CN106532726B - 一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法，根据上位机要求或本地后台要求选择具体工作于恒无功功率模式、恒功率因数模式、定电压控制模式的某一种工作模式，在恒无功功率模式下，通过无功功率给定实时计算转子电流值给定；在恒功率因数模式下，根据机组有功功率及功率因数，实时计算无功功率给定；在定电压模式下，以电网电压正序分量为反馈，以转子电流无功轴电流为控制对象。本发明的方法能保证无功功率控制精度，又能保证响应时间的要求，进而够达到机端电压的准确控制。

Description

一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法

技术领域

本发明属于风电并网发电领域，特别涉及一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法。

背景技术

随着大规模的风能、太阳能等接入电网，以及能源使用效率的提高，电力系统正从以传统旋转电机为主转向以新型电力电子设备为主的复杂巨系统。为应对能源问题和环境压力，社会对能源使用效率的要求不断提高，以及风能、太阳能等分布式能源正大规模地接入电网，如何保证这些新接入的分布式能源与电力系统兼容成为当务之急。

在电力系统接入相量测量单元PMU可以实时在线监测系统的运行情况，及时做出控制反应，从而增加电网运行的安全性，这也是我国没有发生过大面积停电事故的原因之一。但这只是一种被动的解决办法，治标不治本，不能彻底解决电力系统的稳定性问题。

随着分布式电源渗透率的不断增加，未来的电力系统将由集中式的大电厂供电转向分布式的小规模发电。因此，应该有一种途径让这些新接入的电气设备能够主动参与系统调节，自动维护电力系统的稳定。

虚拟同步机技术，使得并网逆变器能够模拟同步发电机的运行机理、有功调频以及无功调压等特性，使并网逆变器从内部运行机制和外部运行特性上可与传统同步发电机一样，能够促进风电、光伏发电上网的稳定性、安全性，防止脱网。

具备有功调频及无功调压功能的双馈变流器虚拟同步机，有助有风电场电网电压频率及电压的稳定，成为一种技术趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法，用于解决使用风力发电无功功率控制精度低、响应时间长的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法，通过dq解耦方式分别形成d轴、q轴电流外环与d轴、q轴电压内环，在恒无功功率模式下，通过无功功率给定实时计算转子电流值，然后将无功功率给定值Q_ref与无功功率反馈值Q的差值与PI调节与转子电流求和作为q轴电流外环的q轴转子电流给定值i_-rq-ref，转子电流计算公式为：

其中，i_rq-ref为转子电流，Q_ref为无功功率给定值，U_G为电网电压额定值，L_s、L_m、N_rs分别为发电机定子电感、励磁电感、双馈发电机转定子匝比。

一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法，通过dq解耦方式分别形成d轴、q轴电流外环与d轴、q轴电压内环，在恒功率因数模式下，根据机组有功功率及功率因数，实时计算无功功率给定，然后将无功功率给定值Q_ref与无功功率反馈值Q的差值与PI调节与转子电流求和作为q轴电流外环的q轴转子电流给定值i_-rq-ref，无功功率给定值计算公式为：

其中，P为机组总有功功率，为功率因数给定，Q_ref为无功功率给定值。

一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法，通过dq解耦方式分别形成d轴、q轴电流外环与d轴、q轴电压内环，在定电压模式下，引入转子电流无功分量对电压进行修正，然后将修正后的电压通过PI调节作为q轴电流外环的q轴转子电流给定值i_-rq-ref，电压修正计算公式为：

其中，为修正后的电压，V_ref为电网电压反馈值，i_rq为转子电流，i_f为双馈发电机转子励磁电流，K_iq为电压控制下垂系数，V_m为电网电压反馈值。

下垂系数K_iq可取1％-10％之间的值。

在三种模式下，分别对转子电流给定值i_-rq-ref进行限幅，限幅值计算公式为：

其中，i_{rq_max}为为转子电流无功给定的限幅值，Q_max为机组最大无功功率值，U_G为电网电压额定值，L_s、L_m、N_rs分别为发电机定子电感、励磁电感、双馈发电机转定子匝比。

本发明的有益效果是：

本发明提供的双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法，通过控制转子电流无功分量来达到双馈变流器实现恒无功功率、恒功率因数、定电压控制的目的，能保证无功功率控制精度，又能保证响应时间的要求，进而够达到机端电压的准确控制。

附图说明

图1为虚拟同步机恒无功功率无功调压控制框图；

图2为虚拟同步机恒功率因数无功调压控制框图；

图3为虚拟同步机定电压无功调压控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细的说明：

本发明的一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法的实施例：

根据双馈变流器特点，网侧变流器以控制直流母线为主要目的,可不参与无功功率控制，机侧变流器实现发电机转矩、机组无功功率及机端电压的控制。机侧变流器根据上位机要求及本地后台要求，本地后台优先于上位机主控PLC，上位机及本地后台发出命令，根据上位机及本地后台的命令，选择具体工作于哪种模式，包括恒无功功率模式、恒功率因数模式、定电压控制模式。

其中，电压环和电流环的控制方法都是基于dq解耦控制，dq解耦控制属于现有技术，文件“双馈型风力发电变流器及其控制”提供了d轴、q轴电流外环与d轴、q轴电压内环的双环控制方式，分解为d分量、q分量，分别对d分量、q分量进行控制，关于dq解耦控制的总框图本发明未画出，内环及其它控制方式也未给出，只对q轴电流外环进行了调整和改进，对d轴的控制依靠现有技术进行。

在恒无功功率模式下，通过dq解耦方式分别形成d轴、q轴电流外环与d轴、q轴电压内环，然后将无功功率给定值Q_ref与无功功率反馈值Q的差值与PI调节与转子电流求和作为q轴电流外环的q轴转子电流给定值i_-rq-ref，通过上位机主控或本地后台的无功功率给定实时计算转子电流值，作为给定赋值给机侧变流器无功轴PI调节器，其计算公式为：

其中，i_rq-ref为转子电流，Q_ref为无功功率给定值，U_G为电网电压，L_s、L_m、N_rs分别为发电机定子电感、励磁电感、双馈发电机转定子匝比。

电机参数的不准确会引起的无功功率执行偏差，通过功率环矫正因电机参数引起的无功功率执行偏差。无功功率前馈保证了无功功率执行的响应速度，所以无功功率环控制参数可适当调小，以保障动态过程中系统稳定性。为了防止上位机主控或后台下发错误，对无功功率给定值进行限幅处理，如机组功率因数要求0.9，机组额定功率2MW，则无功功率限幅为1000KVar。

在恒功率因数模式下，通过dq解耦方式分别形成d轴、q轴电流外环与d轴、q轴电压内环，在恒功率因数模式下，根据机组有功功率及功率因数，实时计算无功功率给定，然后将无功功率给定值Q_ref与无功功率反馈值Q的差值与PI调节与转子电流求和作为q轴电流外环的q轴转子电流给定值i_-rq-ref，其计算公式为：

其中，P为机组总有功功率，为功率因数给定，Q_ref为无功功率给定值。

在定电压模式下，通过dq解耦方式分别形成d轴、q轴电流外环与d轴、q轴电压内环，在定电压模式下，引入转子电流无功分量对电压进行修正，以电网电压正序分量为反馈，然后将修正后的电压通过PI调节作为q轴电流外环的q轴转子电流给定值i_-rq-ref，以转子电流无功轴电流为控制对象，进行闭环控制，利于多台机组并联运行，其计算公式为：

其中，为修正后的电压，V_ref为电网电压，i_rq为转子电流，i_f为双馈发电机转子励磁电流，K_iq为电压控制下垂系数，V_m为电网电压反馈值；下垂系数K_iq可取1％-10％之间的值，该值过小会引起多台机组无功功率出力不均衡，过大则控制精度降低，本方案中该值取3％。

在这三种工作模式下为了避免运行中出现大的无功电流波动，在无功功率环和电压环输出处，对转子电流给定进行限幅，其无功限幅值计算公式为：

其中，i_{rq_max}为为转子电流无功给定的限幅值，Q_max为机组最大无功功率值，U_G为电网电压额定值，L_s、L_m、N_rs分别为发电机定子电感、励磁电感、及双馈发电机转定子匝比。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法，通过dq解耦方式分别形成d轴、q轴电流外环与d轴、q轴电压内环，其特征在于，在恒无功功率模式下，通过无功功率给定实时计算转子电流值，然后将无功功率给定值Q_ref与无功功率反馈值Q的差值通过PI调节与转子电流求和作为q轴电流外环的q轴转子电流给定值i_-rq-ref，转子电流计算公式为：

其中，i_rq-ref为转子电流，Q_ref为无功功率给定值，U_G为电网电压额定值，L_s、L_m、N_rs分别为发电机定子电感、励磁电感、双馈发电机转定子匝比；

对转子电流给定值i_-rq-ref进行限幅，限幅值计算公式为：

其中，i_{rq_max}为转子电流无功给定的限幅值，Q_max为机组最大无功功率值，U_G为电网电压额定值，L_s、L_m、N_rs分别为发电机定子电感、励磁电感、双馈发电机转定子匝比。

2.一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法，通过dq解耦方式分别形成d轴、q轴电流外环与d轴、q轴电压内环，其特征在于，在恒功率因数模式下，根据机组有功功率及功率因数，实时计算无功功率给定，然后将无功功率给定值Q_ref与无功功率反馈值Q的差值通过PI调节与转子电流求和作为q轴电流外环的q轴转子电流给定值i_-rq-ref，无功功率给定值计算公式为：

其中，P为机组总有功功率，为功率因数给定，Q_ref为无功功率给定值；

对转子电流给定值i_-rq-ref进行限幅，限幅值计算公式为：

其中，i_{rq_max}为转子电流无功给定的限幅值，Q_max为机组最大无功功率值，U_G为电网电压额定值，L_s、L_m、N_rs分别为发电机定子电感、励磁电感、双馈发电机转定子匝比。

3.一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法，通过dq解耦方式分别形成d轴、q轴电流外环与d轴、q轴电压内环，其特征在于，在定电压模式下，引入转子电流无功分量对电压进行修正，然后将修正后的电压通过PI调节作为q轴电流外环的q轴转子电流给定值i_-rq-ref，电压修正计算公式为：

其中，为修正后的电压，V_ref为电网电压反馈值，i_rq为转子电流，i_f为双馈发电机转子励磁电流，K_iq为电压控制下垂系数，V_m为电网电压反馈值；

对转子电流给定值i_-rq-ref进行限幅，限幅值计算公式为：

其中，i_{rq_max}为转子电流无功给定的限幅值，Q_max为机组最大无功功率值，U_G为电网电压额定值，L_s、L_m、N_rs分别为发电机定子电感、励磁电感、双馈发电机转定子匝比。

4.根据权利要求3所述的一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法，其特征在于，下垂系数K_iq可取1％-10％之间的值。