位信号。可选地，d轴的电压耦合项Δu_gd为：