CN107785926A - 风力发电机组的瞬时功率控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种风力发电机组的功率控制方法及装置，通过在判断并网变流器的工作参数不满足预设条件时，利用当前时刻及其前一时刻检测到的工作参数，获得网侧变流器的并网增量电流设定值，并将该并网增量电流设定值以及当前并网输出电流设定值进行叠加，以利用得到的叠加电流设定值对网侧变流器进行并网输出功率控制，加快直流母线电压的响应速度，从而增大风力发电机组馈入电网的功率速度，使得风力发电机组的转速下降，并在并网变流器的工作参数满足预设条件时，机侧变流器的斩波升压电路恢复正常工作模式，避免产生功率比较错误和超发功率等故障。

Description

风力发电机组的瞬时功率控制方法及装置

技术领域

本申请主要涉及风力发电机的应用领域，更具体地说是涉及风力发电机组的瞬时功率控制方法及装置。

背景技术

随着能源短缺和环境恶化问题的日益严重，风能作为一种绿色资源，受到了各国的重视，风力发电技术也在不断发展中。其中，直驱风力发电机组具有结构简单、可靠性高等优点，成为风力发电技术的研究热点。

传统的直驱风力发电机组的风力发电系统中，通常会为每台风力发电机配置一套双PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)变流器作为电能转换器，在实际应用中，风力发电机产生的三相交流电通过机侧机侧变流器整流成直流电，再通过网侧变流器进行逆变，从而将直流母线上存储的能量转换成电网可以接收的三相交流电，形成由风力发电机到电网的能量转换，实现能量的转移。

其中，机侧变流器通常包括二极管整流模块以及多个斩波升压电路，因此，当风力发电机组转速升高时，将会使二极管整流模块整流后的整流电压大于直流母线电压，导致斩波升压电路不受控的情况发生，此时，由于现有技术中的直流母线响应速度比较慢，不能及时将多余的功率馈入电网，将会导致功率比较错误和超发功率等故障，影响风力发电机组的工作效率以及可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种风力发电机组的功率控制方法及装置，解决了现有技术中当风力发电机组转速升高时，因直流母线响应速度比较慢，导致产生功率比较错误和超发功率等故障的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请提供了以下技术方案：

一种风力发电机组的瞬时功率控制方法，应用于并网变流器，所述并网变流器包括机侧变流器、直流母线以及网侧变流器，所述方法包括：

检测所述并网变流器的工作参数；

在判断所述工作参数不满足预设条件时，利用当前时刻及其前一时刻检测到的工作参数，获得所述网侧变流器的并网增量电流设定值，所述预设条件是在风力发电机组的转速增大的情况下确定的；

将所述并网增量电流设定值与当前时刻所述网侧变流器的并网输出电流设定值进行叠加，利用得到的叠加电流设定值进行并网输出功率控制，以增大风力发电机组馈入电网的瞬时功率。

优选的，所述检测所述并网变流器的工作参数，包括：

检测所述机侧变流器整流后输出的直流电压以及直流母线电压；

和/或，检测所述机侧变流器整流后输出的直流电压以及直流电流。

优选的，所述判断所述工作参数不满足预设条件，包括：

判断所述机侧变流器整流后输出的直流电压不小于所述直流母线电压；

和/或，判断所述机侧变流器整流后输出的直流电压与所述直流电流的乘积大于风力发电机组控制系统给定输出功率。

优选的，所述方法还包括：

判断当前检测到的所述并网变流器的工作参数满足所述预设条件时，利用当前时刻的并网输出电流设定值对网侧变流器进行并网输出功率控制。

优选的，所述利用当前时刻及其前一时刻检测到的工作参数，获得网侧变流器的并网增量电流设定值，包括：

利用能量守恒定律，获得所述网侧变流器的并网增量电流设定值与所述并网变流器的工作参数的变化关系；

依据所述变化关系，利用当前时刻及其前一时刻检测到的所述并网变流器的工作参数，确定所述网侧变流器的并网增量电流设定值；

其中，所述当前时刻及其前一时刻检测到的所述并网变流器的工作参数包括：所述机侧变流器输出的直流电压、直流电流以及直流母线电压，所述网侧变流器的并网电压设定值。

优选的，所述利用得到的叠加电流设定值进行并网功率输出控制，包括：

采用电压电流双闭环控制方式，利用得到的叠加电流设定值控制所述网侧变流器的工作；

其中，所述电压电流双闭环包括电流环和电压环，所述电压环输入母线电压设定值和母线电压实际反馈值，输出更新后的母线电压实际反馈值，所述电流环输入当前网侧变流器的并网输出电流设定值、所述叠加电流设定值以及母线电流实际反馈值，输出更新后的母线电流实际反馈值。

优选的，

所述判断当前检测到的所述并网变流器的工作参数满足所述预设条件，包括：

降低后的所述机侧变流器整流后输出的直流电压小于当前检测到的直流母线电压，且所述机侧变流器整流后输出的直流电压与直流电流的乘积小于风力发电机组控制系统给定输出功率。

一种风力发电机组的瞬时功率控制装置，应用于并网变流器、所述并网变流器包括机侧变流器、直流母线以及网侧变流器，所述装置包括：

检测模块，用于检测所述并网变流器的工作参数；

计算模块，用于在判断所述工作参数不满足预设条件时，利用当前时刻及其前一时刻检测到的工作参数，获得所述网侧变流器的并网增量电流设定值，所述预设条件是在风力发电机组的转速增大的情况下确定的；

控制模块，用于将所述并网增量电流设定值与当前时刻所述网侧变流器的并网输出电流设定值进行叠加，利用得到的叠加电流设定值进行并网输出功率控制，以增大风力发电机组馈入电网的瞬时功率。

优选的，所述检测模块包括：

第一检测单元，用于检测所述机侧变流器整流后输出的直流电压以及直流母线电压；

和/或，第二检测单元，用于检测所述机侧变流器整流后输出的直流电压以及直流电流。

优选的，所述计算模块包括：

获取单元，用于利用能量守恒定律，获得所述网侧变流器的并网增量电流设定值与所述并网变流器的工作参数的变化关系；

计算单元，用于依据所述变化关系，利用当前时刻及其前一时刻检测到的所述并网变流器的工作参数，确定所述网侧变流器的并网增量电流设定值；

其中，所述当前时刻及其前一时刻检测到的所述并网变流器的工作参数包括：所述机侧变流器整流后输出的直流电压、直流电流以及直流母线电压，所述网侧变流器的并网电压设定值。

由此可见，与现有技术相比，本申请提供了一种风力发电机组的瞬时功率控制方法及装置，应用于并网变流器，该并网变流器包括机侧变流器、直流母线以及网侧变流器。当风力发电机组的转速增大，使得并网变流器的工作参数不满足预设条件，机侧变流器的斩波升压电路将会不受控。此时，本申请将利用当前时刻及其前一时刻检测到的并网变流器的工作参数，获得网侧变流器的并网增量电流设定值，并将该并网增量电流设定值以及当前时刻网侧变流器的并网输出电流设定值进行叠加，从而利用得到的叠加电流设定值实现对网侧变流器的并网输出功率控制。

显然，这与直接利用当前网侧变流器的并网输出电流设定值对该网侧变流器进行并网输出功率控制的方法相比，增大了网侧变流器的输出功率，即增大了风力发电机组馈入电网的瞬时功率，从而使风力发电机组的输出功率大于输入功率，使风力发电机组的转速降低，进而使得机侧变流器整流后输出的直流电压随着风力发电机的端电压的下降而降低，并在该直流电压小于直流母线电路时，将会使机侧变流器的斩波升压电路重新受控，使得风力发电机的输入功率与输出功率达到平衡，避免因斩波升压电路不受控时间过长而报出功率比较错误和超发功率等故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为一种直驱式风力发电机组的发电系统的结构示意图；

图2(a)为一种风力发电系统的机侧变流器的结构示意图；

图2(b)和图2(c)为机侧变流器中的斩波升压电路工作期间的等效电路图；

图3为本申请提供的一种风力发电机组的瞬时功率控制方法实施例的流程图；

图4为本申请提供的一种网侧变流器控制系统框图；

图5为本申请提供的另一种网侧变流器控制系统框图；

图6为本申请提供的一种风力发电机组的瞬时功率控制方法优选实施例的流程图；

图7为本申请提供的一种风力发电机组的瞬时功率控制装置实施例的结构示意图；

图8为本申请提供的另一种风力发电机组的瞬时功率控制装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在实际应用中，对于直驱风力发电机组的发电系统，可以参照图1所示的结构示意图，该发电系统通常可以包括直驱同步风力发电机组(图1仅以一个风力发电机M为例进行说明)、滤波器11、机侧变流器12、直流母线13、网侧变流器14以及变压器15等等，在实际应用中，可以将机侧变流器12和网侧变流器14称为双PWM变流器，以实现风力发电机组到电网的电能转移。

参照图2(a)所示的机侧变流器的结构示意图，该机侧变流器可以包括整流模块21以及多个斩波升压电路22，其中，多个斩波升压电路22可以由多组相同升压单元并联构成。图2(a)仅以一个升压单元为例进行说明，且需要说明的是，发电系统的机侧变流器的结构并不局限于图2(a)所示的结构示意图，本申请在此仅以图2(a)为例进行说明。

如图2(a)所示，风力发电机组产生的交流电经整流模块21的整流，输出直流电压U_r，再经过斩波升压电路22对直流电压U_r的升压处理，将输出直流母线电压U_dc。可见，正常情况下，直流电压U_r的数值小于直流母线电压U_dc的数值。之后，如图1所示，网侧变流器14可以将直流母线电压U_dc转换为交流电后，经过变压器15馈入电网。

基于此，当外界风速过大时，风力发电机组的输入功率将会迅速增大，在其大于网侧变流器输出功率的给定功率时，该风力发电机组的转速将会不断升高，使其输出的三相交流电压将会随之增大，将会使得整流模块21输出的直流电压U_r相应升高，而当该直流电压U_r超过直流母线电压U_dc时，将会导致机侧变流器12的斩波升压电路22不受控，这将使得风力发电机组的输出功率通过整流模块直接灌入直流母线。

而通常情况下，由于现有的网侧变流器14即并网逆变器的控制方式主要是控制直流母线电压相对稳定。直流母线连接有较大的储能电容C，使得直流母线电压的变化率相对较慢，即直流母线的响应速度比较慢，不能及时将多余的功率馈入电网，导致直流母线电压持续升高，甚至会报出机侧变流器过流故障；而且，在斩波升压电路不受控的情况下，也将会导致风力发电机组的馈入电网的实际功率大于设定的给定功率，经一段时间后，例如10秒钟，将会产生功率比错误和超发功率等故障。

为了改善上述问题，本申请提出了一种新的风力发电机组的功率控制方法及装置，通过加快直流母线电容的响应速度，从而使风力发电机超发的多余功率快速馈入电网，避免产生功率比错误和超发功率等故障，而且也能够避免直流母线电容电压持续升高，导致机侧变流器过流故障。

具体的，本申请通过在判断当前发电系统的工作参数不满足预设条件时，利用当前时刻及其前一时刻检测到的工作参数，获得并网增量电流设定值，从而利用该并网增量电流设定值以及当前并网输出电流设定值的叠加结果进行并网功率输出控制，从而增加风力发电机组馈入电网的瞬时功率，使机侧变流器中的斩波升压电路快速恢复正常工作模式，避免上述问题的发生。

结合图1和2(a)，为了清楚描述本申请如何使不受控的斩波升压电路22重新受控，下面将先对机侧变流器中斩波升压电路22的正常工作原理进行描述。

当控制斩波升压电路22的IGBT下管开通时，其并联的二极管截止，且该IGBT下管与负端短接，IGBT上管处于关闭状态，及其并联的二极管截止，等效电路图参见图2(b)。此时，电抗器L的电压电抗器L的电压方向如图2(b)所示，电抗器L的电流i_L将会随着时间的推移而逐渐增大。其中，Δi_L表示电抗器上的电流变化，d表示IGBT下管开通时间的占空比，T表示PWM控制周期。

当控制斩波升压电路22的IGBT下管关闭时，IGBT上管并联的二极管将导通，等效电路图参见图2(c)。此时，电抗器L的电压电压方向如图2(c)所示。其中，(1-d)表示IGBT上管开通时间的占空比。则整流模块整流后输出的直流电流U_r与电抗器L的电压U_L的矢量和等于直流母线电流U_dc，即U_r+U_L＝U_dc，该表达式中U_r、U_L、U_dc均表示数值，这种情况下，电抗器L的电流i_L将会随着时间的推移而逐渐减小。

继续上述分析，当整流模块21整流输出的直流电压U_r不小于直流母线电压U_dc时，即U_r≥U_dc时，由于直流母线电压U_dc受网侧控制恒定保持不变，则直流电压U_r将会被钳位到近等于直流母线电压U_dc，而此时电抗器L的电压U_L几乎为零，结合上述分析，电抗器L的电流变化率几乎为零，则该电抗器L上的电流等于直流母线电流。

反而言之，在U_r≥U_dc的情况下，假设斩波升压电路的正常控制，IGBT下管开通时，电抗器L上的电流i_L增加，将会使电抗器L的电压U_L增大，即使直流电压U_r增大，显然，这与上文描述的直流电压U_r将会被钳位到近等于直流母线电压U_dc，恒定保持不变的情况不相符。因此，斩波升压电路的IGBT下管将处于关闭状态，则该斩波升压电路将处于不受控状态。

由此可见，本申请采用上述控制方法来增大网侧输出功率即馈入电网的瞬时功率，由于网侧输出功率等于直流母线电压与直流母线电流的乘积，所以，在直流母线电压不变的情况下，本申请的控制方法会增大直流母线电流，结合上述分析，这相当于增大了斩波升压电路的电抗器L上的电流，从瞬时角度来看，直流电压U_r不变，增大电抗器上电流i_L，将会使风力发电机组的输出功率增大，将会使风力发电机组的转速下降。

对于同步发电机来说，此时风力发电机的端电压将会降低，则通过整流模块输出的直流电压U_r将会随之相应降低，并在该直流电压U_r小于直流电容电压U_dc时，斩波升压电路将重新受控即恢复正常工作模式，按照图2(b)和图2(c)的工况运行，从而避免了机侧变流器中的斩波升压电路不受控时间过程，而报出功率比较错误和超发功率现象等机组故障。同时也避免了不能及时将多余功率馈入电网，即增大网侧变流器输出功率，而导致直流母线电压持续升高后引起机侧变流器过流故障等情况的发生。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图3所示，为本申请提供的一种风力发电机组的功率控制方法实施例的流程图，该方法可以应用于并网变流器，该并网变流器可以包括机侧变流器、直流母线以及网侧变流器，参照上述图1所示，本实施例在此不再详述。则在本实施例提供的瞬时功率控制方法可以包括以下步骤：

步骤S31，检测并网变流器的工作参数。

在实际应用中，具体可以检测机侧变流器的整流模块输出的直流电压U_r以及直流母线电压U_dc，根据需要还可以检测整流模块21输出的直流电流I_r，以便通过对该直流电压U_r和直流电流I_r进行乘积运算，得到整流后风力发电机输出的有功功率。

需要说明的是，对于检测到的并网变流器的工作参数并不局限于上述列举的，具体可以根据实际需要确定，本申请在此不再一一列举。

步骤S32，判断该工作参数是否满足预设条件，若是，执行步骤S35，若否，进入步骤S33。

其中，该预设条件可以表明当前并网变流器不需要调整其网侧变流器输出功率，具体可以包括整流模块21输出的直流电压小于直流母线电压，以及整流模块21整流后，风力发电机输出的有功功率不大于风力发电机组控制系统给定输出功率等等。

在本实施例实际应用中，一旦确定检测到的上述工作参数不满足上述任一预设条件，即判断机侧变流器的整流模块输出的直流电压不小于直流母线电压；和/或；判断该整流模块输出的直流电压与直流电流的乘积大于风力发电机组控制系统给定输出功率，即风力发电机组输出的有功功率大于风力发电机组控制系统给定输出功率，都可以进入步骤S33，以避免机侧变流器的斩波升压电路不受控时间过久，无法将风力发电机组产生的多余功率及时馈入电网，而使直流母线电压持续升高，极端时会报出机侧变流器过流故障，以及报出的功率比较错误和超发功率等故障。

步骤S33，利用当前时刻及其前一时刻检测到的工作参数，获得网侧变流器的并网增量电流设定值。

其中，并网增量电流设定值可以表示当前时刻及其前一时刻并网输出电流设定值的差值，具体可以按照以下方式计算得到，但并不局限于下文描述的方式。

在本实施例中，可以将风力发电机输出增量功率变化率作为网侧变流器输出功率的参考设定值，则根据能量守恒定律，风力发电机组输出能量等于直流母线的储能电容的储存能量与馈入电网的能量之和，由此可以得到风力发电机输出增量功率变化率ΔP/Δt的表达式(1)。

其中，Δt表示当前时刻t1与其前一时刻t0的时间差，C表示直流母线的储能电容的电容值；U₁表示t1时刻直流母线电压；U₀表示t0时刻直流母线电压；U_d表示并网侧dq坐标系下d轴的电压值，即并网电压设定值；I_d1表示在t1时刻并网侧母线电压外环控制输出的电流设定值，即当前时刻并网输出电流设定值，也即在t1时刻dq坐标系下d轴有功电流；I_d0表示在t0时刻并网侧母线电压外环控制输出的电流设定值，即前一时刻并网输出电流设定值，也即在t0时刻dq坐标系下d轴有功电流。

基于此，并网增量电流设定值ΔI_d＝I_d1-I_d0。

另外，由于风力发电机输出功率可以是机侧变流器的整流模块输出的直流电压与直流电流的乘积，所以，风力发电机输出增量功率ΔP可以表示为t1时刻风力发电机输出功率U_r1I_r1与t0时刻风力发电机输出功率U_r0I_r0的差值，基于此对上述表达式(1)进行变形得到表达式(2)。

其中，U_r1表示t1时刻机侧变流器整流后输出的直流电压，U_r0表示t0时刻机侧变流器整流后输出的直流电压，I_r1表示t1时刻机侧变流器整流后输出的直流电流，I_r0表示t0时刻机侧变流器整流后输出的直流电流。

进一步对表达式(2)进行推导，可以获得并网增量电流设定值ΔI_d的表达式：

之后，本实施例可以将检测到的当前时刻及其前一时刻的风力发电系统的工作参数代入表达式(3)，即可确定并网增量电流设定值ΔI_d，其中，当前需要带入表达式(3)的工作参数可以包括表达式(3)等号右侧的各参数，如机侧变流器整流后输出的直流电压U_r、直流电流I_r、直流母线电压U以及并网电压设定值U_d等等。

可选的，在实际应用中，可以为并网增量电流设定值ΔI_d设定相应的上限值，也就是说，计算得到的并网增量电流设定值不大于预设的该上限值，本申请对该上限值的具体数值不作限定。

另外，关于上述当前时刻及其前一时刻的风力发电系统的工作参数的检测，具体可以采用中点电压或电流采样的方法获取，但并不局限于此。

步骤S34，将该并网增量电流设定值与当前时刻网侧变流器的并网输出电流设定值进行叠加，利用得到的叠加电流设定值进行并网输出功率控制，以增大风力发电机组馈入电网的瞬时功率。

在实际应用中，本申请可以采用电压电流双闭环控制方式，实现对网侧变流器的并网输出功率的控制，如图4所示的并网逆变器控制系统框图，虚线框内的是并网控制电流环，其他部分为并网控制的电压环。

其中，图4中的V_dcref表示母线电压设定值，V_dc表示母线电压实际反馈值，G_v(s)表示母线电压控制器传递函数；G_vm(s)表示母线电压控制模型传递函数，G_i(s)表示并网电流控制器传递函数；G_im(s)表示并网电流控制模型传递函数，I_g表示母线电流实际反馈值。

由图4可知，本申请并网控制电流环的输入在当前并网输出电流设定值I_d1的基础上，还增加了按照上述方法所得并网增量电流设定值ΔI_d，假定瞬时直流母线电压不变的条件下，直流母线电压乘以直流母线电流为直流母线功率，由能量守恒可知直流母线功率等于并网侧功率即由此并网侧电压不变情况下增大并网输出电流设定值I_d，则会增大直流母线电流，加快了直流母线电压的响应速度，从而增大了风力发电机组馈入电网的功率，即，使风力发电机组产生的超发功率快速馈入电网，避免能量堆积导致直流母线电压持续升高而使机侧变流器发生过流故障；而且，能够使并网变流器的工作参数以最快速度恢复到满足预设条件的状态，避免了机侧变流器的斩波升压电路长时间不受控，报出风力发电机组功率比较错误以及超功率故障等。

再次回到图3，继上述描述，在所得工作参数满足预设条件时，执行步骤S35，利用当前时刻的并网输出电流设定值进行并网功率输出控制。

此时，可以直接按照图5所示的并网逆变器控制系统框图所示的控制方式进行并网输出功率控制，且该过程中，机侧变流器的斩波升压电路可以按照图2(b)和(c)所示的工作原理进行工作，保证了并网变流器的正常可靠运行。

在步骤S34或者步骤S35执行完毕后，再次循环执行步骤S31。

综上，本实施例通过在判断并网变流器的工作参数不满足预设条件时，利用当前时刻及其前一时刻检测到的工作参数，获得网侧变流器的并网增量电流设定值，并将该并网增量电流设定值以及当前并网输出电流设定值进行叠加，从而利用叠加得到的叠加电流设定值对网侧变流器进行并网输出功率控制，增大直流母线向电网输出电流，加快网侧变流器的响应速度，增大风力发电机组馈入电网的功率，使得风力发电机组的转速降低，使得机侧变流器整流后输出的直流电压小于直流母线电压，，从而使斩波升压电路恢复正常工作模式，避免产生功率比较错误和超发功率等故障。

如图6所示，为本申请提供的一种风力发电机组的功率控制方法优选实施例的流程图，该方法也可以应用于并网变流器，如上图1和图2所示，本实施在此不作详述，另外，需要说明的是，在实际应用中并不局限于本实施例提供的这一种优选实施例，本申请在此仅以此为例进行说明。则本实施例提供的功率控制方法可以包括以下步骤：

步骤S61，检测机侧变流器整流后输出的直流电压、直流电流以及直流母线电压。

步骤S62，判断机侧变流器整流后输出的直流电压是否小于直流母线电压，且该直流电压和直流电流的乘积是否不大于风力发电机组控制系统给定输出功率，若是，执行步骤S67；若否，进入步骤S63。

在本实施例中，结合上述分析可知，当风力发电机组的转速增大后，该风力发电机组的端电压将会增大，从而使机侧变流器对其整流后输出的直流电压相应增大，将会产生增大后的直流电压大于或等于直流母线电压，或者风力发电机组输出的有功功率大于风力发电机组控制系统给定输出功率的情况，导致机侧变流器的斩波升压电路失控，具体分析过程如上文所述，本实施例在此不再详述。

由此可见，上述步骤S62的判断结果为否，可以是上述两个判断结果的至少一个判断结果为否，本申请对其具体情况不作限定；而步骤S62的判断结果为是时，需要上述两个判断结果均为是，才会执行步骤S67。

步骤S63，利用能量守恒定律，获得网侧变流器的并网增量电流设定值与并网变流器的工作参数的变化关系。

其中，能量守恒可以是指风力发电机组输出能量等于直流母线的储能电容的储存能量与馈入电网的能量之和，推导并获得网侧变流器的并网增量电流设定值与并网侧变流器的工作参数的变化关系可以参照上述方法实施例对应部分的描述，本实施在此不再赘述。

步骤S64，依据获得的上述变化关系，利用当前时刻及其前一时刻检测到的并网变流器的工作参数，确定网侧变流器的并网增量电流设定值。

在实际应用中，根据上述表达式(3)可以得到网侧变流器的并网增量电流设定值的计算表达式，即：

由该表达式(4)可以直观得知上述步骤S64中需要的当前时刻及其前一时刻检测到的并网变流器的工作参数，如当前时刻t1及其前一时刻t0机侧变流器的整流模块输出的直流电压、直流电流、直流母线电压以及并网电压设定值等等，而在实际应用中，这些工作参数能够通过相应的检测装置检测得到，所以，本申请将这些工作参数代入表达式(4)后，通过简单数学运算能够计算得到网侧变流器的并网增量电流设定值。

步骤S65，将得到的并网增量电流设定值与当前时刻网侧变流器的并网输出电流设定值进行叠加，得到叠加电流设定值；

步骤S66，采用电压电流双闭环控制方式，利用得到的叠加电流设定值控制网侧变流器工作。

在步骤S66或者步骤S67执行完毕后，再次循环执行步骤S61。

结合图4所示的控制系统框图，本申请采用了电流环为内控制环，电压环为外控制环的双闭环控制方式，由于在实际应用中，母线电压外环的响应速度较慢，当该母线电压外环输出的当前时刻的电流设定值(即并网输出电流设定值)与前一时刻的电流设定值近似相等时，本申请为了加快该母线控制环的响应速度，在电压环输出的电流设定值I_d1上叠加了并网增量电流设定值ΔI_d，从而增大了并网电流控制器传递函数G_i(s)的输入电流，加快了直流母线电压的响应速度，进而使风力发电机组输出的多余的功率快速馈入电网，使得风力发电机组的转速逐步降低，使其机侧变流器的整流模块输出的直流电压降低，直至该直流电压小于直流母线电压(此时风力发电机组输出的有功功率小于风力发电机组控制系统给定输出功率)，结束机侧变流器的斩波升压电路的不受控状态，避免了该斩波升压电路不受控时间过长，无法响应风力发电机组输出的功率，而产生风力发电机组功率比较错误以及超功率等故障。

其中，按照上述方式增大风力发电机组馈入电网的瞬时功率，降低风力发电机组的转速，使得此时并网变流器的工作参数满足预设条件时，将会执行步骤S67，采用电压电流双闭环控制方式，利用当前时刻的并网输出电流设定值控制网侧变流器工作。

在实际应用中，当机侧变流器整流后输出的直流电压小于直流母线电压，且该直流电压和直流电流的乘积不大于风力发电机组控制系统给定输出功率时，机侧变流器中的斩波升压电路是受控的，其工作过程如上图2(b)和(c)所示，本申请此时可以不用再启动上述瞬时功率控制方法，所以，在这种情况下，可以直接按照图5所示的并网逆变器控制系统框图，控制网侧变流器工作，将风力发电机输出的功率馈入电网。

可选的，在上述实施例的基础上，本申请也可以在上述步骤S62的判断结果为否时，输出并存储这一判断结果，以便今后查询该风力发电机组的工作情况，本申请对该判断结果的具体存储方式不作限定，可以根据实际需要确定。

综上，风力发电机组的转速升高，将会引起机侧变流器的斩波升压电路不受控，为了避免由此导致风力发电机组产生功率比较错误和超功率现象，使风力发电机组报出故障，本申请通过增大直流母线电流环的输入电流的方式，提高直流母线电压的响应速度，从而加快风力发电机组的输出功率馈入电网的速度，使得风力发电机组的输出功率与输入功率平衡，进而使风力发电机转速降下来，则使机侧变流器整流后输出的直流电压降低至小于直流母线电压，且该直流电压和直流电流的乘积不大于风力发电机组控制系统给定输出功率，机侧变流器的斩波升压电路将恢复正常工作模式，以避免风力发电机组报出故障。

如图7所示，为本申请提供的一种风力发电机组的瞬时功率控制装置实施例的结构示意图，该装置可以应用于并网变流器，并网变流器可以包括机侧变流器、直流母线以及网侧变流器，如上图1和2所示，本实施例在此不再赘述，本实施例提供的瞬时功率控制装置可以包括：

检测模块71，用于检测并网变流器的工作参数。

如上述方法实施例对应部分的描述，检测模块71检测到的工作参数可以包括：机侧变流器的整流模块输出的直流电压U_r、直流电流I_r以及直流母线电压U_dc等等。在实际应用中，可以根据该工作参数的具体参量确定检测模块71的具体结构，也就是说，需要检测电压参量时，可以使用电压传感器进行检测；需要检测电流参量时，可以使用电流传感器进行检测等，本申请对检测上述各工作参数所用器件不作限定。

计算模块72，用于在判断上述工作参数不满足预设条件时，利用当前时刻及其前一时刻检测到的工作参数，获得网侧变流器的并网增量电流设定值；

其中，预设条件是在风力发电机组的转速增大的情况下确定的。具体可以包括机侧变流器整流后输出的直流电压小于直流母线电压，且该直流电压和直流电流的乘积不大于风力发电机组控制系统给定输出功率等，但并不局限于此。

基于此，当上述检测到的工作参数不满足该预设条件中的任意一个，都可以启动本申请提供的瞬时功率控制方法，此时，本申请可以利用当前时刻及其前一时刻检测到的工作参数，以及上述表达式(3)或表达式(4)，计算当前需要的网侧变流器的并网增量电流设定值ΔI_d，具体过程可以参照上述方法实施例对应部分的描述，本实施例在此不再赘述。

控制模块73，用于将并网增量电流设定值与当前时刻网侧变流器的并网输出电流设定值进行叠加，利用得到的叠加电流设定值进行并网输出功率控制，以增大风力发电机组馈入电网的瞬时功率。

在实施例中，网侧变流器可以采用电压电流双闭环控制方式，来实现对网侧变流器的控制，当需要对风力发电机组的输出功率进行调制，以增大其馈入电网的速度时，本申请采用增大电流内环输入电流的方式，来加快电压外环的响应速度，达到增大风力发电机组馈入电网的瞬时功率的目的，即将风力发电机组产生的多余功率快速馈入电网，降低风力发电机的转速，进而使其机侧变流器整流后输出的直流电压小于直流母线电压，使得机侧变流器的斩波升压电路快速恢复正常工作模式，避免了因斩波升压电路失控时间过程而报出机组故障。具体实现过程可以参照上述方法实施例对应部分的描述，本实施例在此不再详述。

可选的，基于对上述实施例中的预设条件的描述，如图8所示，上述检测模块71可以包括：

第一检测单元711，用于检测机侧变流器整流后输出的直流电压以及直流母线电压；

和/或，第二检测单元712，用于检测机侧变流器整流后输出的直流电压以及直流电流。

在实际应用中，根据检测的参量的具体内容，上述检测单元可以包括电流传感器、电压传感器等等，但并不局限于此。

基于此，上述计算模块72具体可以用于在判断机侧变流器整流后输出的直流电压不小于直流母线电压；和/或；判断机侧变流器整流后输出的直流电压与直流电流的乘积大于风力发电机组控制系统给定输出功率时，利用当前时刻及其前一时刻检测到的工作参数，获得网侧变流器的并网增量电流设定值。

可选的，如图8所示，该计算模块72可以包括：

获取单元721，用于利用能量守恒定律，获得网侧变流器的并网增量电流设定值与并网变流器的工作参数的变化关系；

计算单元722，用于依据该变化关系，利用当前时刻及其前一时刻检测到的并网变流器的工作参数，确定该网侧变流器的并网增量电流设定值。

其中，当前时刻及其前一时刻检测到的并网变流器的工作参数可以包括：机侧变流器整流后输出的直流电压、直流电流以及直流母线电压，网侧变流器的并网电压设定值等等，具体可以参照上述表达式(4)等式右侧的符号确定。

另外，在上述实施例的基础上，若检测到的工作参数都满足上述预设条件，即上述两个判断条件都满足时，也就是在风力发电机组转速正常，其馈入电网的功率不会超过功率设定值的情况下，本申请可以按照双闭环控制方式，直接利用当前时刻的并网输出电流设定值进行并网功率输出控制，保证风力发电系统的正常工作。

综上所述，本实施例通过在判断并网变流器的工作参数不满足预设条件时，利用当前时刻及其前一时刻检测到的并网变流器的工作参数，获得网侧变流器的并网增量电流设定值，并将该并网增量电流设定值以及当前时刻网侧变流器的并网输出电流设定值进行叠加，从而利用得到的叠加电流设定值实现对网侧变流器的并网输出功率控制，显然，这与直接利用当前网侧变流器的并网输出电流设定值对该网侧变流器进行并网输出功率控制的方法相比，增大了网侧变流器的输出功率，即增大了风力发电机组馈入电网的瞬时功率，从而使风力发电机组的输出功率大于输入功率，使风力发电机组的转速降低，进而使得机侧变流器整流后输出的直流电压随着风力发电机的端电压的下降而降低，并在该直流电压小于直流母线电路时，将会使机侧变流器的斩波升压电路恢复正常工作模式，使得风力发电机的输入功率与输出功率达到平衡，避免因斩波升压电路不受控时间过长而报出功率比较错误和超发功率等故障。

最后，需要说明的是，关于上述各实施例中，诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个操作、单元或模块与另一个操作、单元或模块区分开来，而不一定要求或者暗示这些单元、操作或模块之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者系统中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种风力发电机组的瞬时功率控制方法，应用于并网变流器，所述并网变流器包括机侧变流器、直流母线以及网侧变流器，其特征在于，所述方法包括：

检测所述并网变流器的工作参数；

在判断所述工作参数不满足预设条件时，利用当前时刻及其前一时刻检测到的工作参数，获得所述网侧变流器的并网增量电流设定值，所述预设条件是在风力发电机组的转速增大的情况下确定的；

将所述并网增量电流设定值与当前时刻所述网侧变流器的并网输出电流设定值进行叠加，利用得到的叠加电流设定值进行并网输出功率控制，以增大风力发电机组馈入电网的瞬时功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测所述并网变流器的工作参数，包括：

检测所述机侧变流器整流后输出的直流电压以及直流母线电压；

和/或，检测所述机侧变流器整流后输出的直流电压以及直流电流。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述判断所述工作参数不满足预设条件，包括：

判断所述机侧变流器整流后输出的直流电压不小于所述直流母线电压；

和/或，判断所述机侧变流器整流后输出的直流电压与所述直流电流的乘积大于风力发电机组控制系统给定输出功率。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断当前检测到的所述并网变流器的工作参数满足所述预设条件时，利用当前时刻的并网输出电流设定值对网侧变流器进行并网输出功率控制。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述利用当前时刻及其前一时刻检测到的工作参数，获得网侧变流器的并网增量电流设定值，包括：

利用能量守恒定律，获得所述网侧变流器的并网增量电流设定值与所述并网变流器的工作参数的变化关系；

依据所述变化关系，利用当前时刻及其前一时刻检测到的所述并网变流器的工作参数，确定所述网侧变流器的并网增量电流设定值；

其中，所述当前时刻及其前一时刻检测到的所述并网变流器的工作参数包括：所述机侧变流器输出的直流电压、直流电流以及直流母线电压，所述网侧变流器的并网电压设定值。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述利用得到的叠加电流设定值进行并网功率输出控制，包括：

采用电压电流双闭环控制方式，利用得到的叠加电流设定值控制所述网侧变流器的工作；

其中，所述电压电流双闭环包括电流环和电压环，所述电压环输入母线电压设定值和母线电压实际反馈值，输出更新后的母线电压实际反馈值，所述电流环输入当前网侧变流器的并网输出电流设定值、所述叠加电流设定值以及母线电流实际反馈值，输出更新后的母线电流实际反馈值。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述判断当前检测到的所述并网变流器的工作参数满足所述预设条件，包括：

所述机侧变流器整流后输出的直流电压小于当前检测到的直流母线电压，且所述机侧变流器整流后输出的直流电压与直流电流的乘积小于风力发电机组控制系统给定输出功率。

8.一种风力发电机组的瞬时功率控制装置，应用于并网变流器，所述并网变流器包括机侧变流器、直流母线以及网侧变流器，其特征在于，所述装置包括：

检测模块，用于检测所述并网变流器的工作参数；

计算模块，用于在判断所述工作参数不满足预设条件时，利用当前时刻及其前一时刻检测到的工作参数，获得所述网侧变流器的并网增量电流设定值，所述预设条件是在风力发电机组的转速增大的情况下确定的；

控制模块，用于将所述并网增量电流设定值与当前时刻所述网侧变流器的并网输出电流设定值进行叠加，利用得到的叠加电流设定值进行并网输出功率控制，以增大风力发电机组馈入电网的瞬时功率。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述检测模块包括：

第一检测单元，用于检测所述机侧变流器整流后输出的直流电压以及直流母线电压；

和/或，第二检测单元，用于检测所述机侧变流器整流后输出的直流电压以及直流电流。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：

获取单元，用于利用能量守恒定律，获得所述网侧变流器的并网增量电流设定值与所述并网变流器的工作参数的变化关系；

计算单元，用于依据所述变化关系，利用当前时刻及其前一时刻检测到的所述并网变流器的工作参数，确定所述网侧变流器的并网增量电流设定值；

其中，所述当前时刻及其前一时刻检测到的所述并网变流器的工作参数包括：所述机侧变流器整流后输出的直流电压、直流电流以及直流母线电压，所述网侧变流器的并网电压设定值。