频率穿越持续时 间。
[0039]表1国标GB/T19963-2011关于风电运行频率适应性的技术要求
[0040]
[0041] 本方案中，将50.2Hz作为频率控制死区的上限阈值，将49.5Hz作为频率控制死区 的下限阈值，但不以此为限。当电网的频率超出频率控制死区的上、下限阈值，则表征当前 接入电网的风电机组需要进行频率穿越。
[0042]为改善风电机组从原有被动适应电网的异常频率，到主动支撑改善电网的异常频 率恢复正常。本实施例中，通过灵活控制设置在直流母线上的储能模块进行充放电来调整 逆变器输出至电网的有功功率，使风电机组输出至电网的有功功率与当前电网上的负载所 需的有功功率保持一致，从而使电网的频率回归预定频率范围。该预定频率范围即风电机 组的稳态下的额定频率，如表1中所示风电机组正常运行时的频率范围：49.5Hz~50.2Hz。
[0043] 例如，若电网的频率大于频率控制死区的上限阈值，则表征当前风电机组输出至 电网的有功功率大于电网侧负载所需的有功功率，此时，控制储能模块进行充电，由于充电 过程汲取了直流母线上的部分电能，因此降低了逆变器输出至电网的有功功率，从而使风 电机组输出至电网的有功功率与电网侧负载所需的有功功率保值一致，电网的频率回归预 定频率范围。
[0044]又例如，若电网的频率小于频率控制死区的下限阈值，则表征当前风电机组输出 至电网的有功功率小于电网侧负载所需的有功功率，此时，控制储能模块进行放电，由于放 电过程为向直流母线上输送额外电能，因此提高了逆变器输出至电网的有功功率，从而使 风电机组输出至电网的有功功率与电网侧负载所需的有功功率保值一致，电网的频率回归 预定频率范围。
[0045]本发明实施例提供的直驱风力发电机组频率穿越方法，在风电机组处于频率穿越 运行过程中，根据电网侧采集的电网频率骤升/下陷，借助直流侧储能模块的快速充放电特 性，最终使风电机组注入电网的有功功率随电网频率的异常变化而变化，实现了风电机组 的频率穿越。
[0046] 实施例二
[0047]在直驱风力发电机组系统中，系统所带的同步发电机和整机的电网侧在频率和电 压参量上通过变流器直流回路实现了完全解耦，因此在本发明指定的直驱风电机组频率穿 越运行过程中，发电机侧整流器的控制方式、风机变桨系统的控制方式等环节跟电网频率 正常时的控制方式相同。风电机组的频率穿越状态不会对风电机组的传动系统带来额外的 机械冲击和载荷。因此，本发明所提供的直驱风力发电机组频率穿越方法使风电机组具备 了一种比较平滑的、安全的频率故障抵御能力，并保证了风电机组不脱网连续运行，是一种 能够实现直驱风电机组(针对电网异常频率故障)软故障抵御能力方案。
[0048]结合现有技术中应用于风电机组的矢量控制算法，本实施例给出控制储能模块进 行充放电来调整逆变器输出至电网的有功功率，使电网的频率回归预定频率范围的具体方 案的算法构思。
[0049]假设电网侧三相电压平衡、主电路开关器件为理想开关，则在两相同步旋转坐标 系中的逆变器模型如下(d轴定向于电网电压矢量）：
[0051 ] 上式(3)中，Ud、uq为逆变器输出电压的dq轴分量，Ls和Rs分别为逆变器交流侧感抗 的电感和电阻分量，Ns为电网电压的电磁转速，id、iq为逆变器输出电流的dq轴分量，usd为电 网电压矢量(因为d轴定向于电网电压矢量，因此usq为零）。
[0052]同理，风电机组变流器侧输出功率如下：
[0054]上式(4)中，Pgrid和Qgrid分别为注入到电网侧的有功功率和无功功率的实际值。
[0055] 通过式(3)和(4)可见，通过控制电网电流的dq轴分量可实现有功功率和无功功率 的独立解耦控制。
[0056]根据逆变器数学模型(上式(3)和(4))，结合直驱风电机组在正常运行模式和故障 运行模式(频率穿越运行模式）下的工作特性，如图6和图7所示，本发明提供了直驱风力发 电机组频率穿越方法另外两种实施例的方法流程图，均可视为图5所示实施例的具体实现 方式。其中，图6为针对控制储能模块进行充电来调整逆变器输出至电网的有功功率的方法 实施例，图7为针对控制储能模块进行放电来调整逆变器输出至电网的有功功率的方法实 施例。
[0057]如图6所示，该直驱风力发电机组频率穿越方法包括：
[0058] S610,采集逆变器输出至电网的电压、电流值，并根据电压、电流值计算逆变器输 出至电网的有功功率实测值Pgrid。
[0059] 具体地，在电网侧采集三相电压Ua、Ub、Uc和三相电流13、1^1。。将采集的电压电流 值进行坐标系转换，得到两相同步旋转坐标系下的dq轴分量，即usd、usq和id、iq(d轴定向于 电网电压矢量，因此usq为零）。
[0060] 然后通过上述公式(4)，可计算得到逆变器输出至电网的有功功率实测值Pgrid。
[00611 S620,选取预设的频率控制死区的上限阈值对应的第一有功功率要求值作为有功 功率给定值pgrid_rrf，并将有功功率给定值pgrid_rrf与有功功率实测值pgrid通过PI调节器进行 调节计算得到直流电压给定值Ucb+rrf。
[0062] 如图8所示，为本方案采用的风电机组频率控制示意图，图中示出了不同电网频率 下风电机组向电网侧输出的有功功率要求值。当电网频率低于fmin(对应有功功率为Pmax) 或高于fmax(对应有功功率为Pmin)时，风电机组直接跳闸；当频率在f2(如上述的49.5Hz) ~f3(如上述的50.2Hz)时(额定频率为50Hz)，风电机组正常运行，根据风况自由发电，对风 电机组有功功率不做控制；如果电网频率小于Π或大于f4则会启动频率穿越控制，有功控 制的斜率和完成时间由并网规程或电力调度部门确定(频率小于Π时，对应于实时风况的 有功功率Pavailable小于Pmax，这时需要借助储能模块的放电来使实时出力接近Pmax;当 频率大于f4时，通过充电或停机等措施，使有功功率按照如图所示的斜率降低）；当频率在 Π~f2或在f3~f4时，风电机组按照并网规程要求，在一定的时间间隔之内保持联网运行， 必要时参与风电场的稳态有功调节。
[0063]本实施例基于图8所示的风电机组频率控制示意图，选取预设的频率控制死区的 上限阈值（如上述的50.2Hz)对应的第一有功功率要求值（如P1)作为有功功率给定值 Pgrid_rrf，并将有功功率给定值Pgrid_rrf与有功功率实测值Pgrid通过PI调节器进行调节计算得 到直流电压给定值Udyef。该直流电压给定值Udyef的初始值可在直流额定电压附近任意选 取。
[0064] S630,采集逆变器直流侧的直流电压实测值Udc，并将直流电压实测值Udc与直流电 压给定值Ucb+rrf通过PI调节器进行调节计算得到储能模块的充电电流给定值I。
[0065]S640,采集当前储能模块的充电电流实测值Is，并将充电电流实测值Is与充电电流 给定值Is_rrf通过PI调节器进行调节计算得到当前用于控制储能模块进行充电的控制脉冲 信号。
[0066]在实际操作过程中，如果当前储能模块正在进行充电过程，则相应充电电流实测 值Is为正值，相反，如果当前储能模块正在进行放电过程，则相应充电电流实测值Is为负值。[0067] S650,通过充电的控制脉冲信号控制储能模块进行充电来降低逆变器输出至电网 的有功功率。
[0068]上述充电的控制脉冲信号中的占空比是指对储能模块充电的占空比。通过合适的 占空比设置可对储能模块进行合理电量的充电，从而降低逆变器输出至电网的有功功率。
[0069]图6所示方法实施例通过对储能模块进行合理充电，减少逆变器输出值电网的有 功功率，使风电机组输出至电网的有功功率与电网侧负载所需的有功功率相一致，从而降 低电网频率至正常范围。
[0070] 如图7所示，另一种直驱风力发电机组频率穿越方法包括：
[0071]S710,采集逆变器输出至电网的电压、电流值，并根据电压电流值计算所述逆变器 输出至电网的有功功率实测值Pgrid。
[0072]S720,选取预设的频率控制死区的下限阈值对应的第二有功功率要求值作为有功 功率给定值Pgrid_rrf，并将有功功率给定值Pgrid_rrf与有功功率实测值Pgrid通过PI调节器进行 调节计算得到直流电压给定值Ucb+rrf;
[0073]S730,采集逆变器直流侧的直流电压实测值Udc，并将直流电压实测值Udc与直流电 压给定值Ucb+rrf通过PI调节器进行调节计算得到储能模块的放电电流给定值I。
[0074] 上述S