[發明專利]基于電流源型多端直流風場卸負荷的協調控制系統及方法

有效

• 申請號: 201310347010.8
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN103475034A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 范士雄;劉廣一;蒲天驕;楊占勇;楊洋
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;中國電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域的控制系統及控制方法，具體涉及一種基于電流源型多端直流風場卸負荷的協調控制系統及控制方法。

背景技術

一般來說，風電場風力發電機常常運行在最優功率曲線來實現最大功率追蹤。隨著控制技術的發展，電網對風電場的發電特性提出來更高的要求，其希望風電場的發電特性更接近于傳統的火電廠。風力發電機中葉片中儲存的旋轉動能只能短時間支持發電控制.。由于風速和功率系數的影響，風力發電機所能提供的最大輸出功率是有限的。因此當風電場與電網連接點出的頻率下降時，風電場不能夠長期提供頻率控制。

相反，當電網功率需求減少時，電源需要減少功率輸出來保持功率平衡來維持電網的頻率。隨著電力電子變換器和風力發電機槳距角控制系統發展，風電場可以迅速的控制其輸出功率。雖然風力發電機的功率調整范圍有限，但是對于大規模的風電場來說，可控的輸出功率是非常巨大的。因此可以通過風電場的風力發電機之間協調控制方法來減少風電場的輸出功率，并保持風力發電機的在線運行和電網的功率平衡。

發明內容

為了有效地降低風電場輸出功率，保持與電網功率需求平衡，本發明的目的是提供一種基于電流源型多端直流風場卸負荷的協調控制系統，另一目的是提供一種基于電流源型多端直流風場卸負荷的協調控制方法，該協調控制方法聯合槳距角控制、風力發電機最大功率控制、直流側電壓控制和直流變換器（DC-Chopper）控制；風電場通過協調控制方法實現自我調節來應對電網對風電場的功率需求。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

本發明提供一種基于電流源型多端直流風場卸負荷的協調控制系統，其改進之處在于，所述系統包括星型風電系統，所述風電系統包括至少一個風力發電機、至少一個二極管整流器、至少一個直流變換器和電流源型逆變器；在每個直流變換器的輸入側并聯安裝有直流變換器控制單元；

每個風力發電機通過二極管整流器與直流變換器并聯在直流母線上，直流母線收集的直流功率通過電流源型逆變器接入電網。

優選的，所述風力發電機為永磁風力發電機；所述直流變換器為電流源型直流變換器。

較優選的，所述直流變換器控制單元由串聯的可控開關的電力電子器件和電阻組成；

所述可控開關的電力電子器件采用IGBT模塊；所述電阻為散熱電阻，由電阻絲和二極管并聯組成。

優選的，所述系統中直流側母線電壓、電流源型直流變換器輸入電壓、輸入電流和永磁風力發電機的轉速通過傳感器進行測量；

所述協調控制系統通過測量值與預設值比較，進行控制功能的切換。

本發明基于另一目的提供的一種基于電流源型多端直流風場卸負荷的協調控制方法，其改進之處在于，所述方法采用的系統為協調控制系統；所述方法包括下述步驟：

步驟1：測量直流側母線電壓，并判斷直流側母線電壓是否大于預設值；

步驟2：風力發電機運行在直流電壓控制模式下；

步驟3：測量風力發電機在直流電壓控制模式下的轉速，并判斷轉速是否大于槳距角控制預設值；

步驟4：風力發電機運行在槳距角控制模式下；

步驟5：測量直流變換器的輸入電壓，判斷輸入電壓是否大于直流變換器電壓的預設值；

步驟6：風力發電機運行在直流變換器控制模式下。

步驟7：直流變換器控制穩定之后，槳距角控制繼續運行，當風力發電機轉速達到預設轉速值時，直流變換器控制退出運行；風力發電機的轉速由槳距角控制。

優選的，所述步驟1中，當直流電壓大于預設值時，轉入步驟2；否則風力發電機運行在最大功率控制模式。

優選的，所述步驟3中，風力發電機運行在直流電壓控制模式下，風力發電機的轉速增加；當轉速測量值大于槳距角控制預設值時，槳距角控制被觸發，轉入步驟4，風力發電機的轉速將通過變槳系統伺服控制機構（變槳系統伺服控制機構包括伺服電動機，伺服驅動器、控制系統等）改變槳距角來限制其轉速；否則返回步驟2。

優選的，所述步驟5中，當直流變換器的輸入電壓大于直流變換器控制的預設值，直流變換器控制被觸發，轉入步驟6，直流變換器控制與槳距角控制共同限制風力發電機的轉速；否則返回步驟4。

較優選的，所述直流變換器控制響應速度大于槳距角控制，風力發電機轉速限制在預設輸入電壓值的轉速。