[發明專利]一種風電場虛擬同步發電機控制裝置

在審

• 申請號: 201810088051.2
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108462188A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 曾雨竹;盧強;陳磊;蔡國洋;鄔昌明;劉欣村;羅振;郭春嶺;胡麗萍;魏學云
• 申請（專利權）人: 國電南瑞科技股份有限公司;國電南瑞南京控制系統有限公司
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種風電場虛擬同步發電機控制裝置，包括場站VSG控制器和單機VSG控制器，其中，每個機組配置一個單機VSG控制器，每個單機VSG控制器均與場站VSG控制器相連：所述單機VSG控制器包括頻率測量單元、VSG實現單元、電壓測量單元、電壓閉環控制單元、功率控制單元和單機通訊單元；所述場站VSG控制器包括遠程管理單元、電壓協調控制單元和場站通訊單元：所述遠程管理單元用于進行裝置的設定、單機VSG控制器的數據收集和運行記錄及顯示；所述電壓協調控制單元與風電場AVC系統共同調節并維持風電場電壓的穩定；所述場站通訊單元分別與單機VSG控制器和風電場AVC系統相連。

技術領域

本發明涉及一種風電場虛擬同步發電機控制裝置。

背景技術

傳統風電場安裝的變速風電機組普遍使用電力電子變流器，其在實現最大功率跟蹤的同時，導致風力機轉速和電網頻率之間不存在耦合關系，因而隱藏了機組風輪的旋轉動能，對電網頻率變化沒有響應措施。隨著大量風電機組接入系統，電網有功擾動造成的頻率波動也越來越大，而傳統風電場采用的AGC系統(自動發電量控制系統)是根據電網調度指令進行整場有功功率分配，穩定延時較長，在系統過渡過程中并不能根據頻率變化進行快速有功響應，只能參與系統二次調頻。

風電場一般通過場級無功補償設備實現電壓控制和無功補償，風電機組通常采用定功率因數運行或無功指令跟蹤模式為系統提供無功功率。一方面受通信時滯與控制時間常數制約，整體響應時間為百毫秒級，限制了風機對系統電壓的快速反應能力，另一方面風機在低功率運行狀態下大量的無功補償能力沒有得到利用。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種風電場虛擬同步發電機控制裝置，能夠主動參與一次調頻、調壓，提供一定的有功和無功支撐，并能夠提供慣性阻尼，有效抑制頻率振蕩，可使風力發電具備與常規火電接近的外特性。

為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種風電場虛擬同步發電機控制裝置，包括場站VSG控制器和單機VSG控制器，其中，每個機組配置一個單機VSG控制器，每個單機VSG控制器均與場站VSG控制器相連：

所述單機VSG控制器包括頻率測量單元、VSG實現單元、電壓測量單元、電壓閉環控制單元、功率控制單元和單機通訊單元：所述頻率測量單元用于實時測量風機并網點的電網頻率且頻率測量單元通過VSG實現單元與單機通訊單元相連；所述VSG實現單元自動響應系統頻率的變化量和變化率為機組附加慣量特性，通過一次調頻特性為系統提供阻尼；電壓測量單元用于實時測量風機并網點的電網電壓且電壓測量單元通過電壓閉環控制單元與單機通訊單元相連；所述電壓閉環控制單元在風電機組有功功率和無功功率解耦控制中引入配電線母線電壓閉環控制和無功功率調差控制；所述功率控制單元用于調節變槳系統的輸出功率；所述單機VSG控制器通過單機通訊單元分別與機組主控制系統、變槳系統、場站VSG控制器和發電機-變流器功率單元相連；

所述場站VSG控制器包括遠程管理單元、電壓協調控制單元和場站通訊單元：所述遠程管理單元用于進行裝置的設定、單機VSG控制器的數據收集和運行記錄及顯示；所述電壓協調控制單元與風電場AVC系統共同調節并維持風電場電壓的穩定；所述場站通訊單元分別與單機VSG控制器和風電場AVC系統相連。

優選，所述單機VSG控制器與機組主控制系統通訊交互，提取機組信息并通過機組主控制系統控制發電機-變流器功率單元實現一次調頻，并將數據上傳到場站VSG控制器。

優選，對于風電場同一配電線上不同機組以及不同配電線上的機組，由上級無功調節設備給定配電線連接點的電壓定值，通過電壓閉環控制單元引入電壓調差控制來獲得無功分配。

優選，功率控制單元在風機正常運行時降低機組的運行功率。

優選，當需要增加有功功率輸出時，功率控制單元通過開槳增大電能的轉化率；當需要減小有功功率輸出時，功率控制單元通過關槳減小電能的轉化率。