一种永磁直驱风力发电机组并网方法、装置及系统与流程

本发明涉及风力发电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁直驱风力发电机组并网方法、装置及系统。

背景技术：

近些年来，以风能为代表的分布式能源以其清洁、可再生等诸多优点，得到大力的发展。以其分布式发电的间歇性、不确定性等特点，直接并入现有的公共电网，会对电网的调峰和系统的安全可靠运行都会造成显著的影响。这也是出现不同程度“弃风”现象的主要原因。

永磁直驱风电作为风电领域未来发展的主要模式，本发明提供的一种永磁直驱风力发电机组并网方法，解决分布式直流微电网背景下的直流母线电压不稳定问题。在我国未来的新源发电、分布式电网建设领域具有一定运用前景。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种永磁直驱风力发电机组并网方法、装置及系统, 用于实现永磁直驱风力发电机组的直流并网以及解决直流母线电压不稳定的问题。

本发明提供一种永磁直驱风力发电机组并网方法，包括：

步骤S1，设置风力发电机组分为主机组和副机组，分别控制目标；

步骤S2，检测当前电网的电压幅值，如果电压幅值跌落到90％以下，即判定为电网故障状态；

步骤S3，根据步骤S2判定电网状态，主机组实现恒压控制，副机组选择工作状态。

可选地，所述步骤S3包括：

步骤S31，当电网正常时，所述主机组实现恒压控制，副机组实现最大风能捕获状态；

步骤S32，当电网故障时，所述主机组实现恒压控制，副机组实现恒压控制状态。

可选地，所述步骤S31具体包括：

步骤S311，所述副机组实现最大风能捕获状态时，直流微电网满足网内直流负载供电需求，多余电能通过DC/AC变流器向公共电网馈送。

可选地，所述步骤S32具体包括：

步骤S321，所述副机组实现恒压控制时，风机输出功率小于风机输入功率，风机转速加快,当风机转速加快，超过转速限值时，风机自动实现变桨距控制，减少风能输入。

本发明提供一种永磁直驱风力发电机组并网控制装置，包括：

区分模块，用于将风力发电机组区分为如权利要求1所述的主机组和副机组；

检测模块，用于检测当前电网的电压幅值，如果电压幅值跌落到90％以下，即判定为电网故障状态；

控制模块，用于根据检测模块判定的电网状态，控制主机组实现恒压，控制副机组选择工作状态。

可选地，控制模块具体包括：

第一控制子模块，用于当电网正常时，控制主机组实现恒压，控制副机组实现最大风能捕获状态；

第二控制子模块，用于当电网故障时，控制主机组实现恒压，控制副机组实现恒压状态。

可选地，第一控制子模块具体功能包括：

第一控制子模块，用于控制副机组实现最大风能捕获状态时，直流微电网满足网内直流负载供电需求，控制DC/AC变流器将多余电能向公共电网馈送。

第二控制子模块具体功能包括：

第二控制子模块，用于控制副机组实现恒压时，风机输出功率小于风机输入功率，风机转速加快，当风机转速加快，超过转速限值时，风机自动实现变桨距控制，减少风能输入。

本发明提供一种永磁直驱风力发电机组并网控制系统，包括：永磁直驱风力发电机组和永磁直驱风力发电机组并网控制装置；

所述永磁直驱风力发电机组与所述永磁直驱风力发电机组并网控制装置通信连接。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供一种永磁直驱风力发电机组并网方法、装置及系统，其中，永磁直驱风力发电机组并网方法包括：步骤S1，设置风力发电机组分为主机组和副机组，分别控制目标；步骤S2，检测当前电网的电压幅值，如果电压幅值跌落到90％以下，即判定为电网故障状态；步骤S3，根据步骤S2判定电网状态，主机组实现恒压控制，副机组选择工作状态；本发明提供的一种永磁直驱风力发电机组并网方法，可以提高直流母线电压的稳定性的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供一种永磁直驱风力发电机组并网方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种永磁直驱风力发电机组并网方法的另一个实施例的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种永磁直驱风力发电机组并网控制装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种永磁直驱风力发电机组并网方法中的永磁直驱风电机组分布式直流并网架构拓扑图

图5为本发明实施例提供一种永磁直驱风力发电机组并网方法中的风电机组两种工作状态的控制方法原理图；

图6为本发明实施例提供一种永磁直驱风力发电机组并网方法中的变桨距控制原理图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种永磁直驱风力发电机组并网方法、装置及系统，用于实现永磁直驱风力发电机组的直流并网以及解决直流母线电压不稳定的问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种永磁直驱风力发电机组并网方法的一个实施例包括：

S1、设置风力发电机组分为主机组和副机组，分别控制目标；

本实施例中，将风力发电机组群分为主电机组和副电机组，其中主电机组主要实现机群输出电压，以及直流微电网公共母线的稳定。

S2、检测当前电网的电压幅值，如果电压幅值跌落到90％以下，即判定为电网故障状态；

本实施例中，根据我国在2009年制订了风电场并网标准，电压幅值跌落到90％以下时，即判定为电网故障状态。

S3、根据步骤S2判定电网状态，主机组实现恒压控制，副机组选择工作状态；

本实施例中，副机组分别具有两种工作状态，分别为最大风能捕获工作状态和恒压控制状态。

上面是对一种永磁直驱风力发电机组并网方法进行详细的描述，下面将对具体过程进行详细的描述，请参阅图2，本发明提供一种永磁直驱风力发电机组并网方法的另一个实施例包括：

步骤S31，当电网正常时，所述主机组实现恒压控制，副机组实现最大风能捕获状态；

当电网处于正常状态时，副机组以最大风能捕获状态进行工作，主电机组实现恒压控制。

步骤S32，当电网故障时，所述主机组实现恒压控制，副机组实现恒压控制状态。

当电网电压低于90％时，则为电网处于故障状态，全部机组进行恒压控制，保直流微电网公共母线电压的稳定，实现直流微电网系统的低电压穿越。

步骤S311，所述副机组实现最大风能捕获状态时，直流微电网满足网内直流负载供电需求，多余电能通过DC/AC变流器向公共电网馈送。

步骤S321，所述副机组实现恒压控制时，风机输出功率小于风机输入功率，风机转速加快，当风机转速加快，超过转速限值时，风机自动实现变桨距控制，减少风能输入。

上述是对本发明提供一种永磁直驱风力发电机组并网方法的步骤S3具体过程进行详细的描述，下面将以一实施例对本发明提供的一种永磁直驱风力发电机组并网装置进行详细的描述，请参阅图3，本发明提供的一种永磁直驱风力发电机组并网装置的一个实施例包括：

区分模块101，用于将风力发电机组区分为如权利要求1所述的主机组和副机组；

检测模块102，用于检测当前电网的电压幅值，如果电压幅值跌落到90％以下，即判定为电网故障状态；

控制模块103，用于根据检测模块判定的电网状态，控制主机组实现恒压，控制副机组选择工作状态；

第一控制子模块1031，用于当电网正常时，控制主机组实现恒压，控制副机组实现最大风能捕获状态，直流微电网满足网内直流负载供电需求，控制DC/AC变流器将多余电能向公共电网馈送；

第二控制子模块1032，用于当电网故障时，控制主机组实现恒压，控制副机组实现恒压状态，风机输出功率小于风机输入功率，风机转速加快，当风机转速加快，超过转速限值时，风机自动实现变桨距控制，减少风能输入。

上述是对本发明提供的一种永磁直驱风力发电机组并网控制装置进行详细的描述，下面将以一实施例对一种永磁直驱风力发电机组并网控制系统进行详细的描述本发明提供的一种永磁直驱风力发电机组并网控制系统包括：

本发明实施例提供的一种永磁直驱风力发电机组并网控制系统包括：永磁直驱风力发电机组和永磁直驱风力发电机组并网控制装置；

所述永磁直驱风力发电机组与所述永磁直驱风力发电机组并网控制装置通信连接。

上述是对本发明提供的一种永磁直驱风力发电机组并网控制系统进行详细的描述，下面则以一具体应用来介绍本发明的并网方法，请参阅图4、图5 和图6本发明提供的海上风电场的永磁直驱风力发电机组并网方法的一个应用例包括：

如图4所示，通过AC/DC变流器将迎风面同一排风机群的机组直流侧并联到分布式直流微电网公共母线，再将不同风机群公共母线串联起来。将微电网串联电流、以及总功率平均分配到每个风机。变流器采用电压源型高压直流技术(VSC-HVDC)换流器；岸上换流器将采用两电平VSC换流器。以实现分布式直流微电网与岸上公共电网实现能量交换；本事例永磁直驱风力发电机组，额定功率为1.5MW，发电机为表贴式隐极式永磁同步发电机。

如图5所示，主控机组的外环控制目标是实现机群输出电压，以及直流微电网公共母线的稳定。该机群的母线电压等级设定值与实时反馈值作比，通过PI控制器控制输出作为q轴定子电流给定满足零d轴电流控制，d 轴定子电流给定值为0；其他机组实现两种工作状态，一种为正常工作状态，变流器控制工作在最大风能捕获状态，控制外环目标由最大风能追踪算法得到输出功率该计算的得到的输出功率与反馈机组的实际有功功率Pg作比，通过PI控制器控制输出作为q轴定子电流给定d轴实现零d轴控制；另一种为恒压控制状态，控制方法等同于主控机组的控制方法；所述控制方法，其他控制装置的其他部分，诸如电压前馈、坐标变换、SVPWM波调制均采用现有技术，本发明不在赘述；直流微电网并网系统正常运行时，主控机组实现恒压控制，其他机组进入最大风能捕获工作状态；直流微电网与公共电网实现能量交换。直流微电网满足岛屿网内直流负载供电需求，多余电能通过DC/AC变流器向岸上公共电网馈送；当岸上公共电网出现电压跌落时，所有机组实现恒压控制，确保直流微电网公共母线电压的稳定，实现直流微电网系统的低电压穿越。所有机组实现恒压控制时，风机输出功率小于风机输入功率，风机转速加快，风机转速如果过快，超过转速限值时，自动实现变桨距控制，减少风能输入。

如图6所示，桨距角的控制装置由风能限制器和转速调节组成。图中Pg为单台风机产生的有功功率；ωm为风力机转轴转速；Pmax为有功功率限定参考值；ωmax为风力机转轴转速限定参考值。风能限制器的输出转速调节器的输出，这两者的控制量输出叠加成为变桨距控制的指令参考值β。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。