[發明專利]一種具有致穩能力的發電系統及控制方法

有效

• 申請號: 201310495067.2
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN103762618A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 袁小明;胡家兵;何維;熊雪君
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J3/40
• 分類號: H02J3/40
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于風力發電、太陽能發電、儲能、直流輸電等受變流器控制的發電系統領域，更具體地，涉及一種具有致穩能力的發電系統及控制方法。

背景技術

隨著受變流器控制的電源系統在電力系統中的滲透率的提高，與系統直接相連的傳統的電源如同步電機等的份額逐漸減小。以系統的頻率穩定為例，現有同步電機系統，具有穩定系統頻率的能力，并能參與系統頻率的維穩過程；當系統出現頻率偏差時，同步電機主要通過慣性響應、一次調頻來維持系統的頻率穩定，同步電機之間通過整步轉矩的作用恢復同步。

而現有的這些受變流器控制的電源系統對電力系統是沒有致穩性的。致穩性，是指設備增進系統或者其他設備穩定性的一種能力。更具體地說，從頻率穩定的角度，這些電源系統在系統中既不具有慣性，也不能提供整步轉矩。因此，用這些受變流器控制的電源系統取代同步電機，對系統的穩定而言是不利的。

這些非傳統的電源系統給系統帶來的不穩定的問題，已經得到了大家的關注。從一個重要的方面——慣性的角度上，已經有很多人提出了實現慣性的方法。但這些方法都有一個共同點，即是根據測得的系統頻率而改變電磁功率或電磁轉矩的設定值，從而改變風機輸出功率，模擬同步機所具有的功能。如圖1所示，對系統的頻率進行測量，得到系統頻率的變化率，基于系統頻率的變化率產生電磁功率或電磁轉矩的附加的控制指令，從而迫使發電機的旋轉速度發生改變，釋放出存儲的機械能。

現有的方法非常直觀，但是在實施的過程中，需要對系統的頻率進行測量，增加控制環路，增加了成本，并且新加的控制回路對風機也會有很多未知的影響。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種具有致穩能力的發電系統及控制方法；其目的在于為現有的受變流器控制的發電系統提供致穩能力由此解決這類發電系統滲透率增高對電網帶來不穩定因素的技術問題。

本發明提供了一種具有致穩能力的發電系統，包括能量模塊、被控對象、有功控制器和慣性同步控制器；所述能量模塊的輸入端用于獲取外部的能源，所述能量模塊的第一輸出端連接所述被控對象，所述能量模塊用于將獲取的其他能源轉換為電能或將電能轉化為其他頻率的電能；所述有功控制器的輸入端連接至所述能量模塊的第二輸出端，所述有功控制器的輸出端連接所述被控對象，所述有功控制器用于控制所述被控對象的有功功率的輸出；所述慣性同步控制器的輸入端用于連接并入的交流系統，所述慣性同步控制器的輸出端連接所述被控對象，所述慣性同步控制器用于控制發電系統與并入的交流系統同步并使得所述發電系統具有致穩能力。

更進一步地，工作時，所述被控對象從能量模塊獲取的有功功率由有功控制器所控制，而被控對象從能量模塊獲取的電能在慣性同步控制器的控制下被轉化為與交流系統同頻率的交流電并輸入至交流系統；在有功控制器和慣性同步控制器的共同控制下，被控對象能夠產生與所述交流系統同頻的交流電，并能在所述交流系統頻率波動時改變輸出的有功功率，體現慣性。

更進一步地，慣性同步控制器包括：電網信息采集模塊、信號處理模塊、慣性控制模塊和積分模塊；所述電網信息采集模塊用于采集交流系統的電壓信息；所述信號處理模塊用于將采集的信息進行濾波處理和坐標變換后，輸出已濾除噪聲干擾的基于dq旋轉坐標系的電壓直軸分量或電壓交軸分量；所述慣性控制模塊用于根據所述電壓直軸分量或電壓交軸分量與給定值的差值對輸出角頻率進行調整，使得所述慣性同步控制器的響應速度慢至能讓所述發電系統具有致穩能力；所述積分模塊用于將所述輸出角頻率進行積分運算得到輸出角度。

更進一步地，所述慣性控制模塊和積分模塊集成于一體。

本發明還提供了一種基于上述的發電系統的控制方法，包括下述步驟：

S1：采集交流系統的端電壓信息；

S2：將采集的信息進行濾波處理和坐標變換后輸出已濾除噪聲干擾的基于dq旋轉坐標系的電壓直軸分量或電壓交軸分量；

S3：根據所述電壓直軸分量或電壓交軸分量與給定值的差值對輸出角頻率進行調整；通過慣性控制調整慣性同步控制器的響應速度慢至能讓發電系統體現滿足系統需求的慣性，

S4：將所述輸出的角頻率進行積分運算后輸出角度。

更進一步地，所述控制方法還包括下述步驟：根據需要發電系統提供慣性的多少相應地調整有功控制的響應速度，使得有功控制的響應速度降至相應的時間尺度。

更進一步地，在步驟S2中，所述坐標變換基于慣性同步控制器的輸出角度。