[發明專利]一種含儲能的全功率變換風電機組控制系統及方法

有效

• 申請號: 202110272105.2
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN112968451B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 蔡旭;桑順;張琛;秦垚
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/32
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

1.一種含儲能的全功率變換風電機組控制系統，其特征在于，包括：機側變流器、網側變流器以及儲能變流器；所述機側變流器分別與永磁同步發電機以及網側變流器相連；其中，

所述機側變流器采用最大功率跟蹤控制的基礎上加入慣量響應控制環路，將風輪慣量傳遞到電網側；

所述網側變流器采用慣性同步控制策略，以使直流側電壓自主感知電網頻率波動；

所述儲能變流器與直流側相連；所述儲能變流器用于根據直流側電壓所感知的電網頻率來吸收或發出功率參與電網一次調頻；

所述儲能變流器包括：電池以及儲能單元；其中，

所述儲能單元包括：第一功率開關器件、第二功率開關器件以及濾波電感；

所述電池的負極與所述第二功率開關器件的源極相連，所述電池的正極與所述濾波電感的一端相連；

所述濾波電感的另一端分別與所述第一功率開關器件的源極以及所述第二功率開關器件的漏極相連；

所述第一功率開關器件的源極與所述第二功率開關器件的漏極相連；

所述第一功率開關器件的漏極與所述直流側的正極相連，所述第二功率開關器件的源極與所述直流側的負極相連；

所述儲能變流器的控制單元包括：荷電狀態控制環路、選通開關、下垂控制器、PI調節器以及比較器；其中，

所述荷電狀態控制環路的輸出作為選通開關的第二位置的輸入；

所述選通開關的第一位置的輸入為0，所述選通開關的輸出疊加1后作為直流電壓的設定值直流電壓的設定值與反饋值之差經過所述下垂控制器，其輸出為儲能單元輸出電流的參考值i_esref；

所述儲能單元輸出電流的參考值i_esref與儲能單元輸出電流的反饋值i_es之差經過所述PI調節器，其輸出作為第一功率開關器件以及第二功率開關器件的觸發脈沖。

2.根據權利要求1所述的含儲能的全功率變換風電機組控制系統，其特征在于，所述荷電狀態控制環路包括：滯環比較器以及比例積分調節器；其中，

電池的實際荷電狀態SOC與荷電狀態設定值SOC_set之差經過所述滯環比較器，其輸出經過所述比例積分調節器后作為荷電狀態控制環路的輸出。

3.根據權利要求2所述的含儲能的全功率變換風電機組控制系統，其特征在于，所述比例積分調節器的輸出處設置有限幅值。

4.根據權利要求2所述的含儲能的全功率變換風電機組控制系統，其特征在于，所述滯環比較器在輸入值正向大于0.4、負向小于-0.4時，其輸出由0變為1；

所述滯環比較器在輸入值負向小于0.2，正向大于-0.2時，其輸出由1變為0。

5.根據權利要求1所述的含儲能的全功率變換風電機組控制系統，其特征在于，當所述儲能變流器運行在正常工作狀態時，所述選通開關處在第一位置，直流電壓的設定值為1；

當電網頻率處在額定值，基于慣性同步控制的風電機組直流側電壓為1.0p.u.，對應儲能單元的輸出電流i_es為0，即無需儲能單元參與電網一次調頻；

當電網頻率下降，直流側電壓小于1.0p.u.，對應儲能單元的輸出電流i_es大于零，即儲能單元對外多發出功率以抑制電網頻率繼續下跌；

當電網頻率上升，直流側電壓大于1.0p.u.，對應儲能單元的輸出電流小于零，即儲能單元對外吸收功率以抑制電網頻率繼續上升。

6.根據權利要求1所述的含儲能的全功率變換風電機組控制系統，其特征在于，當所述儲能變流器運行在強制充放電狀態時，所述選通開關處在第二位置；

當需要強制電池放電時，所述荷電狀態控制環路的輸出大于零，向上平移下垂特性曲線，強制電池向外放電，從而使電池的荷電狀態SOC下降；

當需要強制電池充電時，所述荷電狀態控制環路的輸出小于零，向下平移下垂特性曲線，強制電池充電，從而使電池的荷電狀態SOC上升。

7.根據權利要求1所述的含儲能的全功率變換風電機組控制系統，其特征在于，所述機側變流器采用功率外環、電流內環的雙環控制結構。

8.一種含儲能的全功率變換風電機組控制方法，其特征在于，應用于如權利要求1至7任一項所述的含儲能的全功率變換風電機組控制系統，其包括：

采用最大功率跟蹤控制的基礎上加入慣量響應控制環路控制機側變流器，將風輪慣量傳遞到電網側；

采用慣性同步控制策略控制網側變流器，以使直流側電壓自主感知電網頻率波動；

根據直流側電壓所感知的電網頻率控制儲能變流器來吸收或發出功率參與電網一次調頻。