基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法及装置，当全功率风力发电机系统突加或突减负荷时，通过减小锁相环带宽并改变锁相环的阻尼比，使得锁相环不能立即锁准电网相位和频率，从而使得直流母线电容电压因电网的突变而发生相应的变化；通过减小直流母线电压控制环的带宽，并调节直流母线电压环阻尼比，使得直流母线电压不会太快地调节到其参考值，利用直流母线电压的快速响应来对电网表现惯性；将直流母线测量值与直流母线电压指令值作差，将此差值乘以比例系数获得附加指令，并将附加指令加入转速环中对全功率型风电机组的转动能量进行利用，使得全功率型风电机组能对系统提供惯性支持。本发明专利技术避免了系统的低转动惯量导致频率的快速、剧烈变化。

【技术实现步骤摘要】
基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法及装置
本专利技术属于风力发电机领域，更具体地，涉及一种基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法及装置。
技术介绍
风电作为一种清洁、友好型能源已成为近年来发展最快的可再生能源。在各种类型的风力发电系统中，全功率型风力发电系统以其调速范围宽、可实现发电机与电网解耦、运行稳定可靠、可实现有功和无功功率的独立调节等优点，近年来发展迅速，已成为各厂家争相研究、使用的机型。全功率型风力发电系统传统控制是基于锁相同步的电流矢量控制。机侧变流器的矢量控制采用双闭环结构，即外环为风电机组转速控制环，内环为机侧d、q轴电流控制环。机侧变流器经过直流母线电容与网侧变流器相连。网侧变流器也采用双闭环结构，即外环为直流母线电压控制环和无功功率控制环，内环为网侧d、q轴电流控制环。网侧变流器利用锁相环(PLL)快速检测电网频率，以获得全功率型风电机组的并网基准角度，通过调节网侧变流器内电势来实现并网。全功率型风力发电机通过机侧变流器、直流母线电容、网侧变流器，最终实现并网，这样便实现了全功率型风力发电机的变速恒频运行、以及有功和无功功率的独立调节。传统的基于锁相同步的电流矢量控制，实质是通过网侧变流器控制网侧电流的幅值、频率和相位实现对网侧输出有功、无功功率的控制，使全功率型风力发电系统对外表现为幅值、频率受控的电流源。传统的全功率型风电机组控制方式下，与电网动态相比，锁相环与直流母线电压环一般设计为较快。电网突加或突减负荷时，全功率型风电机组的内电势会立即作出响应。也就是说，传统控制方式下的全功率型风电机组不像常规同步电源，即无法为电网提供惯性支撑作用。随着类似上述传统控制方式下的全功率型风电机组在电网中渗透率的提高，同步电源的比重逐渐降低，这使得电力系统的总转动惯量明显减小，而系统的低惯量会导致一旦发生突加或突减负荷，系统频率会快速、严重地偏离其额定值。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法及装置，旨在解决现有技术中由于低转动惯量导致频率的快速、剧烈变化的问题。本专利技术提供了一种基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法，包括下述步骤：(1)通过减小锁相环带宽，并改变锁相环的阻尼比，使得当全功率风力发电机系统突加或突减负荷时，锁相环不能立即锁准电网相位和频率，锁相环锁出的控制参考角度能在一定时间内保持原有状态，从而使得直流母线电容电压因电网的突变而发生相应的变化；其中，阻尼比调节范围为(1～1.1)，锁相环的带宽调节为传统锁相环带宽的十分之一左右；(2)通过减小直流母线电压控制环的带宽，并调节直流母线电压控制环阻尼比，使得直流母线电压不会太快地调节到其参考值，而是在一定时间内保持与电网频率的同步变化，从而利用直流母线电压的快速响应来快速对电网表现惯性；其中，直流母线电压控制环的带宽调节为传统直流母线电压控制环带宽的五分之一左右，直流母线电压控制环阻尼比调节至略大于1；(3)检测直流母线电压值，将直流母线测量值与直流母线电压指令值作差，将此差值乘以比例系数获得附加指令，并将所述附加指令加入转速环中从而对全功率型风电机组的转动能量进行利用；其中，所述比例系数为10-30；(4)通过重复步骤(1)、(2)、(3)对上述控制参数进行微调，使得全功率型风电机组的内电势响应得以优化，内电势会表现出相应的惯性，使得全功率型风电机组能对系统提供惯性支持。本专利技术还提供了一种基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法，包括下述步骤：(1)通过减小锁相环带宽，并改变锁相环的阻尼比，使得当全功率风力发电机系统突加或突减负荷时，锁相环不能立即锁准电网相位和频率，锁相环锁出的控制参考角度能在一定时间内保持原有状态，从而使得直流母线电容电压因电网的突变而发生相应的变化；其中，阻尼比调节范围为(1～1.1)，锁相环的带宽调节为传统锁相环带宽的十分之一左右；(2)检测锁相环的q轴电压分量uq，将uq乘以比例系数获得附加指令，并将所述附加指令加入转速环中对全功率型风电机组的转动能量进行利用；其中所述比例系数为5-20；(3)通过重复步骤(1)、(2)对上述控制参数进行微调，使得全功率型风电机组的内电势响应得以优化，内电势会表现出相应的惯性，使得全功率型风电机组能对系统提供惯性支持。本专利技术提供了一种基于内电势响应的全功率风力发电机的控制装置，包括机侧变流器控制器、锁相环和网侧变流器控制器；所述机侧变流器控制器包括转速控制器和第一转矩指令发生器，所述第一转矩指令发生器的输入端连接直流母线电压测量值Udc，所述转速控制器的第一输入端用于连接电机转速信号ωr，所述转速控制器的第二输入端连接至所述第一转矩指令发生器的输出端，所述转速控制器的输出端连接至机侧变流器的反馈控制端，所述转速控制器用于根据所述电机转速信号ωr和所述第一转矩指令发生器的输出获得机侧变流器驱动信号；所述锁相环的输入端连接至电压测量单元，用于对三相交流电网电压Ug进行锁相处理并输出电网电压矢量相位角θ；所述网侧变流器控制器包括无功功率控制器、第一直流母线电压控制器和矢量合成器；所述无功功率控制器的输入端连接至所述锁相环的输出端，所述第一直流母线电压控制器的第一输入端连接直流母线电压测量值Udc，所述第一直流母线电压控制器的第二输入端连接至所述锁相环的输出端，所述矢量合成器的第一输入端连接至所述无功功率控制器的输出端，所述矢量合成器的第二输入端连接至第一直流母线电压控制器的输出端，所述矢量合成器的输出端连接至网侧变流器的反馈控制端，所述矢量合成器用于对所述无功功率控制器输出的无功控制信号和所述第一直流母线电压控制器输出的有功控制信号进行合成并输出网侧变流器驱动信号。本专利技术提供了一种基于内电势响应的全功率风力发电机的控制装置，其特征在于，包括机侧变流器控制器、锁相环和网侧变流器控制器；所述锁相环的输入端连接至电压测量单元，用于对电压测量单元输出的三相交流电网电压Ug进行锁相处理，并由第一输出端输出电网电压矢量相位角θ，第二输出端输出q轴电压分量uq；所述机侧变流器控制器包括转速控制器和第一转矩指令发生器，所述第二转矩指令发生器的输入端连接至所述锁相环的第二输出端，所述转速控制器的第一输入端连接至电机转速信号ωr，所述转速控制器的第二输入端连接至所述第二转矩指令发生器的输出端，所述转速控制器的输出端连接至机侧变流器的反馈控制端，所述转速控制器用于根据所述电机转速信号ωr和所述第二转矩指令发生器的输出获得机侧变流器驱动信号；所述网侧变流器控制器包括无功功率控制器、第二直流母线电压控制器和矢量合成器；所述无功功率控制器的输入端连接至所述锁相环的第一输出端，所述第二直流母线电压控制器的第一输入端连接直流母线电压测量值Udc，所述第二直流母线电压控制器的第二输入端连接至所述锁相环的第一输出端，所述矢量合成器的第一输入端连接至所述无功功率控制器的输出端，所述矢量合成器的第二输入端连接至第二直流母线电压控制器的输出端，所述矢量合成器的输出端连接至网侧变流器的反馈控制端，所述矢量合成器用于对所述无功功率控制器输出的无功控制信号和所述第二直流母线电压控制器输出的有功控制信号进行合成并输出网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)通过减小锁相环带宽，并改变锁相环的阻尼比，使得当全功率风力发电机系统突加或突减负荷时，锁相环不能立即锁准电网相位和频率，锁相环锁出的控制参考角度能在一定时间内保持原有状态，从而使得直流母线电容电压因电网的突变而发生相应的变化；其中，阻尼比调节范围为(1～1.1)，锁相环的带宽调节为传统锁相环带宽的十分之一左右；(2)通过减小直流母线电压控制环的带宽，并调节直流母线电压环阻尼比，使得直流母线电压不会太快地调节到其参考值，而是在一定时间内保持与电网频率的同步变化，从而利用直流母线电压的快速响应来快速对电网表现惯性；其中，直流母线电压控制环的带宽调节为传统直流母线电压控制环带宽的五分之一左右，直流母线电压控制环阻尼比调节至略大于1；(3)检测直流母线电压值，将直流母线测量值与直流母线电压指令值作差，将此差值乘以比例系数获得附加指令，并将所述附加指令加入转速环中从而对全功率型风电机组的转动能量进行利用；其中，所述比例系数为10‑30；(4)通过重复步骤(1)、(2)、(3)对上述控制参数进行微调，使得全功率型风电机组的内电势响应得以优化，内电势会表现出相应的惯性，使得全功率型风电机组能对系统提供惯性支持。...

【技术特征摘要】
1.一种基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)通过减小锁相环带宽，并改变锁相环的阻尼比，使得当全功率风力发电机系统突加或突减负荷时，锁相环不能立即锁准电网相位和频率，锁相环锁出的控制参考角度能在一定时间内保持原有状态，从而使得直流母线电容电压因电网的突变而发生相应的变化；其中，阻尼比调节范围为1～1.1，锁相环的带宽调节为传统锁相环带宽的十分之一左右；(2)通过减小直流母线电压控制环的带宽，并调节直流母线电压环阻尼比，使得直流母线电压不会太快地调节到其参考值，而是在一定时间内保持与电网频率的同步变化，从而利用直流母线电压的快速响应来快速对电网表现惯性；其中，直流母线电压控制环的带宽调节为传统直流母线电压控制环带宽的五分之一左右，直流母线电压控制环阻尼比调节至略大于1；(3)检测直流母线电压值，将直流母线测量值与直流母线电压指令值作差，将此差值乘以比例系数获得附加指令，并将所述附加指令加入转速环中从而对全功率型风电机组的转动能量进行利用；其中，所述比例系数为10-30；(4)通过重复步骤(1)、(2)、(3)对上述控制参数进行微调，使得全功率型风电机组的内电势响应得以优化，内电势会表现出相应的惯性，使得全功率型风电机组能对系统提供惯性支持。2.一种基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)通过减小锁相环带宽，并改变锁相环的阻尼比，使得当全功率风力发电机系统突加或突减负荷时，锁相环不能立即锁准电网相位和频率，锁相环锁出的控制参考角度能在一定时间内保持原有状态，从而使得直流母线电容电压因电网的突变而发生相应的变化；其中，阻尼比调节范围为1～1.1，锁相环的带宽调节为传统锁相环带宽的十分之一左右；(2)检测锁相环的q轴电压分量uq，将uq乘以比例系数获得附加指令，并将所述附加指令加入转速环中对全功率型风电机组的转动能量进行利用；其中所述比例系数为5-20；(3)通过重复步骤(1)、(2)对上述控制参数进行微调，使得全功率型风电机组的内电势响应得以优化，内电势会表现出相应的惯性，使得全功率型风电机组能对系统提供惯性支持。3.一种基于内电势响应的全功率风力发电机的控制装置，其特征在于，包括机侧变流器控制器(10)、锁相环(11)和网侧变流器控制器(12)；所述机侧变流器控制器(10)包括转速控制器(101)和第一转矩指令发生器(102)，所述第一转矩指令发生器(102)的输入端连接直流母线电压测量值Udc，所述转速控制器(101)的第一输入端用于连接电机转速信号ωr，所述转速控制器(101)的第二输入端连接至所述第一转矩指令发生器(102)的输出端，所述转速控制器(101)的输出端连接至机侧变流器(3)的反馈控制端，所述转速控制器(101)用于根据所述电机转速信号ωr和所述第一转矩指令发生器(102)的输出获得机侧变流器驱动信号；所述锁相环(11)的输入端连接至电压测量单元(7)，用于对三相交流电网电压Ug进行锁相处理并输出电网电压矢量相位角θ；所述网侧变流器控制器(12)包括无功功率控制器(121)、第一直流母线电压控制器(122)和矢量合成器(123)；所述无功功率控制器(121)的输入端连接至所述锁相环(11)的输出端，所述第一直流母线电压控制器(122)的第一输入端连接直流母线电压测量值Udc，所述第一直流母线电压控制器(122)的第二输入端连接至所述锁相环(11)的输出端，所述矢量合成器(123)的第一输入端连接至所述无功功率控制器(121)的输出端，所述矢量合成器(123)的第二输入端连接至第一直流母线电压控制器(122)的输出端，所述矢量合成器(123)的输出端连接至网侧变流器(5)的反馈控制端，所述矢量合成器(123)用于对所述无功功率控制器(121)输出的无功控制信号和所述第一直流母线电压控制器(122)输出的有功控制信号进行合成并输出网侧变流器驱动信号。4.一种基于内电势响应的全功率风力发电机的控制装置，其特征在于，包括机侧变流器控制器(10)、锁相环(11)和网侧变流器控制器(12)；所述锁相环(11)的输入端连接至电压测量单元(7)，用于对电压测量单元(7)输出的三相交流电网电压Ug进行锁相处理，并由第一输出端输出电网电压矢量相位角θ，第二输出端输出q轴电压分量uq；所述机侧变流器控制器(10)包括转速控制器(101)和第二转矩指令发生器(103)，所述第二转矩指令发生器(103)的输入端连接至所述锁相环(11)的第二输出端，所述转速控制器(101)的第一输入端连接至电机转速信号ωr，所述转速控制器(101)的第二输入端连接至所述第二转矩指令发生器(103)的输出端，所述转速控制器(101)的输出端连接至机侧变流器(3)的反馈控制端，所述转速控制器(101)用于根据所述电机转速信号ωr和所述第二转矩指令发生器(103)的输出获得机侧变流器驱动信号；所述网侧变流器控制器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡家兵，袁小明，李帅，
申请(专利权)人：华中科技大学，国家电网公司，江苏省电力公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42