[發明專利]一種同步發電機支撐電網運行的自同步電壓源風電機組

有效

• 申請號: 202110089760.4
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112821460B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 蔡旭;秦垚;王晗;邵昊舒;楊仁炘
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J3/42
• 分類號: H02J3/42;H02J3/38
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 王曉東

本發明公開了一種同步發電機支撐電網運行的自同步電壓源風電機組，控制單元通過自主感知電網頻率變化，并結合同步發電機的慣量響應，由機側變流器控制風電機組協同電網中同步發電機完成最優慣量響應；計及慣量響應的風電機組最大功率跟蹤控制單元，在風電機組的三個運行階段內，結合風力機的轉速和轉動慣量與風能利用效率的關系設計動態補償算法，使得風能利用效率和慣量響應效果達到綜合最優；離網獨立運行控制單元通過自主感知風電機組端口電壓變化，控制機側變流器協同機組變槳系統，完成風電機組出力與負荷的功率實時平衡；在并離網切換過程中的無縫切換控制單元，通過端電壓一致性控制算法控制并離網切換過程中風電機組端口電壓的穩定。

技術領域

本發明涉及電氣工程的技術領域，尤其涉及一種同步發電機支撐電網運行的自同步電壓源風電機組。

背景技術

近年來，隨著風力發電技術的不斷發展，風電滲透率不斷提高，風電場通過遠距離輸電線路連接至電網，使得風電機組與電網之間存在弱連接關系，在這種情況下，傳統的基于鎖相環的電網電壓定向的矢量控制策略控制的變流器動態性能變差，極易與電網發生諧波振蕩等交互作用；與此同時，新能源的大量接入導致電網系統慣量缺失，造成負荷波動下系統頻率變化劇烈，危及電力網絡的安全穩定運行。

另一方面，在電網負荷變動引起系統頻率偏離正常范圍時，基于鎖相環控制的變流器無法像傳統同步發電機一樣響應電網頻率變化，系統的整體慣性降低，加大了電網頻率調整的難度。當電網出現大干擾時，系統頻率穩定性將受到嚴重的影響。除此之外，傳統的基于鎖相環的變流器也無法獨立帶負荷運行。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述現有存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明提供了一種同步發電機支撐電網運行的自同步電壓源風電機組，能夠解決并離網切換過程中風電機組端口電壓不穩定的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：包括，控制單元通過自主感知電網頻率變化，并結合同步發電機的慣量響應，由機側變流器控制風電機組協同電網中同步發電機完成最優慣量響應；計及所述慣量響應的風電機組最大功率跟蹤控制單元，在所述風電機組的三個運行階段內，結合風力機的轉速和轉動慣量與風能利用效率的關系設計動態補償算法，使得風能利用效率和慣量響應效果達到綜合最優；離網獨立運行控制單元通過自主感知風電機組端口電壓變化，控制機側變流器協同機組變槳系統，完成所述風電機組出力與負荷的功率實時平衡；在并離網切換過程中的無縫切換控制單元，通過端電壓一致性控制算法控制所述并離網切換過程中風電機組端口電壓的穩定。

作為本發明所述的同步發電機支撐電網運行的自同步電壓源風電機組的一種優選方案，其中：包括，利用直流電壓控制環節控制直流母線電壓穩定的同時達到并網自同步，采用PI調節器對所述直流母線電壓進行調節，所述PI調節器的輸出自主映射電網頻率變化，與角頻率基準值相加并積分得到變流器輸出電壓調制波的相角；控制策略的實現公式如下：

ω＝ω₀+ω_syn＝ω₀+H_dc(u_dc-u_dc0)

其中，ω₀為電網角速度基準值，ω_syn為控制輸出同步補償角，ω為實際變流器輸出角速度，H_dc為電壓環控制傳遞函數，u_dc和u_dc0分別為直流母線電容電壓實際值與給定值，以上控制變量均為標幺值；由此，得到所述變流器輸出角頻率為：

其中，ω_b為電網角速度基準值，s為有名值。