一种风电机组及其低频谐振自适应电压型补偿系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及风电机组控制技术领域，特别是设及一种风电机组及其低频谐振自适 应电压型补偿系统和方法。
【背景技术】
[0002] 若风电机组所在的电力系统区域内产生5-10化的低频振荡时，会引发风电机组 的输出电流发生剧烈的振荡；且电力系统发生低频谐振的时间一般会长达十几分钟，运样 机组在该工况下会触发相关保护，从电网解列。但如果从对电网支撑的角度考虑，保持不 脱网，则会严重影响机组使用寿命。目前关于在电网发生低频谐振情况下风电机组的控制 策略研究较少。如发明专利申请CN201410542918. 9,公开了一种双馈风力发电系统的电网 低频振荡适应方法，该方法是在发生低频谐振时对双馈型风电机组重新建模，将多余的能 量通过chopper卸荷电路进行释放，但并没有对实际中的低频谐振特征进行分析，并且该 控制方法中采用的电压控制方法并未针对低频谐振采取特殊的抑制措施。还有发明专利 CN201110175859.2,公开了一种利用风电机组附加阻尼控制器提高系统阻尼的方法，该方 法抑制的低频谐波的范围是0. 05-1. 5化，并通过分析低频谐振特征信号附加阻尼控制器， 从而增加低频震荡的阻尼特性，但该方法依据最优转速跟踪并非将低频谐振抑制作为直接 的控制目标。
[0003] 由此可见，上述现有的关于在电网发生低频谐振情况下风电机组的控制策略仍存 在有不足，如何能创设一种结构简单、性能稳定的新的风电机组及其低频谐振自适应电压 型补偿系统和方法，成为当前业界急需改进的目标。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、性能稳定的风电机组低频谐振自 适应电压型补偿系统，使其简单方便的实现风电机组低频谐振抑制的闭环控制，从而克服 现有技术的不足。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种风电机组低频谐振自适应电压型补偿系 统，包括传感器部分、与传感器部分分别连接的触发控制装置和低频谐振自适应电压型补 偿装置，
[0006] 所述传感器部分，用于采集风电机组输出至电网的电压电流信号，并将采集到的 电压电流信号传送至触发控制装置和低频谐振自适应电压型补偿装置；
[0007] 所述触发控制装置，用于判断所述电网是否存在低频谐振故障；
[0008] 所述低频谐振自适应电压型补偿装置，用于在所述触发控制装置判断出所述电网 存在低频谐振故障时，实时计算风电机组转矩给定指令的补偿量，并将所述补偿量发送至 风电机组主控系统。
[0009] 作为本发明的一种改进，所述传感器部分包括电压传感器和电流传感器；
[0010] 所述触发控制装置包括低频谐振工况判断模块、和与其连接的第一信号输入端口 和第一信号输出端口，所述第一信号输入端口与所述电压传感器和电流传感器的输出端连 接，所述第一信号输出端口与所述低频谐振自适应电压型补偿装置连接；
[0011] 所述低频谐振自适应电压型补偿装置包括依次连接的第二信号输入端口、信号滤 波装置、电压信号自适应滤波器、补偿量计算模块和第二信号输出端口，W及开关模块；
[0012] 所述第二信号输入端口与所述电压传感器和电流传感器的输出端连接，用于接收 所述电网的电压电流信号；
[0013] 所述信号滤波装置，用于对接收的电压电流信号进行高频滤波；
[0014] 所述电压信号自适应滤波器，依据电网低频谐振特征值设计自适应滤波器，并提 取所述电网的基波成分；
[0015] 所述补偿量计算模块，用于计算风电机组转矩给定指令的补偿量；
[0016] 所述第二信号输出端口，用于将所述风电机组转矩给定指令的补偿量传送至风电 机组主控系统的转矩控制器；
[0017] 所述开关模块与所述第一信号输出端口连接，用于控制所述低频谐振自适应电压 型补偿装置的启闭。
[001引本发明还提供一种包含上述风电机组低频谐振自适应电压型补偿系统的风电机 组，使其在低频谐振工况下运行稳定，从而克服现有的风电机组的不足。
[0019] 为解决上述技术问题，本发明风电机组包含上述风电机组低频谐振自适应电压型 补偿系统，且所述电压传感器和电流传感器设置于风电机组出口端，所述触发控制装置设 置在风电机组主控PLC控制柜中。
[0020] 进一步改进，所述风电机组为双馈型风电机组或全功率型风电机组。
[0021] 本发明还提供一种风电机组低频谐振自适应电压型补偿方法，所述方法为：
[0022] (1)检测所述风电机组中电网的电压电流信号；
[0023] 似由低频谐振工况判断模块根据所述电压电流信号判断所述电网是否存在低频 谐振故障，若是，进行步骤（3)，若否，返回步骤（1);
[0024] (3)通过信号滤波装置对所述电压电流信号进行高频滤波，并根据所述电网中低 频谐振特征值设计电压信号自适应滤波器；
[00巧](4)所述电压信号自适应滤波器提取所述电网的基波成分，并通过计算模块计算 所述电网中实时低频谐波分量和低频谐波分量在电网中的占比，W及相应的风电机组转矩 给定指令的补偿量；
[0026] 妨将步骤（4)得到的补偿量通过所述风电机组的转矩控制器和变频器控制器发 送给所述风电机组的变频器，由所述变频器实现对风电机组电机的控制，实现对风电机组 低频谐振抑制的闭环控制。
[0027] 作为本发明的一种改进，所述步骤（2)中判断所述电网是否存在低频谐振故障的 方法为：当所述电网的电流出现大幅振荡，判断其电流值是否超过预设的电流阔值，若所述 电流值超过电流阔值，对所述电网的电压频率进行特征值分析，判断电压中是否含有低频 谐波，若电压中含有低频谐波，表明所述电网存在低频谐振故障；若所述电网的电流未出现 大幅振荡、电流值未超过所述电流阔值或所述电压中不含有低频谐波，表明所述电网不存 在低频谐振故障。
[0028] 进一步改进，所述步骤（3)中电压信号自适应滤波器的数学传递函数表达式为：
[0030] 其中，《。= 2 31 f if，fif为低频谐波的频率值，S为传递函数中的频率变量。
[0031] 进一步改进，所述步骤（4)中风电机组转矩给定指令的补偿量算式为：-k*TfW (t)， 其中，Tw (t)为在正常工况下风电机组主控中转矩控制器发出的转矩给定值，k为低频谐波 分量在电网中的占比。
[0032] 采用上述的技术方案，本发明至少具有W下优点：
[0033] 本发明风电机组低频谐振自适应电压型补偿系统，通过对电网中电压电流信号检 ，判断电网中是否存在低频谐振故障，又通过该电网低频谐振特征值设计电压信号自适 应滤波器，提取电网的基波成分，并计算实时风电机组转矩给定值的补偿量，实现风电机组 输出功率的相对稳定，增强了风电机组的抗扰动特性，维持风电机组在电网低频谐振故障 状态下的不脱网运行。
【附图说明】
[0034] 上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，W下 结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0035] 图1是本发明风电机组低频谐振自适应电压型补偿系统在双馈风电机组中的应 用不意图；
[0036] 图2是本发明中触发控制装置的控制流程图；
[0037] 图3是本发明中低频谐振自适应电压型补偿装置的控制流程图；
[0038] 图4是本发明中自适应陷波滤波器的滤波功能示意图；
[0039] 图5是本发明风电机组低频谐振自适应电压型补偿系统在全功率风电机组中的 应用示意图。
【具体实施方式】
[0040] 本实施例W双馈型风电机组为例，对本发明技术方案进行详细说明，不应理解为 是对本发明实施的任何限制。
[0041] 参照附图1所示，本发明一种风电机组低频谐振自适应电压型补偿系统，包括传 感器部分、与传感器部分分别连接的触发控制装置和低频谐振自适应电压型补偿装置。
[0042] 传感器部分包括电压传感器和电流传感器，该电压传感器和电流传感器设置于风 电机组输出端，用于采集风电机组输出端电网的电压电流信号，并将采集到的电压电流信 号传送至触发控制装置和低频谐振自适应电压型补偿装置。
[0043] 触发控制装置包括低频谐振工况判断模块、和与其连接的第一信号输入端口和第 一信号输出端口，该第一信号输入端口与上述电压传感器和电流传感器的输出端连接，该 第一信号输出端口与低频谐振自适应电压型补偿装置连接。 W44] 当触发控制装置由第一信号输入端口接收到风电机组输出端的电压电流信号时， 由低频谐振工况判断模块判断电网是否发生低频谐振故障，若是，则由第一信号输出端口 触发低频谐振自适应电压型补偿装置启动；若否，继续采集风电机组输出端的电压电流信 号。 W45] 该低频谐振自适应电压型补偿装置包括依次连接的第二信号输入端口、信号滤波 装置、电压信号自适应滤波器、补偿量计算模块和第二信号输出端口，W及控制该低频谐振 自适应电压型补偿装置启闭的开关模块。
[0046] 该第二信号输入端口与上述电压传感器和电流传感器的输出端连接，用于接收电 压电流信号，并将其接收到的电压电流信号传送至信号滤波装置。由该信号滤波装置对接 收到的电压电流信号进行高频滤波，排除不必要的干扰，再由电压信号自适应滤波器依据 电网低频谐振特征值设计自适应滤波器，由该自适应滤波器提取电网的基波成分，并由补 偿量计算模块计算出相应的实时低频谐波成分、W及低频谐波含量在电网中的实时占比， 最后计算出风电机组转矩给定指令的补偿量，再由第二信号输出端口将该风电机组转矩给 定指令的补偿量传送至风电机组主控系统，并由该风电机组主控系统的转矩控制器将该补