【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统中风力发电技术、电力电子变换器控制，具体地，涉及电网主动支撑型双馈风电机组控制系统和方法，旨在不依赖场站控制器通信的条件下，实现双馈风力发电单元对电网频率和电压的主动支撑控制。
技术介绍
1、随着风光等新能源的快速发展，大量风电和光伏通过电力电子变换器接入电网，电力系统逐渐呈现出高比例清洁能源和高比例电力电子装置的“双高”特点。双高电网下目前新能源发展面临的关键问题是系统等效惯量不足和短路电流下降，主要原因是当前新能源发电单元是一种跟网型电源，稳态运行时以最大捕获的风功率进行有功功率控制，接收场站控制器无功指令进行无功功率控制；暂态运行时根据电网电压跌落深度输出无功电流，但受功率器件容量制最大约仅能输出1.1倍短路电流；因此在外端口特性上并不具备同步机所固有的自主惯量响应能力和强大的短路电流支撑能力。在新能源高占比接入的情况下，新能源的上述运行特性会给电力系统的频率稳定和电压稳定造成严重影响，导致新能源无法成为未来新型电力系统下的主力电源。
2、构网型控制技术可有效改变新能源发电单元的电源特性，实现新能源由电流源特性向电压源特性的根本变革。现有构网型双馈风电机组，主要通过改变风电变流器的控制架构实现构网型控制，变流器采用功率/转矩闭环控制频率、无功闭环控制电压；机组对外接收场站控制器的有功功率和无功功率指令，在机组预留功率的条件下可实现一次调频功能。然而这种控制方式下，双馈风电机组需要依赖场站控制器才能实现调频和调压功能，而场站控制器与风机主控的通讯延时较大，造成风电机组的频率响应和电压响应速度
3、因此，针对现有技术的不足之处，本领域亟待提出一种电网主动支撑型双馈风电机组控制系统和方法
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种电网主动支撑型双馈风电机组控制系统。
2、根据本专利技术提供的一种电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，包括：双馈风机变流发电系统100、风机一次调频控制模块101、风机自主惯量响应控制模块102、风机自主电压控制模块103、转子侧变换器电流指令生成模块104、转子侧变换器电流控制模块105、转子侧变换器信号处理模块106、网侧变换器同步角控制模块107、网侧变换器交流电压幅值控制模块108、网侧变换器电流指令生成模块109、网侧变换器电流控制模块110以及网侧变换器信号处理模块111；
3、所述双馈风机变流发电系统100，包括：双馈风力发电机、机侧变换器、直流电容池、直流卸荷器、网侧变换器、交流滤波电路，用于实现风功率
4、所述风机一次调频控制模块101，用于实现所述双馈风机变流发电系统对电网频率偏差的控制；
5、所述风机自主惯量响应控制模块102，用于实现所述双馈风机变流发电系统对电网频率变化率的控制；
6、所述风机自主电压控制模块103，用于实现所述双馈风机变流发电系统对电网电压的主动控制；
7、所述转子侧变换器电流指令生成模块104，用于产生转子电流指令值；
8、所述转子侧变换器电流控制模块105，用于控制转子电流跟踪指令值；
9、所述转子侧变换器信号处理模块106，用于对转子变流器控制需要的信号进行处理；
10、所述网侧变换器同步角控制模块107，用于在实现直流电压恒定的同时生成网侧变换器电气信号的旋转角度；
11、所述网侧变换器交流电压幅值控制模块108，用于在实现网侧变换器对电网电压的主动支撑控制；
12、所述网侧变换器电流指令生成模块109用于产生网侧变换器电流指令值；
13、所述网侧变换器电流控制模块110，用于控制网侧变换器电流跟踪指令值；
14、所述网侧变换器信号处理模块111用于对网侧变流器控制需要的信号进行处理。
15、优选地，所述风机一次调频控制模块101通过电网期望频率域实际频率的偏差经过比例调节得到机组的调频功率；
16、
17、其中，δpf为机组的调频功率；fn为电网的额定频率；fg为电网的实际频率；kf为机组的调频系数；δfd为机组的调频死区。
18、优选地，所述风机自主惯量响应控制模块102通过将机组转矩偏差经过一阶惯性控制环节得到频率偏差值，频率偏差值与电网实际频率加和得到双馈电机定子控制信号的角频率，对角频率进行积分得到双馈电机定子控制信号的角度；
19、双馈电机定子控制信号的角频率和双馈电机定子控制信号的角度包括：
20、
21、其中，ωvsg为定子控制信号的角频率；ωg为电网的实际角频率；tj为惯性时间常数；d为阻尼系数；pref为机组的设定有功功率；ps为机组实际的有功功率值；ωm为双馈发电机的机械角速度；θvsg为定子控制信号的角度；s为拉普拉斯算子；
22、根据双馈电机定子控制信号的角频率和转子角速度得到双馈电机的转差角度，其计算公式为：
23、
24、式中，ωslip为双馈发电机的转差角频率；np为双馈发电机的极对数；θslip为双馈发电机的转差角度。
25、优选地，所述风机自主电压控制模块103通过将电网电压设定值与实际值的差值经过比例控制器得到无功功率指令值，再经过无功功率控制环并加上电网电压设定值得到定子电压的期望幅值；
26、所述电网电压设定值包括由场站给出的电压偏差值以及机组自身电压补偿量和定子电压额定值，其计算公式为：
27、usref＝ugn+δuref1+δuref2(4)
28、其中，usref为电网电压设定值；ugn为电子电压额定值；δuref1为场站给出的电压偏差值；δuref2为机组自身电压补偿量；
29、所述机组自身电压补偿量δuref2是根据机组的有功功率计算得到，其表达式为：
30、δuref2＝δul+(δuh-δul)·ps(5)
31、其中，δul为机组功率为零时的电压补偿值；δuh为机组功率为额定功率时的电压补偿值；
32、所述无功功率指令值由电网电压设定值与实际值的差值经过比例控制器输出得到，其表达式为：
33、qsref＝(usref-usm)·ku(6)
34、其中，qsref为双馈电机无功功率指令值；usm为电网相电压幅值；ku为交流电压调差系数；
35、所述定子电压的期望幅值由电网电压设定值与实际值的差值经过比例控制器输出得到，其表达式为：
36、
37、其中，usgiv为定子电压的期望幅值；qs为双馈电机定子无功实际值；kpq为无功功率环的比例系数；kiq为无功功率环的积分系数。
38、优选地，所述转子侧变换器电流指令生成模块104通过定子电压的期望幅值与定子电压在将电网电压设定值与电网电压本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，包括：风机一次调频控制模块(101)、风机自主惯量响应控制模块(102)、风机自主电压控制模块(103)、转子侧变换器电流指令生成模块(104)、转子侧变换器电流控制模块(105)、转子侧变换器信号处理模块(106)、网侧变换器同步角控制模块(107)、网侧变换器交流电压幅值控制模块(108)、网侧变换器电流指令生成模块(109)、网侧变换器电流控制模块(110)以及网侧变换器信号处理模块(111)；
2.根据权利要求1所述的电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，所述风机一次调频控制模块(101)通过电网期望频率域实际频率的偏差经过比例调节得到机组的调频功率；
3.根据权利要求1所述的电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，所述风机自主惯量响应控制模块(102)通过将机组转矩偏差经过一阶惯性控制环节得到频率偏差值，频率偏差值与电网实际频率加和得到双馈电机定子控制信号的角频率，对角频率进行积分得到双馈电机定子控制信号的角度；
4.根据权利要求1所述的电网主动支撑型双馈风电机
5.根据权利要求1所述的电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，所述转子侧变换器电流指令生成模块(104)通过定子电压的期望幅值与定子电压在将电网电压设定值与电网电压在定子控制信号角度θvsg所在旋转坐标系下的分量差值计算得到第一级转子电流指令值；
6.根据权利要求1所述的电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，所述转子侧变换器电流控制模块(105)在旋转坐标系下将转子电流的指令值和实际值的偏差经过比例积分控制器并附加补偿电压后得到转子调制电压；
7.根据权利要求1所述的电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，所述转子侧变换器信号处理模块(106)中定子电压信号坐标变换包括：
8.根据权利要求1所述的电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，所述网侧变换器同步角控制模块(107)通过对直流电压进行归一化得到网侧变换器电气信号的旋转角频率，进而积分得到网侧变换器电气信号的旋转角；
9.根据权利要求1所述的电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，所述网侧变换器交流电压幅值控制模块(108)通过将电网电压设定值与实际值的差值经过比例控制器得到网侧变换器无功功率指令值，再经过无功功率控制环并加上电网电压设定值得到定子电压的期望幅值；
10.根据权利要求1所述的电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，所述网侧变换器电流指令生成模块(109)通过电网电压的期望幅值与电网电压在网侧变换器控制信号角度θgsc所在旋转坐标系下的分量差值计算得到第一级网侧变换器电流指令值；
...【技术特征摘要】
1.一种电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，包括：风机一次调频控制模块(101)、风机自主惯量响应控制模块(102)、风机自主电压控制模块(103)、转子侧变换器电流指令生成模块(104)、转子侧变换器电流控制模块(105)、转子侧变换器信号处理模块(106)、网侧变换器同步角控制模块(107)、网侧变换器交流电压幅值控制模块(108)、网侧变换器电流指令生成模块(109)、网侧变换器电流控制模块(110)以及网侧变换器信号处理模块(111)；
2.根据权利要求1所述的电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，所述风机一次调频控制模块(101)通过电网期望频率域实际频率的偏差经过比例调节得到机组的调频功率；
3.根据权利要求1所述的电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，所述风机自主惯量响应控制模块(102)通过将机组转矩偏差经过一阶惯性控制环节得到频率偏差值，频率偏差值与电网实际频率加和得到双馈电机定子控制信号的角频率，对角频率进行积分得到双馈电机定子控制信号的角度；
4.根据权利要求1所述的电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，所述风机自主电压控制模块(103)通过将电网电压设定值与实际值的差值经过比例控制器得到无功功率指令值，再经过无功功率控制环并加上电网电压设定值得到定子电压的期望幅值；
5.根据权利要求1所述的电网主动支撑型双馈风电机组控制系统，其特征在于，所述转子侧变换器电流...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晗，郭子腾，邓桢彦，徐思莹，蔡旭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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