频率电压稳定后，系统稳定运行并断开储能系统，转为PQ 功率控制模式稳定运行，风电机组自启动过程结束。
[0054] 实施例：下面W双馈异步风电机组单机系统为实施例来详细说明本发明。
[00巧]如图2所示，双馈异步风电机组在网侧没有电压支撑的情况下孤岛运行，实现自 启动并带负荷运行。其中，风电机组的额定电压为575V，额定容量为1. 5MVA，额定频率为 50HZ。单机系统带感性负载的额定功率为0. 6MW，机端提供无功支撑的电容额定无功功率为 0.SMvar。双馈异步风电机组转子电阻为Rf= 0.Ol化U，转子电抗Lf= 0. 16pu;定子电阻为 Rs二0. 02化U,走子电抗为LS二0.ISpu;励磁电抗为Lm二2. 9pu;惯性系数为H= 0. 09526 ; 网侧变流器进线电阻为Rg= 0. 00化U，进线电抗为Lg= 0. 00091PU。双馈异步风电机组的 P-CO曲线由表1数据插值生成。在自启动过程中，认为风速恒定且风速为V= 12m/s。在 MTLABSIMULINK平台中搭建如图2所示的模型并仿真运行。
[0056] 表1双馈异步风电机组P-O曲线
[0057]
[0058] 本实施例通过=个步骤实现双馈异步风电机组的自启动。
[0059] (1)控制系统向双馈异步风电机组控制器发出自启动指令，双馈异步风电机组自 启动控制器断开网侧负荷，向直流电容两端并入储能系统，向其充电并保持自启动前期电 容电压的稳定；同时控制器向转子侧变流器W及定子侧变流器发出逆变指令，如图3和4所 示，采用PV电压控制策略，该控制策略如图3所示，控制策略保证风机出口侧电压恒定W及 直流侧电容电压恒定。
[0060] (2)风机自启动初期，系统持续检测电网电压，当检测到电网侧电压已经建立，即 满足|lf-U」< ￡m。藻件。此时接入系统负荷，同时启动频率控制器，频率控制策略如图5 所示，频率控制器进一步对风电机组自启动频率进行控制，保证系统频率稳定在额定频率 W内。
[0061] 做在频率电压控制恒定W后，考察风机自启动运行中电压偏差值A巧=巧-? W及频率偏差值媒二方-乂分，若满足卸'<￡細^及的条件，则进一步.考察 风机直流侧电压偏差值M4=的.-的.，若满足AC^ <相胃，则认定直流电压侧恒定，并断 开储能系统。系统记录风电机组稳定运行时刻有功功率参考值Pt%并计算出相应的无功功 率参考值经，系统由PV控制模式转为PQ控制模式，其中有功和无功功率参考值分别由先前 PV控制模式下的参考值给出，即P*=Pt*，公.风电机组自启动控制结束。
[0062] 如图6所示，在风电机组启动初期，机端电压为零，在1. 5sW后，风电机组在PV控 制模式，迅速增发无功W建立满足电网运行要求的电压，并在电压控制模式下迅速稳定在 1.化U，为后续并入负荷W及频率控制提供保障。
[006引如图7所示，在风电机组成功建立电压后，频率控制器开始对于系统频率进行纠 正，由于风电机组转子惯性大，响应速度较慢，在3. 5sW后，频率控制器将系统频率控制在 额定频率范围内。
[0064] 如图8和图9所示，在风机启动初期，在PV控制模式W及频率控制器的双重作用 下，系统输出功率变化W调控频率，最终稳定在0. 6MW;同时，在电压建立的过程中，风电机 组输出无功W稳定系统电压。在4s后频率稳定，同时系统输出的有功W及无功功率稳定， 转为PQ控制模式，系统自启动过程结束。
【主权项】
1. 一种基于储能系统的双馈异步风电机组自启动控制方法，其特征在于：该方法包括 以下步骤： 1) 当电网出现低电压故障时，双馈异步风电机组自启动控制器断开网侧负荷，向直流 电容两端并入储能系统，储能系统向直流电容充电并保持自启动前期电容电压的稳定；同 时控制器向转子侧变流器以及定子侧变流器发出逆变指令，采用PV电压控制策略，保证风 机出口侧电压恒定以及直流侧电容电压恒定； 2) 风机自启动初期，控制器持续对于系统电压进行检测，在网侧电压达到额定电压的 控制范围以后，接入系统负荷，同时启动频率控制器，进一步对风电机组自启动频率进行控 制，保证系统频率稳定在额定频率以内； 3) 控制器检测到系统频率电压稳定后，系统稳定运行并断开储能系统。控制器通过转 变转子侧变流器的控制模式，将控制目标为网侧输出电压恒定的PV电压控制策略转为控 制目标为网侧负荷恒定的PQ功率控制策略，从而实现双馈异步风电系统带负荷的稳定运 行，风电机组自启动过程结束。2. 根据权利要求1所述的基于储能系统的双馈异步风电机组自启动控制方法，其特征 在于所述步骤1)中，在风电机组启动初期，为了建立满足电网运行要求的电压，风电机组 PV电压控制策略为： 双馈异步风电机组采用定子电压定向技术以及有功无功解耦控制技术，其有功无功的 输出主要依赖于对于转子侧变流器的控制，自启动控制器采用PV控制模式，其转子电流参 考值如下：其中，P'If为风电机组有功功率、电压参考值；P s为风电机组输出有功功率，U s为风电 机组输出电压；、!^汾别为有功功率控制器的比例、积分系数；k "p、km分别为电压控制 器的比例、积分系数；€4分别为d、q轴的转子电流参考值， 为了消除静差，引入积分环节，设计转子电流控制器：控制器的比例、积分系数， 在考虑定子磁链变化的条件下，还需增加附加控制项：其中，L k分别为风电机组转子电阻和转子电抗；Rs、Ls分别定子电阻和定子电抗；Lni 为励磁电抗；WslipS滑差角速度，《 :为同步角速度；it sd、i])sq分别为定子d、q轴磁链， 最终，自启动控制器采用PV控制模式，转子变流器所需输出的参考电压值如下：其中，和 < 为转子变流器的参考电压值信号，u\d和u\q为转子电流控制器输出信 号，A 和A u q为转子电流控制器附加控制项。3. 根据权利要求1所述的基于储能系统的双馈异步风电机组自启动控制方法，其特征 在于：所述步骤2)中，在风电机组电压建立后，为了保证输出电压频率稳定，对风电机组自 启动频率进行控制的方法为： 频率控制器由转速控制器和附加频率控制器组成，其中转速控制器设计如下： K=kmp ^ +k，,} 其中，尤％ ?s，分别为风电机组转速控制器参考值、定子测量转速、定子转速计算 值，ft(由输入量Ps输入至Pi曲线中产生，P-co曲线功能模块由机组的功率转速特性决 定； 风电机组通过控制有功功率输出来控制频率，附加频率控制器的设计如下：其中，fs、fraf分别为风电机组输出电压频率以及频率参考值；k fpl、kfp2、kfll、kfl2为附件 频率控制器的比例系数以及积分系数， 最终，风机自启动频率控制器给出转子变流器的有功功率参考值为： ，=€+4一2 其中，巧为转速控制器输出信号，巧i和^2为附加频率控制器输出信号。4. 根据权利要求1所述的基于储能系统的双馈异步风电机组自启动控制技术，其特征 在于：所述步骤（3)中，在风电机组电压频率稳定后，自启动控制器采取的具体步骤为： 1) 考察风机自启动运行中电压偏差值aW 以及频率偏差值4/T = //-/<，_ 若满足4/： <以及AM < ?；_.的条件，则转入步骤2)? 2) 考察风机直流侧电压偏差值= ，若满足<1胃，则认定直流电压 侧恒定，并断开储能系统，转入步骤3). 3)系统记录风电机组稳定运行时刻有功功率参考值Zf，并计算出相应的无功功率参 考值泛，系统由PV控制模式转为PQ控制模式，其控制器设计如下：其中，k_、为PQ功率控制器的比例、积分参数， 有功和无功功率参考值分别由先前PV控制模式下的参考值给出，即 夕=If, P =P，风电机组自启动控制结束。
【专利摘要】本发明公开一种基于储能系统的双馈异步风电机组自启动控制方法，具体包括以下步骤：(1)当电网出现低电压故障时，双馈异步风电机组自启动控制器断开网侧负荷，向直流电容两端并入储能系统。储能系统向直流电容充电，控制系统采用PV电压控制策略，(2)在网侧电压达到额定电压的控制范围以后，接入系统负荷，同时启动频率控制器，进一步对风电机组自启动频率进行控制，保证系统频率稳定在额定频率以内。(3)控制器检测到系统频率电压稳定后，系统稳定运行并断开储能系统，转为PQ功率控制模式稳定运行，风电机组自启动过程结束。在储能系统的直流电压支撑下，实现风电机组的自启动以及带负荷运行，并保证电压以及频率的稳定。
【IPC分类】H02J3/38, H02J3/28, H02P21/00
【公开号】CN105140938
【申请号】CN201510475640
【发明人】蒋平, 冯士睿
【申请人】东南大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月5日