CN103904639B - 用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器控制方法 - Google Patents

用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103904639B
CN103904639B CN201410144480.9A CN201410144480A CN103904639B CN 103904639 B CN103904639 B CN 103904639B CN 201410144480 A CN201410144480 A CN 201410144480A CN 103904639 B CN103904639 B CN 103904639B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current transformer
double
generator
wind power
converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410144480.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103904639A (zh
Inventor
蔡彬
褚晓广
周士贵
丁文龙
李金鹏
高媛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qufu Normal University
Original Assignee
Qufu Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qufu Normal University filed Critical Qufu Normal University
Priority to CN201410144480.9A priority Critical patent/CN103904639B/zh
Publication of CN103904639A publication Critical patent/CN103904639A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103904639B publication Critical patent/CN103904639B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器控制方法，属于风力发电技术领域。该方法采用包括定子侧变流器、机侧变流器、网侧DC-DC变换器的变流器拓扑结构实现对双馈型风电机组控制；首先控制所述网侧DC-DC变换器使其工作于直流降压状态，将直流电网电压降至合适水平并使之恒定；其次控制所述机侧变流器实现三相逆变；风机启动后控制所述机侧变流器使其输出频率按固定比例跟踪发电机转速变化；控制所述定子侧变流器整流升压，实现最大功率点跟踪和功率因数校正；控制所述网侧DC-DC变换器使其工作于直流升压状态，实现风电机组柔性直流输电并网发电。本发明尤其有益于双馈型风电机组在柔性直流输电系统中推广使用。

Description

用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，尤其是一种用于柔性直流输电系统的双馈型风力发电机组变流器使用的控制方法，属于风力发电技术领域。
背景技术
目前大型风电场并网技术方案主要为传统的交流并网。
近年来柔性直流输电技术因其具有运行可靠、控制简单、成本低等诸多优势而深受关注，在风力发电系统应用越来越广泛，出现了基于柔性直流输电的大型风电场并网技术方案，一般有三种：①基于柔性直流输电的发电机集中控制并网，②基于柔性直流输电的发电机分散控制并网，③基于柔性直流输电的分散直流母线并网。
前两种方案①和②与传统的交流并网技术方案一样，其共同特点是：兆瓦级风力发电机组均需通过交直交变流器输出690V50Hz交流电，然后通过升压变压器升压。其不足之处是：需要升压变压器、箱式变电站，占地面积大，损耗高，尤其制约着海上风电的发展。
第③种基于柔性直流输电的分散直流母线并网技术方案是：风电机组输出的交流电经过整流、直流升压，然后汇至直流母线。它虽然无需升压变压器，但所述风电机组均为永磁直驱型，而使用更广泛的双馈型风电机组因其控制复杂性均未发现国内外有关报导其在柔性直流输电系统中的应用，严重制约了柔性直流输电技术在使用双馈型风电机组的风电场中的使用和推广。
双馈型风电机组的控制复杂性表现在：传统的变速恒频双馈风力发电机变流器，必须确保定子输出的交流电为恒压恒频，即690V50Hz；而为此目的，因风速变化必然导致发电机工作于亚同步、同步和超同步等三种不同运行状态，跨越同步点是难免的，而这三种不同运行状态的动态转换是传统的变速恒频双馈风力发电机励磁控制所必需的一项关键技术。为了避免反复跨越同步点和在同步速附近小转差区的控制难度，总是把稳定运行工作点选在避开同步速附近小转差区以外的区间，所以转差率s不能太小，这意味着机侧变流器功率不可能做的很小。
发明内容
本发明的主要目的在于：针对现有技术的不足和空白，根据柔性直流输电系统的特点，突破传统的双馈型风电机组变流器控制方式，提出一种控制更为简单灵活、使双馈型风电机组始终工作于一种运行状态而无需跨越同步点的双馈型风电机组控制方法，从而便于柔性直流输电技术在双馈型风力发电场中的使用和推广。
为了达到以上目的，本发明用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器控制方法，其特征在于：采用包括定子侧变流器、机侧变流器、网侧DC-DC变换器的双馈型风电机组变流器拓扑结构实现对双馈型风电机组的控制，包括以下步骤。
步骤1，在风机启动并网前，首先控制所述网侧DC-DC变换器使其工作于直流降压状态，将直流电网电压降至合适水平并使之恒定，为所述机侧变流器提供逆变电源；其次控制所述机侧变流器经过逆变给双馈型风力发电机的转子提供三相交流励磁电流，风电机组启动。
步骤2，在风电机组启动后，首先采用发电机转速跟踪方法，控制所述机侧变流器使其输出频率按一定比例跟踪发电机转速的变化，使发电机始终工作于一种状态（如超同步运行状态），因而无需考虑在同步点上下跨越的控制问题；其次控制所述定子侧变流器将发电机定子发出的频率和幅值均可变化的交流电进行整流、升压，并实现最大功率点跟踪和功率因数校正；同时控制所述网侧DC-DC变换器使其输入端（即所述定子侧变流器的输出端）的电压保持恒定，并使其工作于直流升压状态，将双馈型风力发电机发出的功率传递给高压直流电网。
所述步骤2中的发电机转速跟踪方法如下。
根据发电机转速与定转子旋转磁场的转速有如下关系：
n±n 2 =n 1 （1）
式中，n为发电机转速（即转子的机械转速），n 1 为定子的同步转速，n 2 为转子磁场转速。
设n/n 1 =C，则由式(1)有：
（2）
则有
（3）
式中，f 2 为转子励磁电流频率，p为发电机的极对数，C为常数。
由此，只要控制机侧变流器使f 2 按式(3)跟踪n的变化，且若使C>1，则可使发电机始终处于超同步运行；若使C<1，则可使发电机始终处于亚同步运行；若使C=1，则可使发电机始终处于同步运行。这样，只要确定常数C，即可使双馈型风力发电机始终处于三种运行状态中的任一种状态运行，这样就克服了双馈型风电机组变流器在同步点上下跨越的问题，使机侧变流器的控制更为灵活，大大简化了控制策略。
同时，根据转差率s的定义，有：
（4）
由式(4)可知，转差率s也保持不变。若令C为接近于1的常数，则理论上s可以非常小，从而机侧变流器的功率sP可以更小（P为双馈型风电机组的额定功率）。
本发明的有益效果是：不要求双馈型风力发电机定子输出的交流电为恒压恒频交流电（如690V50Hz），因而使得机侧变流器控制更为简单和灵活，其输出频率只需按一定比例跟踪发电机转速的变化，即可实现发电机始终处于三种运行状态中的任一种状态运行，而无需考虑在同步点上下跨越的控制问题，同时可使发电机的转差率保持不变，由此也可使机侧变流器的额定功率更小，进一步降低了成本，尤其有益于双馈型风电机组在柔性直流输电系统中的推广使用，特别是可使海上风电成本进一步降低。
附图说明
附图为本发明控制方法系统构成图。
其中，1-机侧变流器；2-定子侧变流器；3-网侧DC-DC变换器；4-双馈型风力发电机定子；5-双馈型风力发电机转子；6-高压直流电网。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
如附图所示，本发明用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器控制方法，采用一种双馈型风电机组变流器拓扑结构实现对双馈型风力发电机的控制；所述双馈型风电机组变流器拓扑结构包括机侧变流器1、定子侧变流器2、网侧DC-DC变换器3；定子侧变流器2一端与风力发电机的定子4连接，另一端分别与机侧变流器1、网侧DC-DC变换器3连接；机侧变流器1另一端与风力发电机的转子5连接；网侧DC-DC变换器3的另一端通过高压直流电缆与高压直流母线6连接。
具体包括以下步骤。
步骤1，在风机启动并网前，首先控制网侧DC-DC变换器3使其工作于直流降压状态，将直流电网电压降至合适水平并使之恒定，为机侧变流器1提供逆变电源；其次控制机侧变流器1经过逆变给转子5提供三相交流励磁电流，风电机组启动。
步骤2，在风电机组启动后，首先采用发电机转速跟踪方法，控制机侧变流器1使其输出频率f 2 按跟踪发电机转速n的变化，并确定常数C的大小，使发电机始终工作于一种状态（如：C>1，则处于超同步运行状态；C<1，则处于亚同步运行；C=1，则处于同步运行），因而无需考虑在同步点上下跨越的控制问题，同时，如使常数C接近于1，则机侧变流器的额定功率可以更小；其次控制定子侧变流器2将发电机定子发出的频率和幅值均可变化的交流电进行整流、升压，并实现最大功率点跟踪和功率因数校正；同时控制网侧DC-DC变换器3使其输入端（附图中的A点，即定子侧变流器2的输出端）的电压保持恒定，并使其工作于直流升压状态，将双馈型风力发电机发出的功率传递给高压直流电网。

Claims (2)

1.一种用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组控制方法，其特征在于：采用包括定子侧变流器、机侧变流器、网侧DC-DC变换器的双馈型风力发电机组变流器拓扑结构实现对双馈型风电机组的控制，包括以下步骤：步骤1，在风机启动并网前，首先控制所述网侧DC-DC变换器使其工作于直流降压状态，将直流电网电压降至合适水平并使之恒定，为所述机侧变流器提供逆变电源，其次控制所述机侧变流器经过逆变给双馈型风力发电机的转子提供三相交流励磁电流，风电机组启动；步骤2，在风电机组启动后，首先采用发电机转速跟踪方法，控制所述机侧变流器，使其输出频率按一定比例跟踪发电机转速的变化，实现发电机始终工作于亚同步、同步和超同步这三种运行状态中的任一种运行状态，因而无需考虑在同步点上下跨越的控制问题，其次控制所述定子侧变流器将发电机定子发出的频率和幅值均可变化的交流电进行整流、升压，并实现最大功率点跟踪和功率因数校正，然后控制所述网侧DC-DC变换器使其输入端电压保持恒定，并使其工作于直流升压状态，将双馈型风力发电机发出的功率传递给高压直流电网。
2.根据权利要求1所述用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组控制方法，其特征在于：所述发电机转速跟踪方法为：设p为发电机的极对数，n为发电机转速，C为常数，则控制所述机侧变流器使其输出频率f 2 按跟踪发电机转速n的变化，并确定常数C的大小，使发电机始终工作于亚同步、同步和超同步这三种运行状态中的任一种运行状态。
CN201410144480.9A 2014-04-11 2014-04-11 用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器控制方法 Active CN103904639B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410144480.9A CN103904639B (zh) 2014-04-11 2014-04-11 用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410144480.9A CN103904639B (zh) 2014-04-11 2014-04-11 用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103904639A CN103904639A (zh) 2014-07-02
CN103904639B true CN103904639B (zh) 2016-02-03

Family

ID=50995840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410144480.9A Active CN103904639B (zh) 2014-04-11 2014-04-11 用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103904639B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107482653B (zh) * 2017-09-28 2019-07-12 曲阜师范大学 直流输电双馈型风电机组功率波动及故障控制系统与方法
CN107947596B (zh) * 2017-12-25 2020-10-27 国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司 一种配电网分布式柔性调压控制系统
CN109347087B (zh) * 2018-11-01 2023-06-16 曲阜师范大学 基于极对数和传动比调节的双馈型风电机组优化
CN112054681B (zh) * 2020-09-22 2022-07-12 北京中能融创能源科技有限公司 海上风电场柔性直流输电直流变流器的均流控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PT1946436E (pt) * 2005-11-11 2012-08-24 Converteam Uk Ltd Conversores de potência
CN203289116U (zh) * 2013-03-07 2013-11-13 曲阜师范大学 双馈型风力发电机组用高压直流变流器拓扑结构
CN103441528A (zh) * 2013-08-15 2013-12-11 西安交通大学 双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2451463B (en) * 2007-07-28 2012-07-25 Converteam Technology Ltd Control methods for VSC active rectifier/inverters under unbalanced operating conditions

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PT1946436E (pt) * 2005-11-11 2012-08-24 Converteam Uk Ltd Conversores de potência
CN203289116U (zh) * 2013-03-07 2013-11-13 曲阜师范大学 双馈型风力发电机组用高压直流变流器拓扑结构
CN103441528A (zh) * 2013-08-15 2013-12-11 西安交通大学 双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
双馈风电系统网侧变流器控制策略的改进;张克勤等;《电源学报》;20130131(第1期);第112-116页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103904639A (zh) 2014-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2400619A2 (en) Low cost current source converters for power generation application
EP2395648A2 (en) Systems and methods to optimize outputs of static inverters being supplied by variable energy generation
CN201388064Y (zh) 采用多相发电机和多电平变换器的兆瓦级变速风电机组
CN104539206B (zh) 海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器系统
CN101013817A (zh) 兆瓦级风力发电用全功率并网变流器
CN107508311B (zh) 并联型风电变流器的提升运行效率的方法及系统
CN101860043A (zh) 串联型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法
CN103904639B (zh) 用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器控制方法
CN102013695A (zh) 基于h桥的无变压器风力发电并网拓扑结构
Manojkumar et al. Power electronics interface for hybrid renewable energy system—A survey
CN101635466A (zh) 采用多相发电机和多电平变换器的兆瓦级变速风电机组
CN104578148A (zh) 一种永磁直驱式风电系统模式切换控制方法
CN108631355A (zh) 变流器、电控系统和风电场输电系统
CN102006000A (zh) 非直接并网的功率绕组连接方式可变的风力发电机及方法
CN109449990B (zh) 一种永磁直驱风力发电系统及控制方法
Johnson et al. Offshore wind farm with DC collection system
CN103887789A (zh) 用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器拓扑结构
CN106356889A (zh) 永磁风力发电机组
CN201528280U (zh) 全功率直驱式风电机组柔性并网变流器
CN103441528A (zh) 双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构
Kumar et al. SEPIC converter with 3-level NPC multi-level inverter for wind energy system (WES)
CN205123278U (zh) 一种海上风电直流汇聚输电系统
CN201061153Y (zh) 兆瓦级风力发电用全功率并网变流器
CN203289116U (zh) 双馈型风力发电机组用高压直流变流器拓扑结构
Jin et al. Optimization of wind farm collection line structure under symmetrical grid fault

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant