[發明專利]用于直驅式風力發電機低電壓穿越的功率控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201410011103.8
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103762919B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 李庚銀;劉忠義;劉崇茹;李劍
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02P9/04
• 分類號: H02P9/04;H02J3/38;H02J3/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 陳波

1.一種用于直驅式風力發電機低電壓穿越的功率控制裝置，其特征在于，所述裝置包括發電機轉速測量模塊、直流電壓測量模塊、機端電壓測量模塊、機端電流測量模塊、網測電壓測量模塊、網測電流測量模塊、最大功率追蹤控制模塊、網測功率測量模塊、風速測量模塊、漿距角測量模塊和功率協調控制模塊；

其中，所述直流電壓測量模塊、機端電壓測量模塊、機端電流測量模塊、網測電壓測量模塊、網測電流測量模塊、最大功率追蹤控制模塊、網測功率測量模塊、風速測量模塊和漿距角測量模塊分別與所述功率協調控制模塊連接；

所述發電機轉速測量模塊分別與最大功率追蹤控制模塊和功率協調控制模塊連接；

所述功率協調控制模塊用于接收所述直流電壓測量模塊采集到的直流母線電壓、機端電壓測量模塊采集到的發電機機端電壓、機端電流測量模塊采集到的發電機機端電流、網測電壓測量模塊采集到的網側節點電壓、網測電流測量模塊采集到的網側變流器輸出電流、最大功率追蹤控制模塊輸出的網側有功功率的參考值、網測功率測量模塊采集到的網側有功功率和網側無功功率、風速測量模塊采集到的風速值和漿距角測量模塊采集到的槳距角數值。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述功率協調控制模塊包括機側變流器控制模塊、網側變流器控制模塊和槳距角控制模塊；所述機側變流器控制模塊分別與直流電壓測量模塊、機端電壓測量模塊、機端電流測量模塊和機側變流器連接；所述網側變流器控制模塊分別與所述網測電壓測量模塊、網測電流測量模塊、最大功率追蹤控制模塊、網測功率測量模塊和網測變流器連接；所述槳距角控制模塊分別與所述發電機轉速測量模塊、網測電壓測量模塊、風速測量模塊、漿距角測量模塊和變漿系統連接。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述網側變流器控制模塊包括低電壓判斷模塊。

4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述槳距角控制模塊包括風速判斷模塊。

5.一種用于直驅式風力發電機低電壓穿越的功率控制方法，其特征在于，所述方法包括基于機側變流器控制模塊的控制方法、基于網側變流器控制模塊的控制方法和基于槳距角控制模塊的控制方法；

其中，機側變流器控制模塊采用雙閉環結構，使用機側變流器交流端電壓定向，其控制方法的具體步驟包括：

步驟1：機側變流器控制模塊外環用采集到的直流母線電壓的幅值U_dc^*減去直流母線電壓的參考值U_dcref^*；直流電壓差值經過外環PI控制器給出機端有功電流的初始參考值I_sdref^*；同時用采集到的發電機機端電壓的幅值U_s^*減去發電機機端電壓的參考值U_sref^*；機端電壓差值經過外環PI控制器給出機端無功電流的初始參考值I_sqref^*；

步驟2：I_sdref^*和I_sqref^*經過有功優先的限流控制環節得出機端有功電流的參考值I_sdrefl^*和機端無功電流的參考值I_sqrefl^*；

步驟3：機側變流器控制模塊內環用機端有功電流的參考值I_sdrefl^*減去采集到的機端有功電流I_sd^*；有功電流差值經過內環PI控制器給出機側變流器調制系數的d軸分量C_msd；同時用機端無功電流的參考值I_sqrefl^*減去采集到的機端無功電流I_sq^*；無功電流差值經過內環PI控制器給出機側變流器調制系數的q軸分量C_msq；

步驟4：將機側變流器調制系數的d軸分量C_msd和q軸分量C_msq送入機側變流器，以實現對機側變流器的調制控制；

網側變流器控制模塊采用雙閉環結構，使用網側變流器交流端電壓定向；其控制方法包括兩種模式，機組正常運行時的穩態控制模式和電網低電壓期間的低壓暫態控制模式；通過低電壓判斷模塊辨識網側變流器交流端電壓幅值U_it^*的大小實現網側變流器控制模塊的控制模式切換；

其中，網側變流器控制模塊處于穩態控制模式時的具體控制過程為：

步驟1）：網側變流器控制模塊外環用網側變流器輸出的有功功率P_t^*減去輸出有功的參考值P_tref^*；有功功率差值經過外環PI控制器給出網側有功電流的初始參考值I_gdref^*；同時用網側變流器輸出的無功功率Q_t^*減去輸出無功的參考值Q_tref^*；無功功率差值經過外環PI控制器給出網側無功電流的初始參考值I_gqref^*；

步驟2）：I_gdref^*和I_gqref^*經過有功優先的限流控制環節得出網側有功電流的參考值I_{gdrefl_P}^*和網側無功電流的參考值I_{gqrefl_P}^*；I_{gdrefl_P}^*經過慣性環節輸入到有功內環的控制器中；

步驟3）：網側變流器控制模塊內環用經過慣性環節的有功電流參考值減去測量到的網側有功電流I_gd^*；有功電流差值經過內環PI控制器給出網側變流器調制系數的d軸分量C_mgd；同時用I_{gqrefl_P}^*減去測量到的網側無功電流I_gq^*；無功電流差值經過內環PI控制器給出網側變流器調制系數的q軸分量C_mgq；

步驟4）：將C_mgd和C_mgq送入網側變流器，以實現對網測變流器的調制控制；

網側變流器控制模塊處于低壓暫態控制模式時的具體控制過程為：

網側變流器控制模塊低壓暫態控制模式的結構以及控制策略的實施步驟均與穩態控制模式類似，所不同的是，無功外環的被控量為U_it^*；限流控制環節采用無功優先策略；

所述槳距角控制模塊由PI控制環節和伺服控制環節串聯組成，包括兩種模式：最大功率追蹤區控制模式和功率限制區控制模式；通過風速判斷模塊辨識風速的大小實現槳距角控制模塊的控制模式切換；

所述槳距角控制模塊的最大功率追蹤區控制模式的具體控制過程為：

步驟（1）：槳距角控制模塊用網側電壓下限值U_itlow^*減去U_it^*；電壓差值經過PI控制器給出槳距角的參考值β_ref；

步驟（2）：用槳距角的參考值β_ref減去槳距角的實際值β；差值經過伺服控制環節得出槳距角的輸出控制信號；

步驟（3）：將槳距角的輸出控制信號送入到變槳系統中，以實現對槳距角大小的調節；

所述槳距角控制模塊的功率限制區控制模式的具體控制過程為：槳距角控制模塊功率限制區控制模式的結構以及控制策略的實施步驟均與最大功率追蹤區控制模式類似，所不同的是，PI控制根據發電機轉速ω_m^*和額定轉速ω_mref^*的差值給出β_ref。