CN111030173A - 新能源电厂并网逆变器的控制方法及装置、逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源电厂并网逆变器的控制方法及装置、逆变器、介质。其中，新能源电厂并网逆变器的控制方法包括：获取逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；其中，输入电压测量值为与逆变器连接的直流母线的母线电压测量值；根据输入电压测量值，确定逆变器的有功电流给定值；根据输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的无功电流给定值；利用有功电流给定值和无功电流给定值，生成PWM信号，PWM信号用于控制逆变器的IGBT的工作状态，使得逆变器的输出电压接近预设的输出电压给定值。根据本发明实施例，能够控制逆变器的输出电压的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于新能源发电技术领域，尤其涉及一种新能源电厂并网逆变器的控制方法及装置、逆变器。
背景技术
随着新能源发电规模的发展，风力发电和光伏发电并网比例不断攀升，新能源电场接入电力系统的短路比越来越小，电力系统由传统的强电网范围进入到弱电网范围，新能源电场的并网运行对电力系统的负面影响变得愈加明显。
以风力发电厂为例，电力系统的电网电压容易受风电功率波动的影响而产生电压振荡，甚至发生次超同步振荡，这不但会使电力系统的稳定运行受到威胁，在电网电压偏差和波动比较大的情况下，还会导致风力发电机组的逆变器电压频繁超出正常工作范围，进而导致风力发电机组的可利用率受到影响。
发明内容
本发明实施例提供一种新能源电厂并网逆变器的控制方法及装置、逆变器，能够控制逆变器的输出电压的稳定性。
第一方面，本发明实施例提供了一种新能源电厂并网逆变器的控制方法，包括：
获取逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；其中，输入电压测量值为与逆变器连接的直流母线的母线电压测量值；
根据输入电压测量值，确定逆变器的有功电流给定值；
根据输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的无功电流给定值；
利用有功电流给定值和无功电流给定值，生成脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)信号，PWM信号用于控制逆变器的绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)的工作状态，使得逆变器的输出电压接近预设的输出电压给定值。
第二方面，本发明实施例提供了一种新能源电厂并网逆变器的控制装置，包括：
数据获取模块，用于获取逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；其中，输入电压测量值为与逆变器连接的直流母线的母线电压测量值；
第一处理模块，用于根据输入电压测量值，确定逆变器的有功电流给定值；
第二处理模块，用于根据输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的无功电流给定值；
信号生成模块，用于利用有功电流给定值和无功电流给定值，生成PWM信号，PWM信号用于控制逆变器的IGBT的工作状态，使得逆变器的输出电压接近预设的输出电压给定值。
第三方面，本发明实施例提供了一种新能源电厂并网逆变器，包括：
监测模块，用于测量所述逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；
控制器，控制器用于：
获取逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；其中，输入电压测量值为与逆变器连接的直流母线的母线电压测量值；
根据输入电压测量值，确定逆变器的有功电流给定值；
根据输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的无功电流给定值；
利用有功电流给定值和无功电流给定值，生成PWM信号，PWM信号用于控制逆变器的IGBT的工作状态，使得逆变器的输出电压接近预设的输出电压给定值。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现如第一方面所述的新能源电厂并网逆变器的控制方法。
本发明实施例的新能源电厂并网逆变器的控制方法，能够将与逆变器连接的直流母线的母线电压测量值，作为逆变器的输入电压测量值，然后根据逆变器的输入电压测量值，确定逆变器的有功电流给定值，并且根据逆变器的输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的无功电流给定值，从而利用有功电流给定值和无功电流给定值，生成用于控制逆变器的IGBT的工作状态的PWM信号，使逆变器的输出电压始终接近预设的输出电压给定值，以利用逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值，控制逆变器的输出电压的稳定性，从而避免在电网电压偏差和波动比较大的情况下，新能源电厂发电机组的可利用率受到影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有的一种集群式风力发电厂的拓扑结构图；
图2是现有一个实施例提供的逆变器的控制原理图；
图3是本发明一个实施例提供的新能源电厂并网逆变器的控制方法的流程示意图；
图4是本发明一个实施例提供的逆变器的控制原理图；
图5是图2所示控制原理下的风力发电机组满载运行曲线的一个示例；
图6是图4所示控制原理下的风力发电机组满载运行曲线的一个示例；
图7是图4所示控制原理下的风力发电机组对称跌落运行曲线的一个示例；
图8是本发明一个实施例提供的新能源电厂并网逆变器的控制装置的结构示意图；
图9是本发明一个实施例提供的逆变器的控制器的结构示意图；
图10是现有的一种分散式风力发电厂的拓扑结构图；
图11是现有的永磁直驱风力发电机组变流器的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
图1示出了现有的一种集群式风力发电厂的拓扑结构图。如图1所示，风电场的从并网点(Point Common Coupling，PCC)所连接的110kV线路到任一个风力发电机组WTnm的风机端口所连接的690V线路，需要依次经过主变压器T1、几公里的传输线路Ln和箱变Tnm。其中，风机端口输出的电压为690V电压，该电压为风力发电机组WTnm的工作电压，箱变Tnm将690V电压转化为35kV电压，并由传输线路Ln输送至主变压器T1，主变压器T1将35kV电压转化为110kV后，传输至并网点。
为了提升风力发电机组的输出电压的稳定性，保证风力发电机组的安全运行，现有的技术是在风电场的中压侧利用静止无功发生器(SVG)设备调节无功功率来稳定电压，或者，利用场控装置控制风力发电机组来吸收或发出无功功率来调节电网电压。
图11示出了现有的永磁直驱风力发电机组变流器的结构示意图。变流器200包括机侧变流器203、网侧变流器204和直流链路205。直流链路205包括一个或多个直流链路电容器，该一个或多个直流链路电容器由来自发电机201的直流输出电流充电，并且该一个或多个直流链路电容器将直流电力提供到网侧变流器204。来自网侧变流器204的输出交流电流经由电网变压器208提供给电网。电网变压器208与电网的连接点定义为风电场并网点PCC。
永磁直驱风力发电机组变流器的网侧变流器204(即逆变器)的主要功能是维持直流母线的电压稳定，以向电网稳定输出的有功功率和无功功率。因此，为了提升风力发电机组的输出电压的稳定性，主要需要控制网侧变流器的输出电压稳定。
图2示出了现有一个实施例提供的逆变器的控制原理图。如图2所示，现有技术中对网侧变流器的控制策略为双闭环控制策略。其中，有功控制外环110为直流电压闭环，有功控制内环120为有功电流闭环，无功控制外环130为无功功率闭环，无功控制内环140为无功电流闭环。
有功控制外环110的具体原理为：将与逆变器连接的直流母线的母线电压给定值UdcRef与直流母线的母线电压测量值Udcmeas相减后，经过母线电压比例积分(PI)调节器111控制，得到有功电流给定值IdRef。
有功控制内环120的具体原理为：将IdRef与逆变器的三相输出电流经过坐标变换得到的实际有功电流值Id相减后，经过有功电流PI调节器121控制，输入前馈解耦模块150。
无功控制外环130的具体原理为：将无功功率给定值QRef与无功功率测量值Qmeas相减后，经过无功功率PI调节器131控制，得到无功电流给定值IqRef。
无功控制内环140的具体原理为：将IqRef与逆变器的三相输出电流经过坐标变换得到的实际无功电流值Iq相减后，经过无功电流PI调节器141控制，输入前馈解耦模块150。
然后，前馈解耦模块150对有功电流PI调节器121的输出和无功电流PI调节器141进行前馈解耦控制，得到静止坐标系下的调制电压给定值Uo(Uoalfa，Uobeta)，最后，利用正弦波脉宽调制(SVPWM)模块160将Uo转化为发送给IGBT的PWM信号。
综上所述，上述方案的原理是：通过调节无功功率来间接控制电网电压。其中，控制目标是风电场的并网点PCC电压，但是，由于并网点和风机端口电压之间还存在高压线路、中压线路和箱变阻抗等，由于电气系统的非线性，并网点和风机端口之间的电压还存在一定差异，而且这个差异还与风力发电机组输出的有功功率有关系，在某些情况下会导致风机端口电压偏离出正常工作范围，频繁进入故障穿越状态，进而导致风力发电机组的可利用率受到影响。
为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种逆变器的控制方法及装置、逆变器、介质。下面首先对本发明实施例所提供的逆变器的控制方法进行介绍。
图3示出了本发明一个实施例提供的新能源电厂并网逆变器的控制方法的流程示意图。在本发明实施例中，图3所示的逆变器的控制方法可以由逆变器的控制器执行，其中，逆变器可以为新能源电厂并网逆变器，例如永磁直驱风力发电机组变流器的网侧变流器、光伏逆变器或者储能变流器中的任意一种，在此不做限制，只要是新能源电厂的并网逆变器即可。具体地，永磁直驱风力发电机组变流器的网侧变流器可以为图1所示的风电场中的任一个风力发电机组WTnm中的、与该风力发电机组WTnm的风机端口所连接的网侧变流器。
如图3所示，该新能源电厂并网逆变器的控制方法可以包括：
S210、获取逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；
其中，输入电压测量值为与逆变器连接的直流母线的母线电压测量值；输出电压测量值为逆变器的传输端口的端口电压测量值，输出电流测量值为逆变器的传输端口的端口电流测量值；
S220、根据输入电压测量值，确定逆变器的有功电流给定值；
S230、根据输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的无功电流给定值；
在本发明实施例中，S220和S230的执行顺序不受限制，可以依次执行S220和S230，也可以同步执行S220和S230，还可以先执行S230，再执行S220；
S240、利用有功电流给定值和无功电流给定值，生成PWM信号，PWM信号用于控制逆变器的IGBT的工作状态，使得逆变器的输出电压接近预设的输出电压给定值。
在本发明实施例中，能够将与逆变器连接的直流母线的母线电压测量值，作为逆变器的输入电压测量值，然后根据逆变器的输入电压测量值，确定逆变器的有功电流给定值，并且根据逆变器的输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的无功电流给定值，从而利用有功电流给定值和无功电流给定值，生成用于控制逆变器的IGBT的工作状态的PWM信号，使逆变器的输出电压始终接近预设的输出电压给定值，以利用逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值，控制逆变器的输出电压的稳定性，从而避免在电网电压偏差和波动比较大的情况下，风力发电机组的可利用率受到影响。
在本发明一些实施例中，S220的具体方法可以包括：
计算预设的输入电压给定值与输入电压测量值的第一电压差值；其中，输入电压给定值为直流母线的母线电压给定值；
利用第一比例系数和第一积分系数对第一电压差值进行反馈调节处理，得到逆变器的有功电流给定值。
具体地，控制器可以将与逆变器连接的直流母线的母线电压给定值与直流母线的母线电压测量值相减得到第一电压差值，然后利用第一比例系数和第一积分系数，对第一电压差值进行比例积分调节处理，得到有功电流给定值。
在本发明一些实施例中，S230的具体方法可以包括：
根据输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的输出电压反馈值；
计算输出电压给定值与输出电压反馈值的第二电压差值。
其中，确定逆变器的输出电压反馈值的具体方法可以包括：
确定输出电压测量值中的正序分量幅值和输出电流测量值中的无功电流分量；
计算正序分量幅值与无功电流分量和预设调差系数的乘积之间的第三电压差值；
对第三电压差值进行低通滤波处理，得到输出电压反馈值。
具体地，控制器可以对逆变器的输出电流测量值，即三相输出电流，进行坐标变换，得到输出电流测量值中的无功电流分量Iq。控制器还可以对输出电压测量值，即三相输出电压，进行正负序分解，得到输出电压测量值中的正序分量幅值Up。然后，计算无功电流分量和预设调差系数Kc的乘积，再将正序分量幅值与该乘积相减，得到第三电压差值。其中，第三电压差值的表达式可以为Up-Kc×Iq。Kc与Iq相关联，Kc可以反映Iq对逆变器的输出电压的影响，Kc的取值范围可以为1％～5％。
在计算得到第三电压差值后，可以对第三电压差值进行低通滤波处理，得到输出电压反馈值Ufdb，低通滤波公式可以为1/(1+sTa)，其中，s为拉普拉斯变换因子，Ta为电压反馈滤波时间常数。
当得到Ufdb后，可以将Ufdb与输出电压给定值Uref相减，得到第二电压差值。其中，Uref来自于风电场的场控装置或风力发电机组自身设定的控制目标值，风力发电机组的正常运行电压范围是额定电压±10％的电压范围，为了留有一定的控制余量，Uref的调节范围限定到额定电压±8％的电压范围。
在本发明一些实施例中，在计算输出电压给定值与输出电压反馈值的第二电压差值之后，S230的具体方法还可以包括：
在输出电压测量值处于预设电压范围内的情况下，利用第二比例系数和第二积分系数对第二电压差值进行反馈调节处理，得到第一反馈调节输出值；
利用第一幅值范围对第一反馈调节输出值进行限幅处理，得到逆变器的无功电流给定值。
在本发明一些实施例中，判断输出电压测量值是否处于预设电压范围内的方法可以具体为：判断输出电压测量值中的正序分量幅值是否处于预设电压范围内，若正序分量幅值处于预设电压范围内，则确定输出电压测量值处于预设电压范围内，若正序分量幅值超出预设电压范围，则确定输出电压测量值超出预设电压范围。
其中，预设电压范围可以为风力发电机组的正常运行电压范围，即额定电压±10％的电压范围。
在输出电压测量值处于预设电压范围内的情况下，控制器可以利用第二比例系数Kp对第二电压差值进行比例调节，并且利用第二积分系数Ki与s的商Ki/s进行积分调节，从而实现对第二电压差值的比例积分调节，得到第一反馈调节输出值。然后利用第一幅值范围(Iqmin1,Iqmax1)对第一反馈调节输出值进行限幅处理，得到逆变器的无功电流给定值Iqref。
在本发明另一些实施例中，在计算输出电压给定值与输出电压反馈值的第二电压差值之后，S230的具体方法还可以包括：
在输出电压测量值超出预设电压范围的情况下，利用第二比例系数对第二电压差值进行反馈调节处理，得到第二反馈调节输出值；
利用第二幅值范围对第二反馈调节输出值进行限幅处理，得到逆变器的无功电流给定值。
在输出电压测量值超出预设电压范围的情况下，可以冻结对第二电压差值的积分调节，仅利用Kp对第二电压差值进行比例调节，得到第二反馈调节输出值。然后利用第二幅值范围(Iqmin2,Iqmax2)对第二反馈调节输出值进行限幅处理，得到逆变器的无功电流给定值Iqref。
在本发明实施例中，可选地，冻结对第二电压差值的积分调节的条件可以进一步设置为：
在输出电压测量值超出预设电压范围的情况下，且输出电压测量值低于低电压穿越阈值或者输出电压测量值高于高电压穿越阈值。
在本发明一些实施例中，判断输出电压测量值低于低电压穿越阈值或者输出电压测量值高于高电压穿越阈值的方法可以具体为：判断输出电压测量值中的正序分量幅值是否低于低电压穿越阈值Ulvrt或者高于高电压穿越阈值Uhvrt。
在上述实施例中，电压测量值低于低电压穿越阈值时、输出电压测量值高于高电压穿越阈值时以及输出电压测量值处于预设电压范围内时的Kp不同，可以根据在各个情况下的无功电流支撑要求确定。
在本发明一些实施例中，在得到了有功电流给定值和无功电流给定值之后，可以如图2所示的逆变器的控制原理相似，将有功电流给定值与逆变器的三相输出电流经过坐标变换得到的实际有功电流值相减后，进行有功电流比例积分调节控制，得到第一输出值。并且，将无功电流给定值与逆变器的三相输出电流经过坐标变换得到的实际无功电流值相减后，经过无功电流比例积分调节控制，得到第二输出值。然后，对第一输出值和第二输出值进行前馈解耦控制，得到静止坐标系下的调制电压给定值，最后，将调制电压给定值进行正弦波脉宽调制，得到发送给IGBT的PWM信号，以控制逆变器的IGBT的工作状态，使得逆变器的输出电压接近预设的输出电压给定值。
图4示出了本发明一个实施例提供的逆变器的控制原理图。图4所示的控制原理与图2所示的控制原理中的有功控制外环110、有功控制内环120、无功控制内环140、前馈解耦模块150和SVPWM模块160均相似，在此不做赘述。
下面，将以逆变器为网侧变流器为例，对图4进行说明。
图4所示的无功控制外环130基于本发明实施例所提供的逆变器的控制方法实现。
具体地，可以利用Iq和Up计算得到Up-Kc×Iq，并经过低通滤波1/(1+sTa)，得到Ufdb。然后，对Ufdb和Uref做差，将结果输入可调节比例积分控制器132，该可调节比例积分控制器132的积分调节功能，可以在满足预定条件时被冻结，预定条件具体可以为Up＜Ulvrt或者Up＞Uhvrt。可调节比例积分控制器132的输出经过限幅处理后，即可以得到Iqref。
具体地，当Up处于预设电压范围内时，幅值范围为(Iqmin1,Iqmax1)，幅值范围可由风力发电机组允许输出的最大无功功率计算得到，具体地，按照并网标准，风力发电机组的功率因数调节范围为：-0.9(超前)～+0.9(滞后)，可计算出无功功率调节范围为：-0.48Pn(容性)～+0.48Pn(感性)，Pn为风力发电机组的额定输出有功功率，由上述无功功率调节范围可计算出风力发电机组正常运行时的第一幅值范围(Iqmin1,Iqmax1)。当Up＜Ulvrt或者Up＞Uhvrt时，为了满足并网标准故障穿越时无功电流支撑电网，幅值范围为(Iqmin2,Iqmax2)，这时的限幅值一般选取为1.05In，In为风力发电机组的网侧变流器的额定输出电流。
在高低穿故障穿越时，由于风力发电机组的Uref还是在风力发电机组正常运行的电压范围内，而实际端电压已经超出了风力发电机组正常运行的电压范围，电压控制环的给定与反馈的偏差将永远存在，这样将会导致可调节比例积分控制器132中的积分环节一直累加，积分器很快饱和，会导致输出很大的无功电流给定值，不满足并网标准对无功电流输出的要求。为了避免可调节比例积分控制器132的积分饱和，需要冻结可调节比例积分控制器132的积分调节功能，使可调节比例积分控制器132变化为比例P控制器，P控制所采用的Kp可由并网标准故障穿越期间无功电流支撑要求确定，一般低电压穿越时Kp选择为1.5，高电压穿越时Kp选择为2.0。在高低穿恢复后，可调节比例积分控制器132再切换为PI控制器保证稳态时风力发电机组的输出电压的控制精度，为了保证高低穿恢复后无功电流给定值的平滑切换，需要实时记录故障穿越期间的无功电流给定值，将其作为积分器的初值，故障穿越恢复后，积分器将从这个值开始累加，这样可以保证对风力发电机组的输出电压的影响最小，使风力发电机组的输出电压更加稳定。
为了验证本发明实施例提供的逆变器的控制方法的效果，对一台2.5MW的风力发电机组进行了仿真研究，来对比本发明实施例与现有的逆变器的控制方法的运行结果。其中，电网参数为：短路比SCR＝1.5，电抗X/阻抗R＝5，该电网为弱电网。
图5示出了图2所示控制原理下的风力发电机组满载运行曲线的一个示例。图6示出了图4所示控制原理下的风力发电机组满载运行曲线的一个示例。
图5中的第一条曲线为电网的正序电压Upos(pu)曲线，第二条曲线为风力发电机组输出的有功功率P(MW)曲线，第三条曲线为风力发电机组输出的无功功率Q(MVar)曲线，横坐标均为时间Time(s)。图2所示的控制原理通常采用功率因数为1的控制策略，即无功功率给定值为0，由图5中的各个曲线可看出，随着风力发电机组输出的有功功率的增加，在电网阻抗上产生的压降越来越大，导致风力发电机组的端口电压逐步下降，在2MW以下的低功率阶段，由于有功功率在电网阻抗上产生的电压降，没有达到低穿进入的阈值，风力发电机组可以稳定运行；在输出有功功率到达2MW附近时，电压降落到低穿进入阀值附近，导致频繁进入和退出低穿，引起电网电压大幅度波动，进而带来风力发电机组输出的有功功率和无功功率的大幅度波动，系统失控，无法达到稳定状态。
图6中的第一条曲线为电网的正序电压Upos(pu)曲线，第二条曲线为风力发电机组输出的有功功率P(MW)曲线，第三条曲线为风力发电机组输出的无功功率Q(MVar)曲线，横坐标均为时间Time(s)。图4所示的控制原理所采用的输出电压给定值为1.0pu。在风力发电机组满载运行正常的情况下，风力发电机组输出的有功功率为2.5MW，风力发电机组输出的无功功率为0.47Mvar。由于电网是弱电网，按照电网参数SCR＝1.5，X/R＝5，可计算出箱变35kV侧的电网等效阻抗R为64.06欧，电网等效电抗X为320.32欧，电网等效阻抗比较大，电网电压受风机输出功率的影响。电网等效阻抗引起的电压降落可近似表示为：
其中，ΔU表示电网等效阻抗引起的电压降落，P表示风力发电机组输出的有功功率，Q表示风力发电机组输出的无功功率，U表示风力发电机组的端口电压。
由于采用了风机端口电压的闭环控制，风力发电机组输出了0.47Mvar的无功功率来补偿了由于风力发电机组输出的有功功率在电网阻抗上产生的压降，可以维持在设定值1.0pu附近，这种闭环控制是实时的，可以完全抑制风速波动引起有功功率波动而带来的风力发电机组的端口电压的波动。
对比图5和图6的风力发电机组满载运行曲线可看出，本发明实施例提供的逆变器的控制方法，在弱电网下具有优越的运行特性，可以自动对弱电网进行电压支撑，提高了风力发电机组弱电网运行的稳定性。
为了验证本发明实施例提供的逆变器的控制方法在低电压穿越过程中的有效性，对一台2.5MW的风力发电机组在0.2pu的电网电压对称跌落的工况下进行了仿真研究，其中，电网参数为：短路比SCR＝1.5，电抗X/阻抗R＝5，该电网为弱电网。
图7示出了图4所示控制原理下的风力发电机组对称跌落运行曲线的一个示例。图7中的第一条曲线为电网的正序电压Upos(pu)曲线，第二条曲线为风力发电机组输出的有功功率P(MW)曲线，第三条曲线为风力发电机组输出的无功功率Q(MVar)曲线，横坐标均为时间Time(s)。
从图7的风力发电机组对称跌落运行曲线可以看出，本发明实施例提供的逆变器的控制方法，在低穿过程中可以图4中的可调节比例积分控制器132由PI控制器切换为P控制器，可以顺利地通过低电压穿越。因此，本发明实施例提供的逆变器的控制方法，既可以满足风力发电机组的稳态运行控制，也可以满足风力发电机组的暂态运行控制。
需要说明的是，上述实施例仅针对图1所示的风电场集群中的风力发电机组的逆变器的控制方法进行了详细说明。本发明实施例提供的逆变器的控制方法，也可以用在分散式风力发电场中，维持风力发电机组的端口电压的稳定，其中，分散式风力发电场以分散方式、较低电压等级接入电网，如图10所示为分散式风力发电厂的一个示例，在并网点PCC以35kV的电压等级接入电网，总装机容量低于5万千瓦。具体地，分散式风力发电场不具有图1中所示的主变压器T1，并且，并网点仅连接一个传输线路，然后连接至多台风力发电机组。
综上所述，本发明实施例可以直接控制风力发电机组的端口电压，提高了风力发电机组的网侧电压的稳定性，并且可以解决弱电网低短路比(SCR<2)情况下，风力发电机组大功率输出时，风力发电机组的端口电压下降引起风力发电机组的失控的问题，提高了风力发电机组的弱电网运行的稳定性。
图8示出了本发明一个实施例提供的新能源电厂并网逆变器的控制装置的结构示意图。在本发明实施例中，图8所示的逆变器的控制装置可以设置于逆变器的控制器内，其中，新能源电厂并网逆变器可以为永磁直驱风力发电机组变流器的网侧变流器、光伏逆变器或者储能变流器中的任意一种，在此不做限制，只要是新能源电厂的并网逆变器即可。具体地，永磁直驱风力发电机组变流器的网侧变流器可以为图1所示的风电场中的任一个风力发电机组WTnm中的、与该风力发电机组WTnm的风机端口所连接的网侧变流器。
如图8所示，该新能源电厂并网逆变器的控制装置可以包括：
数据获取模块310，用于获取逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；其中，输入电压测量值为与逆变器连接的直流母线的母线电压测量值；
第一处理模块320，用于根据输入电压测量值，确定逆变器的有功电流给定值；
第二处理模块330，用于根据输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的无功电流给定值；
信号生成模块340，用于利用有功电流给定值和无功电流给定值，生成PWM信号，PWM信号用于控制逆变器的IGBT的工作状态，使得逆变器的输出电压接近预设的输出电压给定值。
在本发明实施例中，能够将与逆变器连接的直流母线的母线电压测量值，作为逆变器的输入电压测量值，然后根据逆变器的输入电压测量值，确定逆变器的有功电流给定值，并且根据逆变器的输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的无功电流给定值，从而利用有功电流给定值和无功电流给定值，生成用于控制逆变器的IGBT的工作状态的PWM信号，使逆变器的输出电压始终接近预设的输出电压给定值，以利用逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值，控制逆变器的输出电压的稳定性，从而避免在电网电压偏差和波动比较大的情况下，风力发电机组的可利用率受到影响。
在本发明一些实施例中，第一处理模块320可以具体用于：
计算预设的输入电压给定值与输入电压测量值的第一电压差值；其中，输入电压给定值为直流母线的母线电压给定值；
利用第一比例系数和第一积分系数对第一电压差值进行反馈调节处理，得到逆变器的有功电流给定值。
在本发明一些实施例中，第二处理模块330可以具体用于：
根据输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的输出电压反馈值；
计算输出电压给定值与输出电压反馈值的第二电压差值；
在输出电压测量值处于预设电压范围内的情况下，利用第二比例系数和第二积分系数对第二电压差值进行反馈调节处理，得到第一反馈调节输出值；
利用第一幅值范围对第一反馈调节输出值进行限幅处理，得到逆变器的无功电流给定值。
在本发明一些实施例中，第二处理模块330可以具体用于：
在输出电压测量值超出预设电压范围的情况下，利用第二比例系数对第二电压差值进行反馈调节处理，得到第二反馈调节输出值；
利用第二幅值范围对第二反馈调节输出值进行限幅处理，得到逆变器的无功电流给定值。
在本发明一些实施例中，第二处理模块330可以具体用于：
确定输出电压测量值中的正序分量幅值和输出电流测量值中的无功电流分量；
计算正序分量幅值与无功电流分量和预设调差系数的乘积之间的第三电压差值；
对第三电压差值进行低通滤波处理，得到输出电压反馈值。
在本发明一些实施例中，信号生成模块340可以具体用于：
将有功电流给定值与逆变器的三相输出电流经过坐标变换得到的实际有功电流值相减后，进行有功电流比例积分调节控制，得到第一输出值。并且，将无功电流给定值与逆变器的三相输出电流经过坐标变换得到的实际无功电流值相减后，经过无功电流比例积分调节控制，得到第二输出值。然后，对第一输出值和第二输出值进行前馈解耦控制，得到静止坐标系下的调制电压给定值，最后，将调制电压给定值进行正弦波脉宽调制，得到发送给IGBT的PWM信号，以控制逆变器的IGBT的工作状态，使得逆变器的输出电压接近预设的输出电压给定值。
本发明实施例提供的逆变器的控制装置能够实现图3的方法实施例中逆变器的控制器实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。
本发明实施例还提供了一种新能源电厂并网逆变器。新能源电厂并网逆变器可以为永磁直驱风力发电机组变流器的网侧变流器、光伏逆变器或者储能变流器中的任意一种，在此不做限制，只要是新能源电厂的并网逆变器即可。
其中，新能源电厂并网逆变器可以包括监测模块和控制器，其中：
监测模块，用于测量逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；
控制器用于：
获取逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；其中，输入电压测量值为与逆变器连接的直流母线的母线电压测量值；
根据输入电压测量值，确定逆变器的有功电流给定值；
根据输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的无功电流给定值；
利用有功电流给定值和无功电流给定值，生成PWM信号，PWM信号用于控制逆变器的IGBT的工作状态，使得逆变器的输出电压接近预设的输出电压给定值。
在本发明实施例中，能够将与逆变器连接的直流母线的母线电压测量值，作为逆变器的输入电压测量值，然后根据逆变器的输入电压测量值，确定逆变器的有功电流给定值，并且根据逆变器的输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的无功电流给定值，从而利用有功电流给定值和无功电流给定值，生成用于控制逆变器的IGBT的工作状态的PWM信号，使逆变器的输出电压始终接近预设的输出电压给定值，以利用逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值，控制逆变器的输出电压的稳定性，从而避免在电网电压偏差和波动比较大的情况下，风力发电机组的可利用率受到影响。
在本发明一些实施例中，控制器还可以用于：
计算预设的输入电压给定值与输入电压测量值的第一电压差值；其中，输入电压给定值为直流母线的母线电压给定值；
利用第一比例系数和第一积分系数对第一电压差值进行反馈调节处理，得到逆变器的有功电流给定值。
在本发明一些实施例中，控制器还可以用于：
根据输出电压测量值和输出电流测量值，确定逆变器的输出电压反馈值；
计算输出电压给定值与输出电压反馈值的第二电压差值；
在输出电压测量值处于预设电压范围内的情况下，利用第二比例系数和第二积分系数对所述第二电压差值进行反馈调节处理，得到第一反馈调节输出值；
利用第一幅值范围对第一反馈调节输出值进行限幅处理，得到逆变器的无功电流给定值。
在本发明一些实施例中，控制器还可以用于：
在输出电压测量值超出预设电压范围的情况下，利用第二比例系数对第二电压差值进行反馈调节处理，得到第二反馈调节输出值；
利用第二幅值范围对第二反馈调节输出值进行限幅处理，得到逆变器的无功电流给定值。
在本发明一些实施例中，控制器还可以用于：
确定输出电压测量值中的正序分量幅值和输出电流测量值中的无功电流分量；
计算正序分量幅值与无功电流分量和预设调差系数的乘积之间的第三电压差值；
对第三电压差值进行低通滤波处理，得到输出电压反馈值。
本发明实施例提供的逆变器能够实现图3的方法实施例中逆变器的控制器实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。
图11还示出了永磁直驱风力发电机组并网逆变器包括的监测模块251和控制器252。其中，监测模块251，用于测量所述逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；控制器252与监测模块251通信连接。控制器252用于执行如图3所述的控制方法。
图9示出了本发明一个实施例提供的逆变器的控制器的结构示意图。如图9所示，控制器可以包括处理器401以及存储有计算机程序指令的存储器402。
具体地，上述处理器401可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
存储器402可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器402可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器402可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器402可在综合网关容灾设备的内部或外部。在特定实施例中，存储器402是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器402包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。
处理器401通过读取并执行存储器402中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种逆变器的控制方法。
在一个示例中，控制器还可包括通信接口403和总线410。其中，如图9所示，处理器401、存储器402、通信接口403通过总线410连接并完成相互间的通信。
通信接口403，主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。
总线410包括硬件、软件或两者，将控制器的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-E4press(PCI-4)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线410可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。
该逆变器可以执行本发明实施例中的逆变器的控制方法，从而实现结合图3和图8描述的逆变器的控制方法和装置。
另外，结合上述实施例中的逆变器的控制方法，本发明实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种逆变器的控制方法。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种新能源电厂并网逆变器的控制方法，其特征在于，包括：
获取所述逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；其中，所述输入电压测量值为与所述逆变器连接的直流母线的母线电压测量值；
根据所述输入电压测量值，确定所述逆变器的有功电流给定值；
根据所述输出电压测量值和所述输出电流测量值，确定所述逆变器的无功电流给定值；
利用所述有功电流给定值和所述无功电流给定值，生成PWM信号，所述PWM信号用于控制所述逆变器的IGBT的工作状态，使得所述逆变器的输出电压接近预设的输出电压给定值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述输入电压测量值，确定所述逆变器的有功电流给定值，包括：
计算预设的输入电压给定值与所述输入电压测量值的第一电压差值；其中，所述输入电压给定值为所述直流母线的母线电压给定值；
利用第一比例系数和第一积分系数对所述第一电压差值进行反馈调节处理，得到所述逆变器的有功电流给定值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述输出电压测量值和所述输出电流测量值，确定所述逆变器的无功电流给定值，包括：
根据所述输出电压测量值和所述输出电流测量值，确定所述逆变器的输出电压反馈值；
计算所述输出电压给定值与所述输出电压反馈值的第二电压差值；
在所述输出电压测量值处于预设电压范围内的情况下，利用第二比例系数和第二积分系数对所述第二电压差值进行反馈调节处理，得到第一反馈调节输出值；
利用第一幅值范围对所述第一反馈调节输出值进行限幅处理，得到所述逆变器的无功电流给定值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算所述输出电压给定值与所述输出电压反馈值的第二电压差值之后，还包括：
在所述输出电压测量值超出所述预设电压范围的情况下，利用第二比例系数对所述第二电压差值进行反馈调节处理，得到第二反馈调节输出值；
利用第二幅值范围对所述第二反馈调节输出值进行限幅处理，得到所述逆变器的无功电流给定值。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述输出电压测量值和所述输出电流测量值，确定所述逆变器的输出电压反馈值，包括：
确定所述输出电压测量值中的正序分量幅值和所述输出电流测量值中的无功电流分量；
计算所述正序分量幅值与所述无功电流分量和预设调差系数的乘积之间的第三电压差值；
对所述第三电压差值进行低通滤波处理，得到所述输出电压反馈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逆变器为：
永磁直驱风力发电机组变流器的网侧变流器，或者，光伏逆变器。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述新能源电厂为集群式风力发电厂、分散式风力发电厂或者光伏发电厂。
8.一种新能源电厂并网逆变器的控制装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取所述逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；其中，所述输入电压测量值为与所述逆变器连接的直流母线的母线电压测量值；
第一处理模块，用于根据所述输入电压测量值，确定所述逆变器的有功电流给定值；
第二处理模块，用于根据所述输出电压测量值和所述输出电流测量值，确定所述逆变器的无功电流给定值；
信号生成模块，用于利用所述有功电流给定值和所述无功电流给定值，生成PWM信号，所述PWM信号用于控制所述逆变器的IGBT的工作状态，使得所述逆变器的输出电压接近预设的输出电压给定值。
9.一种新能源电厂并网逆变器，其特征在于，包括：
监测模块，用于测量所述逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；
控制器，所述控制器用于：
获取所述逆变器的输入电压测量值、输出电压测量值和输出电流测量值；其中，所述输入电压测量值为与所述逆变器连接的直流母线的母线电压测量值；
根据所述输入电压测量值，确定所述逆变器的有功电流给定值；
根据所述输出电压测量值和所述输出电流测量值，确定所述逆变器的无功电流给定值；
利用所述有功电流给定值和所述无功电流给定值，生成PWM信号，所述PWM信号用于控制所述逆变器的IGBT的工作状态，使得所述逆变器的输出电压接近预设的输出电压给定值。
10.根据权利要求9所述的逆变器，其特征在于，所述控制器还用于：
计算预设的输入电压给定值与所述输入电压测量值的第一电压差值；其中，所述输入电压给定值为所述直流母线的母线电压给定值；
利用第一比例系数和第一积分系数对所述第一电压差值进行反馈调节处理，得到所述逆变器的有功电流给定值。
11.根据权利要求9所述的逆变器，其特征在于，所述控制器还用于：
根据所述输出电压测量值和所述输出电流测量值，确定所述逆变器的输出电压反馈值；
计算所述输出电压给定值与所述输出电压反馈值的第二电压差值；
在所述输出电压测量值处于预设电压范围内的情况下，利用第二比例系数和第二积分系数对所述第二电压差值进行反馈调节处理，得到第一反馈调节输出值；
利用第一幅值范围对所述第一反馈调节输出值进行限幅处理，得到所述逆变器的无功电流给定值。
12.根据权利要求11所述的逆变器，其特征在于，所述控制器还用于：
在所述输出电压测量值超出所述预设电压范围的情况下，利用第二比例系数对所述第二电压差值进行反馈调节处理，得到第二反馈调节输出值；
利用第二幅值范围对所述第二反馈调节输出值进行限幅处理，得到所述逆变器的无功电流给定值。
13.根据权利要求11所述的逆变器，其特征在于，所述控制器还用于：
确定所述输出电压测量值中的正序分量幅值和所述输出电流测量值中的无功电流分量；
计算所述正序分量幅值与所述无功电流分量和预设调差系数的乘积之间的第三电压差值；
对所述第三电压差值进行低通滤波处理，得到所述输出电压反馈值。
14.根据权利要求9所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器为：
永磁直驱风力发电机组变流器的网侧变流器，或者，光伏逆变器。
15.根据权利要求9所述的逆变器，其特征在于，所述新能源电厂为集群式风力发电厂、分散式风力发电厂或者光伏发电厂。
16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述的新能源电厂并网逆变器的控制方法。
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