CN105633983A - 采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统,所述系统包括包含依次连接的风轮、齿轮箱、发电机、变流器和crowbar保护，还包括与电网连接的箱变，其特征在于,所述系统还包括超级电容器，所述超级电容器加装在所述变流器的直流母线上，所述超级电容器通过DC-DC变换器与风机变流器的直流母线相连，超级电容器可根据风电机组运行状态进行有序充、放电，维持自身运行条件，具有较好的可靠性。

Description

采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统
技术领域
本发明属于风力发电运行控制领域，具体涉及一种采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统。
背景技术
现代风电机组经变流器控制可实现变速恒频运行，这种控制的优点是，在保证与电网同步的前提下，能够根据风机的气动特性通过转速控制实现风能的最大捕获，且功率响应速度快，可见风电机组属非同步电源，其机械转速与电网同步速解耦。这种控制在强电网下可以兼顾风能捕获和发电质量，但在弱电网、微网或以风电、光电等新能源为主导的系统中存在较大问题，主要体现在减小了系统的总惯量，不利于频率的稳定。
目前，使风电具备惯量支撑和频率响应能力主要从两个方面进行技术改造，一方面是在风电机组原有的功率控制上增加辅助控制回路，该环路用于检测系统频率变化率，并经过滤波和整形后作为转矩增量叠加到原有的转矩指令上，通过该辅助控制可以提取风电机组自身的机械惯量，同时，增加频率变化量的检测回路，并根据设定的下垂曲线可使风电机组具有频率响应的能力，但其前提是风电机组具有一定的有功备用，实现的方法主要是通过变速-变桨结合的方式让风电机组运行于降功率状态；另一方面是通过在风场增加集中储能装置来提供惯量支撑和频率响应，采用的控制策略与前者基本相同。
现有技术的不足主要表现在：
a)惯量提取方面：风电机组在惯量提取过程中会导致转速下降，转速下降进一步导致气动功率的下降，如果控制不当，会导致机组失速，除此之外，过渡提取转速还会导致系统频率在恢复过程中产生二次跌落的现象，无疑增加了控制器设计的难度。
b)频率响应方面：风电机组参与频率响应首先要工作于降功率状态，无疑降低了发电量，其经济可行性需要进一步讨论，除此之外，由于风速实时在波动，保证恒定的有功备用就要频繁的变桨和变速，增加了风机载荷，对风机的稳定运行和使用寿命都有影响。
现有的一种基于超级电容器和蓄电池混合储能的双馈风力发电机励磁系统，该系统通过控制双馈电机的转子励磁，从而达到控制双馈电机定子侧输出的功率的特性，该方案的不足之处是励磁控制算法本身非常复杂，实现难度大、成本高昂，且风机故障期间由于转子侧变流器的短时切出特性，无法完成对机组的有效控制。
后续提出了一种采用超级电容实现风电机组低电压穿越能力的装置。该方案中超级电容主要针对风电场故障期间低电压穿越所采用，无法根据调度指令完成正常运行期间的功率调节。此外，该方案需要在风电场中专门设置低电压穿越控制系统，存在实施投入较多，占用场地较大等问题。同时，该技术方案未给出相应的运行控制策略。
因此,需要提供一种采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制方法，以解决并网型双馈风电机组小惯量无频率支撑的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统来避免风机失速、频率二次跌落、疲劳载荷等问题的发生，有效的解决了并网型双馈风电机组小惯量无频率支撑的问题。
一种采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统，所述系统包括包含依次连接的风轮、齿轮箱、发电机、变流器和crowbar保护，还包括与电网连接的箱变，其特征在于,所述系统还包括超级电容器，所述超级电容器加装在所述变流器的直流母线上，所述超级电容器通过DC-DC变换器与风机变流器的直流母线相连。
优选地，所述DC-DC变换器为buck-boost双向变换器，由全控型开关S1、S2以及升压电感L构成，电能从直流母线(Edc)到超级电容(Esc)时，DC-DC变流器工作在buck模式，反之工作在boost模式，通过控制开关S1的占空比可以实现超级电容电压的调节，其中Rres为超级电容器的等效电阻。
优选地，所述超级电容器系统具有以下控制过程：首先超级电容器首先检测自身状态，根据其电压是否在允许工作范围内；如果“是”，那么使能信号清“0”；并检测电网电压的频率变化率和变化量作为频率支撑控制的输入信号，控制实现后循环检测超级电容电压，当电压不满足允许工作范围内时，使能信号置“1”，并进一步检测风速是否满足要求，在“是”的情况下开启超级电容能量管理控制，实现自身电压的调节。
优选地，所述超级电容器的控制控制策略包含两个部分：频率支撑控制和超级电容能量管理控制，所述频率支撑控制包括惯量控制和下垂控制，所述下垂控制以及惯量控制最终得到超级电容电压增量控制信号ΔEsc，所述增量电压信号叠加到超级电容额定工作电压上，形成新的指令信号，通过DC-DC变流器控制，最终实现指令响应。
优选地，所述超级电容器注入/吸收的功率是通过电网侧的变流器实现的，当系统频率升高，超级电容分流转子变流器输出功率，减小总入网功率；当系统频率降低时，超级电容通过网侧变流器注入有功功率，总输出功率增加。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的一种采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统，可用于提升双馈风电机组的故障运行能力，具备惯量支撑和频率响应的能力，具有较好的技术、经济可行性；在此基础上，不改变风电机组原有控制策略，相比现有技术，不会导致风机失速、频率二次跌落、疲劳载荷等问题，超级电容储能系统可根据风电机组运行状态进行有序充、放电，维持自身运行条件，具有较好的可靠性。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1是本发明采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统的硬件结构示意图；
图2是图1中的超级电容器的结构示意图；
图3是图1中的超级电容器的控制过程图；
图4是图1中的超级电容器的控制框图；
图5是图1中的超级电容器的支撑控制示意图；
图6是图1中的超级电容器的下垂控制曲线图。
具体实施方式
为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明实施例提供一种采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统，如图1所示，图1本发明采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统的硬件结构示意图，为加装超级电容后的双馈风电机组主电路系统硬件结构图，包含风轮、齿轮箱、发电机、变流器、crowbar保护以及箱变。如图2所示，超级电容器加装在变流器的直流母线上，超级电容器通过DC-DC变换器与双馈风机变流器的直流母线相连，该DC-DC变换器属buck-boost双向变换器，由全控型开关S1、S2以及升压电感L构成，能量从直流母线(Edc)到超级电容(Esc)时，DC-DC变流器工作在buck模式，反之工作在boost模式，通过控制开关S1的占空比可以实现超级电容电压的调节，其中Rres为超级电容器的等效电阻。
针对图2所示的超级电容储能结构示意图，设计满足惯量支撑作用和超级电容工作电压约束的控制策略。
图3给出了超级电容器的控制过程图，从图中可以看出，超级电容器首先检测自身状态，即电压是否在允许工作范围内；如果“是”，那么使能信号清“0”；并检测电网电压的频率变化率和变化量作为频率支撑控制的输入信号，控制实现后循环检测超级电容电压，当电压不满足允许工作范围内时，使能信号置“1”，并进一步检测风速是否满足要求，如果“是”，开启超级电容能量管理控制，实现自身电压的调节。下面对上述流程图作进一步解释。如图4所示，该超级电容储能系统控制策略主要包含两个部分：频率支撑控制和超级电容能量管理控制。其中频率支撑控制用于实现本发明的两个控制目标：惯量控制和下垂控制，详见图5；超级电容能量管理控制实现自身的电压调节，保证超级电容处于额定工作状态。以上两个控制目标都是通过控制DC-DC变流器的占空比(d1/d2)实现。
使能信号是开启超级电容能量管理的信号，超级电容在参与惯量和频率响应后其荷电状态发生变化，需要卸放或补充能量从而保证超级电容电压在工作电压范围内，当超级电容电压低于工作电压时，检测风电机组功率状态，优先在大风状态(限功率状态)时进行充电；当超级电网电压高于工作电压时，优先在小风状态进行放电。
下面给出频率支撑控制的控制环路和主要参数配置。
如图5，超级电容频率支撑控制可包含惯量控制和下垂控制。惯量控制用于提高暂态频率支撑附加控制输入为系统频率f，进隔直环节(时间常数为τ)、下垂控制(频率f-超级电容电压Esc的下垂曲线)以及惯量控制(惯性时间常数H)得到超级电容电压增量控制信号ΔEsc，该增量电压信号叠加到超级电容额定工作电压上，形成新的指令信号，通过DC-DC变流器控制，最终实现指令响应。注意到频率和惯量控制均采用超级电容电压增量输出，而没有采用更为直观的功率输出是出于超级电容电压限制的考虑，这种设计更为简洁也便于耦合到超级电容控制回路上。
下面对下垂曲线进行详细介绍。
如图6，为制定的下垂控制曲线，曲线并没设置死区，是考虑超级电容调节功率不设计机械部件频繁动作磨损，认为系统频率变化0.2Hz，超级电容电压变化达到上下极限，可以看出，高频和低频斜率是变化的，这是为了保证超级电容充电、放电能力一致，这种下垂曲线制定方法，采用超级电容电压作为输出量，所以很容易保证超级电容电压稳定。
超级电容注入/吸收的功率是通过网侧变流器实现的，当系统频率升高，超级电容分流转子变流器输出功率，减小总入网功率；当系统频率降低时，超级电容通过网侧变流器注入有功功率，总输出功率增加，值得注意的是，超级电容实现暂态频率支撑控制需要经过网侧变流器才能注入电网，因此，在风机额定出力下，理论上超级电容不能再注入功率，但实际变流器都有一定的长期过载能力，所以这里不考虑网侧变流器容量限制。
本发明提供的一种采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统，可用于提升双馈风电机组的故障运行能力，具备惯量支撑和频率响应的能力，具有较好的技术、经济可行性；在此基础上，不改变风电机组原有控制策略，相比现有技术，不会导致风机失速、频率二次跌落、疲劳载荷等问题，超级电容储能系统可根据风电机组运行状态进行有序充、放电，维持自身运行条件，具有较好的可靠性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统,所述系统包括包含依次连接的风轮、齿轮箱、发电机、变流器和crowbar保护，还包括与电网连接的箱变，其特征在于,所述系统还包括超级电容器，所述超级电容器加装在所述变流器的直流母线上，所述超级电容器通过DC-DC变换器与风机变流器的直流母线相连。
2.根据权利要求1所述的采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统，其特征在于，所述DC-DC变换器为buck-boost双向变换器，由全控型开关S1、S2以及升压电感L构成，电能从直流母线Edc到超级电容Esc时，DC-DC变流器工作在buck模式，反之工作在boost模式，通过控制开关S1的占空比可以实现超级电容电压的调节，其中Rres为超级电容器的等效电阻。
3.根据权利要求1所述的采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统，其特征在于，所述超级电容器系统具有以下控制过程：首先超级电容器首先检测自身状态，根据其电压是否在允许工作范围内；如果“是”，那么使能信号清“0”；并检测电网电压的频率变化率和变化量作为频率支撑控制的输入信号，控制实现后循环检测超级电容电压，当电压不满足允许工作范围内时，使能信号置“1”，并进一步检测风速是否满足要求，在“是”的情况下开启超级电容能量管理控制，实现自身电压的调节。
4.根据权利要求3所述的采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的系统，其特征在于，所述超级电容器的控制控制策略包含两个部分：频率支撑控制和超级电容能量管理控制，所述频率支撑控制包括惯量控制和下垂控制，所述下垂控制以及惯量控制最终得到超级电容电压增量控制信号，所述增量电压信号叠加到超级电容额定工作电压上，形成新的指令信号，通过DC-DC变流器控制，最终实现指令响应。
5.根据权利要求3所述的采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的系统，其特征在于，所述超级电容器注入/吸收的功率是通过电网侧的变流器实现的，当系统频率升高，超级电容分流转子变流器输出功率，减小总输入网功率；当系统频率降低时，超级电容通过网侧变流器注入有功功率，总输出功率增加。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017148251A1 (zh) * 2016-03-01 2017-09-08 甘肃省电力公司风电技术中心 提升风电机组频率支撑能力的控制系统
CN108092577A (zh) * 2016-11-23 2018-05-29 台达电子工业股份有限公司 风力发电系统及其适用的控制方法
CN110071531A (zh) * 2019-05-22 2019-07-30 东北大学 一种大规模储能与永磁风力发电协调控制系统及方法
CN110611320A (zh) * 2019-07-22 2019-12-24 华北电力大学（保定） 基于超级电容器储能控制的双馈风电机组惯量与一次调频方法
CN112567129A (zh) * 2018-08-30 2021-03-26 通用电气公司 用于风力涡轮功率系统的跳闸减少工具
CN112821471A (zh) * 2020-12-31 2021-05-18 哈尔滨工业大学 考虑疲劳载荷的风电机组参与电网调频的辅助控制方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6757570B2 (ja) * 2016-02-01 2020-09-23 川崎重工業株式会社 船舶の電力システム
CN105634013A (zh) * 2016-03-01 2016-06-01 国网甘肃省电力公司 采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力的控制方法
CN109698517B (zh) * 2017-10-23 2023-03-28 台达电子企业管理（上海）有限公司 一种控制电力系统的方法和装置
ES2914233T3 (es) * 2017-11-21 2022-06-08 Schneider Electric Ind Sas Procedimiento de control de una microrred
CN110416999A (zh) * 2019-07-03 2019-11-05 东南大学 一种考虑风电参与调频的风电场聚合频率响应模型构建方法
CN112217235B (zh) * 2020-10-22 2022-11-08 合肥工业大学 基于储能协调控制的电压源型全功率风电机组控制方法
CN112436545B (zh) * 2020-11-02 2024-01-23 华能通榆团结风力发电有限公司 孤岛/并网双模式下提升微电网运行稳定性的控制方法
CN112968451B (zh) * 2021-03-12 2023-02-28 上海交通大学 一种含储能的全功率变换风电机组控制系统及方法
CN114336665B (zh) * 2022-01-12 2023-02-07 南通大学 一种提高风电场惯量储备水平的有功功率控制方法
US20230283079A1 (en) * 2022-03-02 2023-09-07 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Wind turbine power phase control with DC collection bus for onshore/offshore windfarms
CN116054207B (zh) * 2023-03-29 2023-08-04 昆明理工大学 一种基于模糊控制减载率的风储融合一次调频控制方法
CN117039942A (zh) * 2023-10-09 2023-11-10 南方电网数字电网研究院有限公司 一种基于模糊控制的风电场自适应频率主动支撑控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007020361A (ja) * 2005-07-11 2007-01-25 Meidensha Corp 系統安定化装置
CN104201711A (zh) * 2014-08-04 2014-12-10 清华大学 双馈风力发电机组的控制方法及系统
CN104242337A (zh) * 2014-08-14 2014-12-24 广东易事特电源股份有限公司 光伏微网系统的实时协调控制方法
CN105226719A (zh) * 2015-11-09 2016-01-06 安徽工程大学 用于风电功率调控的储能控制系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7884492B2 (en) * 2007-11-13 2011-02-08 General Electric Company Methods and systems for wind turbine generators
CN101621204B (zh) 2009-08-14 2011-05-11 清华大学 用于双馈式风力发电系统低电压穿越的撬棒电阻设计方法
US8860236B2 (en) * 2009-10-19 2014-10-14 Uwm Research Foundation, Inc. Wind energy power conversion system reducing gearbox stress and improving power stability
CN101871433B (zh) 2010-06-11 2012-07-11 哈尔滨工程大学 具有储能装置的变速恒频风力发电装置
EP2573896B1 (en) 2011-09-21 2017-03-01 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Methods of controlling a combined plant including at least one generator and an energy store
CN102780229B (zh) 2012-04-25 2015-01-14 北车风电有限公司 应用超级电容的风机功率控制系统
CN103078339B (zh) * 2013-01-29 2015-02-18 武汉大学 容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统及其方法
US10084403B2 (en) * 2015-03-27 2018-09-25 Huazhong University Of Science And Technology Power supply system and control method therefor
CN105633983A (zh) 2016-03-01 2016-06-01 国网甘肃省电力公司 采用超级电容提升风电机组频率支撑能力的控制系统
CN109698517B (zh) * 2017-10-23 2023-03-28 台达电子企业管理（上海）有限公司 一种控制电力系统的方法和装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007020361A (ja) * 2005-07-11 2007-01-25 Meidensha Corp 系統安定化装置
CN104201711A (zh) * 2014-08-04 2014-12-10 清华大学 双馈风力发电机组的控制方法及系统
CN104242337A (zh) * 2014-08-14 2014-12-24 广东易事特电源股份有限公司 光伏微网系统的实时协调控制方法
CN105226719A (zh) * 2015-11-09 2016-01-06 安徽工程大学 用于风电功率调控的储能控制系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
顾静鸣等: "超级电容增强双馈风电机组电网低电压耐受能力的研究", 《电器与能效管理技术》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017148251A1 (zh) * 2016-03-01 2017-09-08 甘肃省电力公司风电技术中心 提升风电机组频率支撑能力的控制系统
US10890160B2 (en) 2016-03-01 2021-01-12 Wind Power Technology Center Of Gansu Electric Power Company Control system of a wind turbine generator
CN108092577A (zh) * 2016-11-23 2018-05-29 台达电子工业股份有限公司 风力发电系统及其适用的控制方法
CN108092577B (zh) * 2016-11-23 2022-04-08 台达电子工业股份有限公司 风力发电系统及其适用的控制方法
CN112567129A (zh) * 2018-08-30 2021-03-26 通用电气公司 用于风力涡轮功率系统的跳闸减少工具
CN112567129B (zh) * 2018-08-30 2024-04-19 通用电气可再生能源西班牙有限公司 用于风力涡轮功率系统的跳闸减少工具
CN110071531A (zh) * 2019-05-22 2019-07-30 东北大学 一种大规模储能与永磁风力发电协调控制系统及方法
CN110071531B (zh) * 2019-05-22 2023-03-31 东北大学 一种大规模储能与永磁风力发电协调控制系统及方法
CN110611320A (zh) * 2019-07-22 2019-12-24 华北电力大学（保定） 基于超级电容器储能控制的双馈风电机组惯量与一次调频方法
CN110611320B (zh) * 2019-07-22 2023-05-30 华北电力大学（保定） 基于超级电容器储能控制的双馈风电机组惯量与一次调频方法
CN112821471A (zh) * 2020-12-31 2021-05-18 哈尔滨工业大学 考虑疲劳载荷的风电机组参与电网调频的辅助控制方法
CN112821471B (zh) * 2020-12-31 2022-09-30 哈尔滨工业大学 考虑疲劳载荷的风电机组参与电网调频的辅助控制方法

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US20190072070A1 (en) 2019-03-07
US10890160B2 (en) 2021-01-12
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