[發(fā)明專利]一種含儲能的全功率變換風電機組控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110272105.2
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN112968451B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡旭;桑順;張琛;秦垚
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發(fā)明公開了一種含儲能的全功率變換風電機組控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括：機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器及儲能變流器；機側(cè)變流器分別與永磁同步發(fā)電機及網(wǎng)側(cè)變流器相連；機側(cè)變流器采用最大功率跟蹤控制的基礎(chǔ)上加入慣量響應(yīng)控制環(huán)路，將風輪慣量傳遞到電網(wǎng)側(cè)；網(wǎng)側(cè)變流器采用慣性同步控制策略，以使直流側(cè)電壓自主感知電網(wǎng)頻率波動；儲能變流器與直流側(cè)相連；用于根據(jù)直流側(cè)電壓所感知的電網(wǎng)頻率來吸收或發(fā)出功率參與電網(wǎng)一次調(diào)頻。通過本發(fā)明，能夠使電壓源控制的風電機組同時具有參與一次調(diào)頻與慣量響應(yīng)功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電學技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種含儲能的全功率變換風電機組控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

全功率變換機組風力發(fā)電系統(tǒng)，風電機組主要包括：風輪、永磁同步發(fā)電機、機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器。全功率變換機組的網(wǎng)測變流器通常采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制方式，由于背靠背變流器的隔離作用，使得風輪的物力慣量無法被傳遞到電網(wǎng)，全功率變換機組對電網(wǎng)不體現(xiàn)慣量。另外，在弱電網(wǎng)條件下矢量控制的全功率風電機組存在諧波振蕩等交互失穩(wěn)問題，危及其安全穩(wěn)定運行。

現(xiàn)有技術(shù)中，申請?zhí)枮椋?01811124760.8的中國發(fā)明專利，公開了一種電壓源型控制的全功率風電機組，其并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中機側(cè)變流器采用基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制，網(wǎng)測變流器采用“慣性同步”控制。在網(wǎng)測變流器控制環(huán)路中，直流側(cè)電壓的標幺值輸入到積分控制器，該控制器的輸出作為網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓u_g的相位θ用于脈沖寬度調(diào)制(PWM)。可以通過調(diào)節(jié)調(diào)制電壓幅值來控制網(wǎng)側(cè)變流器輸出的無功功率PWM模塊基于θ，和生成三相開關(guān)信號sabc。機側(cè)變流器采用功率外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，根據(jù)風輪轉(zhuǎn)速產(chǎn)生最優(yōu)功率參考值實現(xiàn)最優(yōu)功率控制。

其中，風電機組直流側(cè)電壓能夠自主感知電網(wǎng)頻率變化。慣量傳遞控制器通過檢測直流電壓的變化率，并將變化率乘以慣量傳遞系數(shù)K_C，該結(jié)果乘以-1即為慣量傳遞控制器的輸出值加上最大功率控制器的輸出值作為有功功率參考值慣量傳遞控制環(huán)路將風輪慣量傳遞到電網(wǎng)側(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)風電機組對電網(wǎng)的慣量響應(yīng)功能，無法實現(xiàn)參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻功能。

因此，有必要研究一種風電機組控制系統(tǒng)及方法，使其同時具備慣量響應(yīng)、參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種含儲能的全功率變換風電機組控制系統(tǒng)及方法，能夠使電壓源控制的風電機組同時具有參與一次調(diào)頻與慣量響應(yīng)功能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種含儲能的全功率變換風電機組控制系統(tǒng)，其包括：機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器以及儲能變流器；其中，

所述機側(cè)變流器分別與永磁同步發(fā)電機以及網(wǎng)側(cè)變流器相連；

所述機側(cè)變流器采用最大功率跟蹤控制的基礎(chǔ)上加入慣量響應(yīng)控制環(huán)路，將風輪慣量傳遞到電網(wǎng)側(cè)；

所述網(wǎng)側(cè)變流器采用慣性同步控制策略，以使直流側(cè)電壓自主感知電網(wǎng)頻率波動；

所述儲能變流器與直流側(cè)相連；所述儲能變流器用于根據(jù)直流側(cè)電壓所感知的電網(wǎng)頻率來吸收或發(fā)出功率參與電網(wǎng)一次調(diào)頻。

較佳地，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(guān)器件、第二功率開關(guān)器件以及濾波電感；

所述電池的負極與所述第二功率開關(guān)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(guān)器件的源極以及所述第二功率開關(guān)器件的漏極相連；

所述第一功率開關(guān)器件的源極與所述第二功率開關(guān)器件的漏極相連；