一种附加储能的构网型风电机组的控制系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及一种附加储能的构网型风电机组的控制系统与方法

【技术实现步骤摘要】
一种附加储能的构网型风电机组的控制系统与方法


[0001]本专利技术涉及风力发电机组的电气控制
，具体涉及一种附加储能的构网型风电机组的控制系统与方法
。

技术介绍

[0002]目前，风电机组大多采用基于电网电压定向的矢量控制方法，对电网呈现出电流源外特性，无法主动支撑电网，并且在高比例接入电网时容易出现谐波振荡等问题
。
构网型控制模拟同步发电机运动方程，使并网变换器呈现出电压源外特性，具有主动响应负荷功率波动
、
支撑电网等优势，此外在高比例接入电网的工况下运行稳定性较好
。
[0003]在构网型风电机组的直流侧附加一定的储能单元，能够增大风电机组的控制自由度
。
当前，附加储能单元的构网型风电机组存在两种运行模式：模式一，构网型风电机组工作在最大功率运行模式，利用风轮旋转动能实现对电网的惯量支撑，储能单元不参与惯量响应，这种模式会使构网型风电机组偏离最优功率运行点，影响最大功率捕获；模式二，利用储能单元的充电
、
放电可以实现构网型风电机组对电网惯量支撑，这种模式不会影响风电机组的最大风能捕获
。
然而，在模式二中储能单元还存在电池荷电状态异常等情况，如荷电状态过高
、
荷电状态过低，此时需要对储能单元进行强制放电
、
充电，以维持荷电状态在合理范围之内
。
因此，需要研究储能单元
、
构网型风电机组的协调控制系统与方法，在使构网型风电机组实现最大风能捕获的同时
、
解决储能单元的充放电问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决上述现有技术的问题，面向附加储能的全功率变换风电机组，提出一种附加储能的构网型风电机组的控制系统与方法，根据电池的荷电状态协调储能单元和风轮实现对电网的惯量支撑功能；提出适用于储能单元的强制充电
、
放电方法，避免电池荷电状态异常
。
[0005]为实现上述专利技术目的，采取的技术方案如下：一种附加储能的构网型风电机组的控制系统，包括风轮
、
永磁同步发电机
、
机侧变换器
、
网侧变换器与储能单元，机侧变换器
、
网侧变换器的直流侧并联直流电容，储能单元包含双向直流
/
直流变换器和电池，双向直流
/
直流变换器的高压侧与所述直流电容并联，双向直流
/
直流变换器的低压侧连接电池；
[0006]所述储能单元的双向直流
/
直流变换器采用如下控制结构：荷电状态
(SOC)
控制模块输出的直流电容电压额定值的调节量与1相加后为直流电容电压的额定值，直流电容电压的标幺值与直流电容电压的额定值相减后经过一个增益为
K
d
的比例环节后再进入一个使能模块
En1
；电池的荷电状态
SOC、
直流电压的标幺值进入惯量支撑控制模块后输出储能侧惯量支撑调节量，使能模块
En1
的输出叠加储能侧惯量支撑调节量后为双向直流
/
直流变换器吸收电流的参考值，双向直流
/
直流变换器吸收电
流的参考值与双向直流
/
直流变换器吸收电流的反馈值之差经过一个
PI
调节器后为调制电压信号；调制电压信号与网侧变换器的直流电压反馈值
u
dc
进入储能变换器调制模块后，生成用于调制双向直流
/
直流变换器的触发信号
s
g1
、s
g2
。
[0007]所述网侧变换器采用如下控制结构：
[0008]网侧变换器的直流电压反馈值
u
dc
除以网侧变换器的直流电压参考值
u
dcref
后得到直流电压的标幺值，直流电压的标幺值进入映射控制模块后输出为网侧变换器输出电压频率的标幺值，网侧变换器输出电压频率的标幺值经过一个增益为电网基波角频率基准值
ω
Bg
(
即
100
π
)
的积分器后的输出为网侧变换器调制电压的相位
θ
；
[0009]并网点电压幅值的参考值与反馈值之差经过一个增益为
K
的比例环节，再叠加网侧变换器的调制电压初始值后得到网侧变换器调制电压的幅值；脉冲宽度调制环节根据幅值
、
相位
θ
生成网侧变换器的触发脉冲信号
s
gabc
。
[0010]所述映射控制模块采用如下结构：
[0011]直流电压的标幺值经过一个增益为
K
y
的比例环节后，再经过时间常数为
T
的一阶低通滤波器后为输出网侧变换器输出电压频率的标幺值；
[0012]时间常数
T
的取值范围为
。
[0013]所述机侧变换器采用如下控制结构：
[0014]电池的荷电状态
SOC、
直流电压的标幺值进入惯量支撑控制模块后的输出为机侧惯量支撑调节量；检测风轮转速
ω
t
进入最大功率跟踪模块
(MPPT)
后的输出为最优功率的参考值，最优功率的参考值与机侧输出有功功率的反馈值进入有功功率控制模块后的输出叠加机侧惯量支撑调节量作为
q
轴电流的参考值，
d
轴电流的参考值
、q
轴电流的参考值进入电流控制模块后再经过脉冲宽度调制生成机侧变换器的触发脉冲信号
s
mabc
，
d
轴电流的参考值为零
。
[0015]所述惯量支撑控制模块采用如下控制结构：
[0016]直流电压的标幺值分别经过增益为
K
y
、K
in
的比例环节，再经过一个微分环节后进入使能模块
En2
，使能模块
En2
的输出分别作为选通开关
S1
位置
2、
选通开关
S2
位置1的输入；选通开关
S1
位置1的输入为0，选通开关
S2
位置2的输入为0，选通开关
S1
的输出经过一个变化率限幅后，再经过一个传递函数为的滤波器后输出为机侧惯量支撑调节量，其中
s
为拉普拉斯算子，
T
i
为滤波时间常数；
[0017]选通开关
S2
的输出经过一个变化率限幅后，再经过时间常数为
T
i
的一阶低通滤波器后的输出为储能侧惯量支撑调节量；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种附加储能的构网型风电机组的控制系统，其特征在于，包括风轮
、
永磁同步发电机
、
机侧变换器
、
网侧变换器与储能单元，机侧变换器
、
网侧变换器的直流侧并联直流电容，储能单元包含双向直流
/
直流变换器和电池，双向直流
/
直流变换器的高压侧与所述直流电容并联，双向直流
/
直流变换器的低压侧连接电池；所述储能单元的双向直流
/
直流变换器采用如下控制结构：荷电状态
(SOC)
控制模块输出的直流电容电压额定值的调节量与1相加后为直流电容电压的额定值，直流电容电压的标幺值与直流电容电压的额定值相减后经过一个增益为
K
d
的比例环节后再进入一个使能模块
En1
；电池的荷电状态
SOC、
直流电压的标幺值进入惯量支撑控制模块后输出储能侧惯量支撑调节量，使能模块
En1
的输出叠加储能侧惯量支撑调节量后为双向直流
/
直流变换器吸收电流的参考值，双向直流
/
直流变换器吸收电流的参考值与双向直流
/
直流变换器吸收电流的反馈值之差经过一个
PI
调节器后为调制电压信号；调制电压信号与网侧变换器的直流电压反馈值
u
dc
进入储能变换器调制模块后，生成用于调制双向直流
/
直流变换器的触发信号
s
g1
、s
g2
。2.
根据权利要求1所述的一种附加储能的构网型风电机组的控制系统，其特征在于，所述网侧变换器采用如下控制结构：网侧变换器的直流电压反馈值
u
dc
除以网侧变换器的直流电压参考值
u
dcref
后得到直流电压的标幺值，直流电压的标幺值进入映射控制模块后输出为网侧变换器输出电压频率的标幺值，网侧变换器输出电压频率的标幺值经过一个增益为电网基波角频率基准值
ω
Bg
(
即
100
π
)
的积分器后的输出为网侧变换器调制电压的相位
θ
；并网点电压幅值的参考值与反馈值之差经过一个增益为
K
的比例环节，再叠加网侧变换器的调制电压初始值后得到网侧变换器调制电压的幅值；脉冲宽度调制环节根据幅值
、
相位
θ
生成网侧变换器的触发脉冲信号
s
gabc
。3.
根据权利要求2所述的一种附加储能的构网型风电机组的控制系统，其特征在于，所述映射控制模块采用如下结构：直流电压的标幺值经过一个增益为
K
y
的比例环节后，再经过时间常数为
T
的一阶低通滤波器后为输出网侧变换器输出电压频率的标幺值；时间常数
T
的取值范围为
。4.
根据权利要求1所述的一种附加储能的构网型风电机组的控制系统，其特征在于，所述机侧变换器采用如下控制结构：电池的荷电状态
SOC、
直流电压的标幺值进入惯量支撑控制模块后的输出为机侧惯量支撑调节量；检测风轮转速
ω
t
进入最大功率跟踪模块
(MPPT)
后的输出为最优功率的参考值，最优功率的参考值与机侧输出有功功率的反馈值进入有功功率控制模
块后的输出叠加机侧惯量支撑调节量作为
q
轴电流的参考值，
d
轴电流的参考值
、q
轴电流的参考值进入电流控制模块后再经过脉冲宽度调制生成机侧变换器的触发脉冲信号
s
mabc
，
d
轴电流的参考值为零
。5.
根据权利要求1或4所述的一种附加储能的构网型风电机组的控制系统，其特征在于，所述惯量支撑控制模块采用如下控制结构：直流电压的标幺值分别经过增益为
K
y
、K
in
的比例环节，再经过一个微分环节后进入使能模块
En2
，使能模块
En2
的输出分别作为选通开关
S1
位置
2、
选通开关
S2
位置1的输入；选通开关
S1
位置1的输入为0，选通开关
S2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀肖彤，柳丹，江克证，徐驰，熊平，康逸群，胡畔，叶畅，肖繁，邓万婷，陈孝明，曹侃，蔡萱，王伟，熊亮雳，李猎，胡四全，贺之渊，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院国网智能电网研究院有限公司许继电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：