[發明專利]一種雙饋風力發電機組自同步控制方法

在審

• 申請號: 202011542879.4
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112636394A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 肖宇;鄂霖;蔡欽欽;朱永強
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02J3/40
• 分類號: H02J3/40;H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種雙饋風力發電機組自同步控制方法，包括：系統由風力機、感應發電機、轉子側變換器和網側變換器等組成，風力機控制系統包括空氣動力學模型、MPPT控制、電磁轉矩控制、槳距角與槳距角補償控制、速度控制以及機械軸系控制單元。本發明通過轉子側變流器控制單元實現自同步控制，系統包括功率同步控制、無功功率控制、阻尼控制和虛擬電阻控制環節，通過在直流電壓時間尺度上建模，能夠主動支撐電網調壓和調頻，分析系統次同步振蕩問題，提高電網系統的穩定性。

技術領域

本發明屬于發電機控制技術領域，涉及一種雙饋風力發電機組自同步控制方法。

背景技術

近年來，我國新能源發電呈持續快速增長趨勢，截至2019年底，全球累計風電裝機容量達650GW，中國陸上和海上風電累計裝機容量占比分別達37％和23％。但一直以來，都因其隨機性、波動性、間歇性等特征對并網消納、電網電壓和頻率穩定性、電能質量等方面造成影響。尤其隨著新能源發電滲透水平的不斷提高，傳統同步發電機占比減少，難以提供充足的慣性和阻尼，使得系統小擾動穩定性等問題變得更加突出。如何使風機具有類似同步發電機的慣量、阻尼和同步特性，主動參與電網電壓和頻率調節，為系統提供同步支撐，成為目前亟需解決的問題之一。

當前風電機組普遍使用基于鎖相同步的矢量控制方式，即比利時魯汶大學VSG方案、美國GEC方案所使用的控制方法，該方法中有功功率、無功功率分別通過d軸定向、q軸定向控制端電壓，相應控制輸出幅值信息與相位信息，兩者處于相互耦合狀態，只能運行于并網系統，且不具備多機并聯自主組建電網的能力。同時，由于鎖相環具有快速動態響應特性，當功率出現不平衡，鎖相環會迅速驅動內電勢相位變化，因此無法利用儲存在轉子上的動能支撐電網。尤其隨著新能源發電占比的增加、大規模遠距離風電外送趨勢的發展，使得系統振蕩問題愈加突出，誘發次同步振蕩(sub-synchronous oscillation，SSO)的可能性也逐漸增大。

自同步控制(Self-synchronization Control)方式是指不依賴于電網狀態、由不平衡功率驅動自生風機并網內電勢幅值/相位的同步方式。自同步控制方式可以直接模擬同步發電機內電勢相位運動、慣量和阻尼特性，使并網逆變器從運行機制和外特性上與傳統同步發電機相接近。相比于鎖相同步的矢量控制方式，自同步方式采用建立功率變化和內電勢之間更簡單直接的數學聯系，使風機對電網表現出固有慣量和阻尼特性，給電網運行提供動態支撐，改善系統頻率波動和振蕩等現象，提高系統頻率和動態穩定性。

基于雙饋風力發電機組的自同步控制方法，被認為是一種可以更加有效提高系統頻率、小干擾等穩定性的方法，其具備多機并網自主組建電網的能力，在并、離網系統均可運行。

發明內容

簡而言之，針對現有技術的缺陷，提供一種雙饋風力發電機組自同步控制方法。

根據本發明提供的雙饋風力發電機組自同步控制方法，該系統包括：風力機、感應發電機、轉子側變換器(rotor-side converter，RSC)和網側變換器(grid-sideconverter，GSC)，其中：風能經風力機轉化為動能，并通過其機械軸系傳到感應發電機，實現電能的轉換，其定子直接與電網相連，轉子則連接轉子側變換器和網側變換器。

根據本發明提供的雙饋風力發電機組自同步控制方法，風力機控制系統包括：空氣動力學模型、MPPT控制、電磁轉矩控制、槳距角與槳距角補償控制、速度控制等模塊以及機械軸系模型。進而，由風力機控制產生有功功率參考值，這部分系統即所說的傳統同步機的原動系統。

所述機械系統由風輪、低速軸、變速箱、高速軸和發電機轉子等幾部分組成，其軸系可被分為多個質量塊。為簡化分析和建模，采用兩質量塊模型來模擬雙饋風電機組的機械軸系部分。其中，兆瓦級雙饋風電機組機械軸系的固有諧振頻率一般為1～2Hz，遠小于系統次同步振蕩頻率，因此風電并網系統中的次同步振蕩與機械軸系無關。