一种具备主动调频功能的双馈风电机组控制方法及系统与流程

本发明涉及一种具备主动调频功能的双馈风电机组控制方法及系统，属于新能源发电领域。

背景技术

随着风力发电在电力系统中渗透率的不断提高，系统中传统同步发电机占有比例减少，系统等效惯性减小，电网对风电将不再具备强电气支撑能力。因此在系统出现大功率缺失的情况下，系统的频率稳定问题会变得非常突出。因此改变控制方式使得机组对外表现为电压源特性，并具备主动调频功能来维持系统功率平衡，对于提高风电高占比电力系统的稳定性非常必要。

技术实现要素：

本发明提供了一种具备主动调频功能的双馈风电机组控制方法及系统，解决了在系统出现大功率缺失的情况下，系统频率稳定问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种具备主动调频功能的双馈风电机组控制方法，包括机侧变换器控制和网侧变换器控制，在机侧变换器控制中，

将定子电压控制设为控制外环，转子电流控制设为控制内环；

基于前馈补偿，实现转子控制电压的d、q分量解耦；

计算内电势旋转角度；

计算内电势旋转角度与转子机械角度相减的角度值，并以该角度值作为abc/dq变换所使用的角度，进行abc/dq变换。。

还包括网侧变换器控制，在网侧变换器控制中，网侧变换器的控制外环设为直流电压外环，内环设为网侧电流内环，abc/dq变换所使用的角度为内电势旋转角度。

在机侧变换器控制中，将同步旋转坐标系下的q轴定向于定子磁链矢量的方向上。

将电网电压采样的有效值urms与参考值uref相比较，比较结果经过pi控制生成转子电流q轴的参考值,该参考值与转子电流q轴实际值irq比较后经pi控制生成转子控制电压的q轴分量。

将定子电流d轴实际值isd乘以ls/lm后与转子电流d轴实际值ird相比较，比较结果经过pi控制生成转子控制电压的d轴分量，ls为定子绕组自感，lm为定转子绕组互感。

根据风电机组有功功率与内电势之间的激励关系，以风电机组有功功率为控制对象得出内电势的旋转角度。

将风电机组有功功率参考值pref与实际有功功率输出值pe相比较，比较结果经过引入阻尼反馈的惯量控制生成机组内电势的转动角速度w，转动角速度w经过积分环节生成内电势的旋转角度。

一种具备主动调频功能的双馈风电机组控制系统，包括机侧变换器控制系统，机侧变换器控制系统包括机侧控制设定模块、机侧分量解耦模块和机侧abc/dq变换模块；

机侧控制设定模块：将定子电压控制设为控制外环，转子电流控制设为控制内环；

机侧分量解耦模块：基于前馈补偿，实现转子控制电压的d、q分量解耦；

机侧abc/dq变换模块：实现abc/dq变换，其中abc/dq变换所使用的角度为内电势旋转角度与转子机械角度相减的角度。

还包括网侧变换器控制系统，网侧变换器控制系统包括网侧控制设定模块和网侧abc/dq变换模块；

网侧控制设定模块：将网侧变换器的控制外环设为直流电压外环，内环设为网侧电流内环；

网侧abc/dq变换模块：实现abc/dq变换，其中abc/dq变换所使用的角度为内电势旋转角度。

本发明所达到的有益效果：本发明使得风电机组控制内电势的角度与电网电压频率之间建立直接的关系，从而使机组转速与电网电压频率之间不再是传统控制下完全解耦的关系，于是在电网频率发生变化时，风电机组会自发体现惯量特性阻止该变化并快速响应提供有功支撑，改善了系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明的控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种具备主动调频功能的双馈风电机组控制方法，包括机侧变换器控制和网侧变换器控制。

在机侧变换器控制中：

1)将同步旋转坐标系下的q轴定向于定子磁链矢量的方向上，即定子磁链d轴分量定子磁链q轴分量等于定子磁链幅值从而方便对d-q-0坐标系下的双馈电机磁链方程进行简化。

2)为使双馈风电机呈现电压源的外特性，将定子电压控制设为控制外环，由于定子电压由转子电势感生而来，而转子电势受到转子电流的影响，所以将转子电流控制设为控制内环。

3)基于前馈补偿，实现转子控制电压的d、q分量解耦。

为实现转子控制电压在d、q轴上的解耦，将相应的耦合项coupling1和coupling2作为前馈控制分量，对d、q轴之间的交叉耦合项进行前馈补偿从而使得控制电压的d、q分量完全解耦。

图中，将电网电压采样的有效值urms与参考值uref相比较，比较结果经过pi控制生成转子电流q轴的参考值,该参考值与转子电流q轴实际值irq比较后经pi控制生成转子控制电压的q轴分量；将定子电流d轴实际值isd乘以ls/lm后与转子电流d轴实际值ird相比较，比较结果经过pi控制生成转子控制电压的d轴分量，ls为定子绕组自感，lm为定转子绕组互感；控制电压的d、q分量分别与coupling1和coupling2相比较，比较后的结果作为abc/dq变换的输入。

4)计算内电势旋转角度。

根据风电机组有功功率与内电势之间的激励关系，以风电机组有功功率为控制对象得出内电势的旋转角度，具体过程如下：

图中，将风电机组有功功率参考值pref与实际有功功率输出值pe相比较，比较结果经过引入阻尼反馈的惯量控制生成机组内电势的转动角速度w(其中，阻尼系数为d,惯性时间常数为tj,wn为电网电压角速度)，转动角速度w经过积分环节生成内电势的旋转角度。

5)计算内电势旋转角度与转子机械角度相减的角度值，并以该角度值作为abc/dq变换所使用的角度，进行abc/dq变换。

在网侧变换器控制中：

网侧变换器的控制外环设为直流电压外环，内环设为网侧电流内环，abc/dq变换所使用的角度为内电势旋转角度θ，不依附于对电网电压的锁相来取得，所以双馈风电机组在外特性上会呈现电压源方式。

上述方法使得风电机组控制内电势的角度与电网电压频率之间建立直接的关系，从而使机组转速与电网电压频率之间不再是传统控制下完全解耦的关系，于是在电网频率发生变化时，风电机组会自发体现惯量特性阻止该变化并快速响应提供有功支撑，改善了系统的稳定性。

一种具备主动调频功能的双馈风电机组控制系统，包括机侧变换器控制系统和网侧变换器控制系统。

机侧变换器控制系统包括机侧控制设定模块、机侧分量解耦模块和机侧abc/dq变换模块；机侧控制设定模块：将定子电压控制设为控制外环，转子电流控制设为控制内环；机侧分量解耦模块：基于前馈补偿，实现转子控制电压的d、q分量解耦；机侧abc/dq变换模块：实现abc/dq变换，其中abc/dq变换所使用的角度为内电势旋转角度与转子机械角度相减的角度。

网侧变换器控制系统包括网侧控制设定模块和网侧abc/dq变换模块；网侧控制设定模块：将网侧变换器的控制外环设为直流电压外环，内环设为网侧电流内环；网侧abc/dq变换模块：实现abc/dq变换，其中abc/dq变换所使用的角度为内电势旋转角度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。