CN111431208B - 风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，包括：判断等效短路比是否大于或等于第一阈值，若小于，判断电网是否发生低频振荡或是否因频率波动造成风电机组的转速失稳，若是，以电流源模式运行，若否，以电压源模式运行；若大于或等于，判断当前控制模式是否为电流源模式，若为电流源模式，判断电网是否发生次同步振荡或高频振荡，若是，切换为电压源模式，若否，维持电流源模式；若不为电流源模式，判断等效短路比是否大于或等于第二阈值，若是，切换为电流源模式，若否，维持电压源模式。本申请公开的上述技术方案，通过在电流源模式或电压源模式之间进行选择来提高风电机组并网的稳定性，并降低建设成本。

Description

风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法

技术领域

本申请涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法。

背景技术

随着风电技术的发展，风电在整个电网中的渗透率越来越高。但是，随着风电渗透率的提高，电网的强度越来越弱，相应地，电网频率稳定和电压稳定问题也随之逐渐凸显。

目前，常从电网和风机两个方面着手来加强风电机组接入弱电网的频率和电压的稳定性。其中，从电网方面，可以通过增加辅助装置来增强电网强度，例如：安装调相机提高短路比，安装储能装置加强系统的频率调节能力及安装SVG(Static Var Generator，静止无功补偿器)装置等；从风机方面，可以通过调节锁相环以及机侧和网侧的内外环参数来进行实现。但是，安装辅助装置会导致建设成本比较高；而对于调节锁相环以及机侧和网侧的内外环参数这一实现方式而言，由于风电场并网点的等效短路比会随着电网开机运行方式和负荷水平的变化而变化，因此，该实现方式的自适应能力比较差，且无法适用在极端弱网情况下。

综上所述，如何提高风电机组并网的稳定性，并降低并网稳定性实现过程中的建设成本，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是提供一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，用于提高风电机组并网的稳定性，并降低并网稳定性实现过程中的建设成本。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，包括：

每隔预设时间间隔采集风电机组机端的运行参数，并利用所述运行参数得到电网的等效短路比；其中，所述运行参数包括有功功率、无功功率和电压幅值；

判断所述等效短路比是否大于或等于第一阈值，若所述等效短路比小于所述第一阈值，则判断所述电网是否发生低频振荡或是否因频率波动造成所述风电机组的转速失稳，若所述电网发生低频振荡或因频率波动造成所述风电机组的转速失稳，则控制所述风电机组以所述电流源模式为当前控制模式进行运行，若所述电网未发生低频振荡且未因频率波动造成所述风电机组的转速失稳，则控制所述风电机组以所述电压源模式为当前控制模式进行运行；

若所述等效短路比大于或等于所述第一阈值，则判断所述风电机组的当前控制模式是否为所述电流源模式；若为所述电流源模式，则判断所述电网是否发生次同步振荡或高频振荡，若所述电网发生次同步振荡或高频振荡，则将所述当前控制模式切换为所述电压源模式，若所述电网未发生次同步振荡和高频振荡，则控制所述当前控制模式维持所述电流源模式；

若不为所述电流源模式，则判断所述等效短路比是否大于或等于第二阈值；其中，所述第二阈值大于所述第一阈值；若所述等效短路比大于或等于所述第二阈值，则将所述当前控制模式切换为所述电流源模式，若所述等效短路比小于所述第二阈值，则控制所述当前控制模式维持所述电压源模式。

优选的，还包括：

分别计算所述电流源模式及所述电压源模式下变流器输出的转子侧电压d轴分量和q轴分量；

分别计算所述电流源模式下及所述电压源模式下的abc/dq坐标变换用的角度；

将转子侧电压d轴分量和q轴分量、所述abc/dq坐标变换用的角度作为SVPWM的输入量，以使所述SVPWM产生驱动信号，并利用所述驱动信号对转子侧变流器进行控制。

优选的，分别计算所述电流源模式及所述电压源模式下变流器输出的转子侧电压d轴分量和q轴分量，包括：

获取定子有功功率参考值及定子有功功率测量值，将所述定子有功功率参考值与所述定子有功功率参考值的差值输入到第一自适应比例积分控制器中，以得到所述电流源模式下的转子稳态电流参考值d轴分量；获取定子电压q轴分量，将0与所述定子电压q轴分量的差值输入到第二自适应比例积分控制器中，以得到所述电压源模式下的转子稳态电流参考值d轴分量；将所述转子稳态电流参考值d轴分量与转子电流d轴分量的差值输入到具有限幅功能的第一比例积分控制器中；将所述转子电流d轴分量与自适应虚拟电阻作用的结果及转子电流q轴分量与自适应虚拟电抗作用的结果做差，以得到做差结果；将所述第一比例积分控制器的输出结果、所述做差结果及转子电压解耦相的d轴分量做和，以得到第一做和结果；对所述第一做和结果进行限幅处理，以得到所述转子侧电压d轴分量；

获取定子无功功率参考值及定子无功功率测量值，将所述定子无功功率参考值与所述定子无功功率测量值的差值输入到第三自适应比例积分控制器中，以得到所述电流源模式下的转子稳态电流参考值q轴分量；获取定子电压参考值及定子电压d轴分量，将所述定子电压参考值与所述定子电压d轴分量的差值输入到第四自适应比例积分控制器中，以得到所述电压源模式下的转子稳态电流参考值q轴分量；将所述转子稳态电流参考值q轴分量与转子电流q轴分量的差值输入到具有限幅功能的第二比例积分控制器中；将所述转子电流q轴分量与自适应虚拟电阻作用的结果及所述转子电流d轴分量与自适应虚拟电抗作用的结果做和，以得到第二做和结果；将所述第二比例积分控制器的输出结果、所述第二做和结果及转子电压解耦相的q轴分量做和，以得到第三做和结果；对所述第三做和结果进行限幅处理，以得到所述转子侧电压q轴分量。

优选的，获取定子电压q轴分量、定子电压d轴分量、转子电流d轴分量、转子电流q轴分量，包括：

将0与定子正序电压q轴分量或定子电压正序分量幅值的差值输入到第五自适应比例积分控制器中，并将所述第五自适应比例积分控制器的输出结果与测量的电网频率做和，得到锁相环输出角速度，且经过第一自适应积分控制器之后得到所述电流源模式下的abc/dq坐标变换用的角度；

将所述定子有功功率参考值与定子有功功率测量值的差值与定子旋转磁场角速度及虚拟阻尼作用的结果做和，并将做和得到的结果输入到第六自适应比例积分控制器中，将所述第六自适应比例积分控制器的输出结果与电网电压额定频率对应的角速度做和，得到所述定子旋转磁场角速度，并将所述定子旋转磁场角速度输入到第二自适应积分控制器中，以得到所述电压源模式下的abc/dq坐标变换用的角度；

对所述abc/dq坐标变换用的角度、转子角度、转子电流abc分量、定子电压abc分量进行abc/dq坐标变换，以得到所述定子电压q轴分量、所述定子电压d轴分量、所述转子电流d轴分量、所述转子电流q轴分量。

优选的，获取定子有功功率参考值及定子无功功率参考值，包括：

将电网电压额定频率对应的角速度与测量的电网频率的差值分别输入到自适应微分控制器和第一自适应比例控制器中，并将所述自适应微分控制器的结果和所述第一自适应比例控制器的结果做和，以得到所述电流源模式下的控制结果；

将所述电网电压额定频率对应的角速度与电压源模式所控制的机端电压频率的差值输入到第二自适应比例控制器中，以得到所述电压源模式下的控制结果；

将所述控制结果与最大功率追踪模块的结果做和，以得到第四做和结果；

对所述第四做和结果进行限幅处理，以得到所述风电机组总有功的功率指令；

利用所述风电机组总有功的功率指令及转子角速度得到所述定子有功功率参考值；

将电网额定电压幅值与定子电压幅值实时反馈值的差值输入到第三自适应比例控制器中，以得到所述定子无功功率参考值。

优选的，还包括：

利用所述运行参数得到所述风电机组机端的等效电抗；

利用所述等效电抗、所述等效短路比、等效电阻中的任意一项对自适应控制器的系数进行调整。

优选的，当所述当前控制模式存在模式切换时，还包括：

将切换前所运行的控制模式中的控制器的输出幅值赋值给切换后所运行的控制模式中对应的控制器，以作为切换后所运行的控制模式中的控制器的初始值。

本申请提供了一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，包括：每隔预设时间间隔采集风电机组机端的运行参数，并利用运行参数得到电网的等效短路比；其中，运行参数包括有功功率、无功功率和电压幅值；判断等效短路比是否大于或等于第一阈值，若等效短路比小于第一阈值，则判断电网是否发生低频振荡或是否因频率波动造成风电机组的转速失稳，若电网发生低频振荡或因频率波动造成风电机组的转速失稳，则控制风电机组以电流源模式为当前控制模式进行运行，若电网未发生低频振荡且未因频率波动造成风电机组的转速失稳，则控制风电机组以电压源模式为当前控制模式进行运行；若等效短路比大于或等于第一阈值，则判断风电机组的当前控制模式是否为电流源模式；若为电流源模式，则判断电网是否发生次同步振荡或高频振荡，若电网发生次同步振荡或高频振荡，则将当前控制模式切换为电压源模式，若电网未发生次同步振荡和高频振荡，则控制当前控制模式维持电流源模式；若不为电流源模式，则判断等效短路比是否大于或等于第二阈值；其中，第二阈值大于第一阈值；若等效短路比大于或等于第二阈值，则将当前控制模式切换为电流源模式，若等效短路比小于第二阈值，则控制当前控制模式维持电压源模式。

本申请公开的上述技术方案，利用风电机组机端的运行参数得到电网的等效短路比，通过等效短路比来确定电网的强弱，并根据等效短路比、电网是否发生振荡、是否因频率波动造成风电机组的转速失稳来在电流源模式或电压源模式这两种控制模式之间进行选择，以让风电机组以所确定出的当前控制模式进行运行，从而使得风电机组可以更好地适应各种电网场景，以增强风电机组的抗干扰性和鲁棒性，提高风电机组并网的稳定性，即使得风电机组能够在各种电网强度下友好运行，而且由于上述过程并不需要新安装辅助装置，因此，可以降低风电机组并网稳定性实现过程中的建设成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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为本申请实施例提供的一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的转子侧变流器控制示意图；

图3为本申请实施例提供的计算变流器输出的转子侧电压d轴分量V_r′_d的计算流程图；

图4为本申请实施例提供的计算变流器输出的转子侧电压q轴分量V_r′_q的计算流程图；

图5为本申请实施例提供的自适应虚拟电抗X_V的计算流程图；

图6为本申请实施例提供的自适应虚拟电阻R_V的计算流程图；

图7为本申请实施例提供的定子电压参考值V_s ^ref的计算流程图；

图8为本申请实施例提供的定子电压dq轴分量、转子电流dq轴分量的计算流程图；

图9为本申请实施例提供的风电机组总有功的功率指令P_ref的计算流程图；

图10为本申请实施例提供的定子无功功率参考值Q_s ^ref的计算流程图；

图11为本申请实施例提供的控制模式切换时对应的参数给定示意图；

图12为本申请实施例提供的锁相环的计算流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参见图1，其示出了本申请实施例提供的一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法的流程图，本申请实施例提供的一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，可以包括：

S11：每隔预设时间间隔采集风电机组机端的运行参数，并利用运行参数得到电网的等效短路比；

其中，运行参数可以包括有功功率、无功功率和电压幅值。

在风电机组并网运行时，每隔预设时间间隔(预先根据实际需要而设定的时间间隔)采集风电机组机端的运行参数，其中，该运行参数包括但不限于风电机组机端的有功功率、无功功率和电压幅值。然后，根据相邻三组不同的运行参数得到电网的等效短路比(其可以刻画电网的强弱其中，电网越弱，等效短路比越小)，具体地，通过：

计算得到风电机组机端的等效电抗X_g和电网的等效短路比SCR，其中，P为有功功率，Q为无功功率，V为电压幅值，(P₁，Q₁，V₁)、(P₂，Q₂，V₂)和(P₃，Q₃，V₃)为相邻三组运行参数，U_nom为风电机组机端额定电压，P_nom为风电机组的额定有功功率。

S12：判断等效短路比是否大于或等于第一阈值；若否，则执行步骤S13，若是，则执行步骤S14。

其中，该第一阈值具体可以为2.5，当然，也可以根据电网以及风电机组的运行情况将第一阈值设置为其他值。

S13：判断电网是否发生低频振荡或是否因频率波动造成风电机组的转速失稳；若是，则执行步骤S15，若否，则执行步骤S16。

S15：控制风电机组以电流源模式为当前控制模式进行运行；

S16：控制风电机组以电压源模式为当前控制模式进行运行。

当等效短路比小于第一阈值时且电网发生低频振荡或存在因频率波动造成风电机组转速失稳时，则采用电流源模式(即是采用MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)控制的模式)；当等效短路比小于第一阈值且电网未发生低频振荡且未存在因频率波动造成风电机组转速失稳时，则采用电压源模式(即是采用虚拟同步控制的模式)，以抑制低频振荡，并尽量使风电机组的转速处于稳定状态，从而提高风电机组及电网运行的稳定性。

S14：判断风电机组的当前控制模式是否为电流源模式；若是，则执行步骤S17，若否，则执行步骤S18；

S17：判断电网是否发生次同步振荡或高频振荡；若是，则执行步骤S19，若否，则执行步骤S20；

S19：将当前控制模式切换为电压源模式；

S20：控制当前控制模式维持电流源模式；

S18：判断等效短路比是否大于或等于第二阈值；若是，则执行步骤S21，若否，则执行步骤S22。其中，第二阈值大于第一阈值。

S21：将当前控制模式切换为电流源模式；

S22：控制当前控制模式维持电压源模式。

当确定等效短路比大于或等于第一阈值时，则可以判断风电机组的当前控制模式是否为电流源模式，即判断风电机组此时是否是以电流源模式这一控制模式进行运行，若是电流源模式，则判断电网是否发生次同步振荡或高频振荡，若电网发生次同步振荡或高频振荡，则将当前控制模式由电流源模式切换为电压源模式，若电网未发生次同步振荡或高频振荡，则保持电流源模式这一控制模式不变，以抑制次同步振荡和高频振荡，从而提高风电机组及电网运行的稳定性；

若不是电流源模式(即风电机组此时以电压源模式这一控制模式运行)，则判断等效短路比是否大于或等于第二阈值(第二阈值大于第一阈值，具体可以将第二阈值设置为3)，若等效短路比大于或等于第二阈值，则表明此时电网的强度比较大，此时，可以将当前控制模式切换为MPPT模式，即可以将电压源模式切换为电流源模式，以使得风电机组以电流源模式这一控制模式进行运行；若等效短路比小于第二阈值，则表明此时电网的强度相对比较小，此时，可以控制当前控制模式维持电压源模式，即可以使风电机组继续以电压源模式这一控制模式进行运行。

也就是说，可以根据等效短路比及电网是否发生振荡或是否因频率波动造成风电机组的转速失稳等来对风电机组的当前所运行的控制模式进行选择和切换，以使得风电机组可以更好地适应各种电网场景，从而提高风电机组的自适应能力，以提高风电机组并网的稳定性，并实现风电机组并网特性的最优或者次优化。另外，由于无需通过额外增加辅助装置来增强电网的强度，因此，可以降低风电机组并网的成本，降低风电成本。

本申请公开的上述技术方案，利用风电机组机端的运行参数得到电网的等效短路比，通过等效短路比来确定电网的强弱，并根据等效短路比、电网是否发生振荡、是否因频率波动造成风电机组的转速失稳来在电流源模式或电压源模式这两种控制模式之间进行选择，以让风电机组以所确定出的当前控制模式进行运行，从而使得风电机组可以更好地适应各种电网场景，以增强风电机组的抗干扰性和鲁棒性，提高风电机组并网的稳定性，即使得风电机组能够在各种电网强度下友好运行，而且由于上述过程并不需要新安装辅助装置，因此，可以降低风电机组并网稳定性实现过程中的建设成本。

参见图2，示出了本申请实施例提供的转子侧变流器控制示意图。本申请实施例提供的一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，还可以包括：

分别计算电流源模式及电压源模式下变流器输出的转子侧电压d轴分量和q轴分量；

分别计算电流源模式下及电压源模式下的abc/dq坐标变换用的角度；

将转子侧电压d轴分量和q轴分量、abc/dq坐标变换用的角度作为SVPWM的输入量，以使SVPWM产生驱动信号，并利用驱动信号对转子侧变流器进行控制。

在确定出风电机组当前以何种控制模式进行运行之后，可以分别计算电流源模式及电压源模式下变流器输出的转子侧电压d轴分量V′_rd和q轴分量V′_rq，并分别计算电流源模式下及电压源模式下的abc/dq坐标变换用的角度θ_ref，然后，可以将转子侧电压d轴分量V′_rd和q轴分量V′_rq、abc/dq坐标变换用的角度θ_ref输入到SVPWM(Space Vector PulseWidth Modulation，空间矢量脉宽调制)中，以使SVPWM产生驱动信号S_abc，并利用驱动信号S_abc对转子侧变流器进行控制，从而提高风电机组并网的稳定性和自适应能力。

本申请实施例提供的一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，分别计算电流源模式及电压源模式下变流器输出的转子侧电压d轴分量和q轴分量，可以包括：

获取定子有功功率参考值及定子有功功率测量值，将定子有功功率参考值与定子有功功率参考值的差值输入到第一自适应比例积分控制器中，以得到电流源模式下的转子稳态电流参考值d轴分量；获取定子电压q轴分量，将0与定子电压q轴分量的差值输入到第二自适应比例积分控制器中，以得到电压源模式下的转子稳态电流参考值d轴分量；将转子稳态电流参考值d轴分量与转子电流d轴分量的差值输入到具有限幅功能的第一比例积分控制器中；将转子电流d轴分量与自适应虚拟电阻作用的结果及转子电流q轴分量与自适应虚拟电抗作用的结果做差，以得到做差结果；将第一比例积分控制器的输出结果、做差结果及转子电压解耦相的d轴分量做和，以得到第一做和结果；对第一做和结果进行限幅处理，以得到转子侧电压d轴分量；

获取定子无功功率参考值及定子无功功率测量值，将定子无功功率参考值与定子无功功率测量值的差值输入到第三自适应比例积分控制器中，以得到电流源模式下的转子稳态电流参考值q轴分量；获取定子电压参考值及定子电压d轴分量，将定子电压参考值与定子电压d轴分量的差值输入到第四自适应比例积分控制器中，以得到电压源模式下的转子稳态电流参考值q轴分量；将转子稳态电流参考值q轴分量与转子电流q轴分量的差值输入到具有限幅功能的第二比例积分控制器中；将转子电流q轴分量与自适应虚拟电阻作用的结果及转子电流d轴分量与自适应虚拟电抗作用的结果做和，以得到第二做和结果；将第二比例积分控制器的输出结果、第二做和结果及转子电压解耦相的q轴分量做和，以得到第三做和结果；对第三做和结果进行限幅处理，以得到转子侧电压q轴分量。

参见图3和图4，其中，图3示出了本申请实施例提供的计算变流器输出的转子侧电压d轴分量V′_rd的计算流程图，图4示出了本申请实施例提供的计算变流器输出的转子侧电压q轴分量V′_rq的计算流程图：

其中，在电流源模式或电压源模式选择中实线所指向的控制模式为电流源模式、虚线所指向的控制模式为电压源模式(后续图中的表示与此相同)，P_s ^ref为定子有功功率参考值，P_s为定子有功功率测量值，V_sq为定子电压q轴分量，

为转子稳态电流参考值d轴分量，i_rd为转子电流d轴分量，图4和图5中所示出的PI即为上述提及的比例积分控制器，

为转子电压解耦相的d轴分量，i_rq为转子电流q轴分量，

为定子无功功率参考值，Q_s为定子无功功率测量值，V_s ^ref为定子电压参考值，V_sd为定子电压d轴分量，

为转子稳态电流参考值q轴分量，V_q ^de为转子电压解耦相的q轴分量。

结合图3和图4可知：

其中，K_sp和K_si分别为电流源模式中自适应积分控制器的比例系数和积分系数，s为拉普拉斯变换算子，K_svp和K_svi分别为电压源模式中自适应比例积分控制器的比例系数和积分系数。

另外，自适应虚拟电抗和自适应虚拟电阻的获取过程为：

将定子电压参考值与定子电压d轴分量的差值输入到第四自适应比例控制器中，以得到电流源模式下的自适应虚拟电抗，将定子无功功率参考值与定子无功功率测量值的差值输入到第五自适应比例控制器中，以得到电压源模式下的自适应虚拟电抗；将0与定子电压q轴分量的差值输入到第六自适应比例控制器中，以得到电流源模式下的自适应虚拟电阻，将定子有功功率参考值与定子有功功率测量值差值输入到第七自适应比例控制器中，以得到电压源模式下的自适应虚拟电阻。

上述过程具体可以参见图5和图6，图5示出了本申请实施例提供的自适应虚拟电抗X_V的计算流程图，图6示出了本申请实施例提供的自适应虚拟电阻R_V的计算流程图，结合图5和图6可知，自适应虚拟电抗和自适应虚拟电阻的计算公式分别为：

其中，X_V为自适应虚拟电抗，R_V为自适应虚拟电阻，K₁为电压源模式中自适应比例控制器的比例系数，K₂为电流源模式中自适应比例控制器的比例系数，ΔP_s和ΔQ_s分别为定子有功功率偏差和定子无功功率偏差，ΔV_sd和ΔV_sq分别为定子电压d轴分量偏差和定子电压q轴分量偏差，即可以根据定子功率、定子电压参考值与测量值偏差量计算电流源模式和电压源模式这两种控制模式下的附加虚拟阻抗值，以加速暂态扰动量的衰减，加强系统的稳定性。

另外，定子电压参考值的获取过程为：

将定子无功功率参考值与定子无功功率测量值的差值输入到第九自适应比例控制器中，并将第八自适应比例控制器的输出量与电网额定电压幅值做和，以得到定子电压参考值，其具体过程可以参见图7，其示出了本申请实施例提供的定子电压参考值V_s ^ref的计算流程图，其中，V_base为电网额定电压幅值，具体地，可通过如下公式计算得到定子电压参考值V_s ^ref：

其中，K_Q为自适应比例控制器的比例系数，其是一个关于等效电抗X_g的自适应函数，具体地，K_Q＝f_adp(X_g)，其中，X_g越大，K_Q越大，即自适应控制器的系数可以进行自适应调节，从而增强风电机组并网的稳定性。

参见图8，其示出了本申请实施例提供的定子电压dq轴分量、转子电流dq轴分量的计算流程图。本申请实施例提供的一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，获取定子电压q轴分量、定子电压d轴分量、转子电流d轴分量、转子电流q轴分量，可以包括：

将0与定子正序电压q轴分量或定子电压正序分量幅值的差值输入到第五自适应比例积分控制器中，并将第五自适应比例积分控制器的输出结果与测量的电网频率做和，得到锁相环输出角速度，且经过第一自适应积分控制器之后得到电流源模式下的abc/dq坐标变换用的角度；

将定子有功功率参考值与定子有功功率测量值的差值与定子旋转磁场角速度及虚拟阻尼作用的结果做和，并将做和得到的结果输入到第六自适应比例积分控制器中，将第六自适应比例积分控制器的输出结果与电网电压额定频率对应的角速度做和，得到定子旋转磁场角速度，并将定子旋转磁场角速度输入到第二自适应积分控制器中，以得到电压源模式下的abc/dq坐标变换用的角度；

对abc/dq坐标变换用的角度、转子角度、转子电流abc分量、定子电压abc分量进行abc/dq坐标变换，以得到定子电压q轴分量、定子电压d轴分量、转子电流d轴分量、转子电流q轴分量。

在图8中，

和V_s ^p分别为定子正序电压q轴分量和定子电压正序分量幅值，ω_grid为测量的电网频率，ω_pll为锁相环输出角速度，θ_pll为锁相环输出角度，θ_ref为abc/dq坐标变换用的角度，ω_s为定子旋转磁场角速度，θ_s为定子旋转磁场角度，θ_r为转子角度，i_sabc和i_rabc分别为定子电流abc分量、转子电流abc分量，V_sabc为定子电压abc分量，i_sd和i_sq分别为定子电流d轴分量和q轴分量。

结合图8可知，在电压源模式下，可以通过如下公式计算定子旋转磁场角速度ω_s：

ω_s＝ω_base+∫((1/J_V)((P_s ^ref+K_prime(ω_base-ω_g)-P_s)+D_sω_s)

其中，ω_base为电网电压额定频率对应的角速度，K_prime为电压源模式中自适应比例控制器的比例系数，ω_g为测量的电网频率，D_s为电压源模式中虚拟阻尼，J_V为风电机组的虚拟惯量系数，其是一个关于等效电抗X_g的自适应函数，具体为J_V＝f_adp(X_g,Rate_w，ω_g)，即可以根据等效电抗X_g对风电机组的虚拟惯量系数进行自适应调节，以提高风电机组的自适应能力，其中，Rate_w为风机渗透率，在其他条件不变时，X_g越大，J_V越大；Rate_w越大，J_V越小；当ω_g往偏离ω_base的方向发展时，J_V越小；当ω_g往趋近ω_base的方向发展时，J_V越大。

另外，abc/dq坐标变换用的角度θ_ref可通过如下公式得出：

参见图9和图10，其中，图9示出了本申请实施例提供的风电机组总有功的功率指令P_ref的计算流程图，图10示出了本申请实施例提供的定子无功功率参考值

的计算流程图。本申请实施例提供的一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，获取定子有功功率参考值及定子无功功率参考值，可以包括：

将电网电压额定频率对应的角速度与测量的电网频率的差值分别输入到自适应微分控制器和第一自适应比例控制器中，并将自适应微分控制器的结果和第一自适应比例控制器的结果做和，以得到电流源模式下的控制结果；

将电网电压额定频率对应的角速度与电压源模式所控制的机端电压频率的差值输入到第二自适应比例控制器中，以得到电压源模式下的控制结果；

将控制结果与最大功率追踪模块的结果做和，以得到第四做和结果；

对第四做和结果进行限幅处理，以得到风电机组总有功的功率指令；

利用风电机组总有功的功率指令及转子角速度得到定子有功功率参考值；

将电网额定电压幅值与定子电压幅值实时反馈值的差值输入到第三自适应比例控制器中，以得到定子无功功率参考值。

其中，ω_ref为电压源模式所控制的机端电压频率，P_ref为风电机组总有功的功率指令，P_ref除以转子角速度则得到定子有功功率参考值P_s ^ref，V_s为定子电压幅值实时反馈值。

本申请实施例提供的一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，还可以包括：

利用运行参数得到风电机组机端的等效电抗；

利用等效电抗、等效短路比、等效电阻中的至少一项对自适应控制器的系数进行调整。

在采集得到风电机组机端的运行参数之后，可以利用：

得到等效电阻R_g，之后则可以利用等效电抗、等效短路比、等效电阻中的至少一项对自适应控制器(包括上述所提及的自适应微分控制器、自适应比例控制器、自适应积分控制器、自适应比例积分控制器)的系数进行调整，具体可以参见图11，其示出了本申请实施例提供的控制模式切换时对应的参数给定示意图，以提高风电机组的自适应能力。

其中，对于图8中的锁相环，可以根据等效阻抗以及制定的锁相环带宽实现电流源模式下锁相环比例积分系数参数的自适应调节，以加强风电机组跟踪电网角度的能力以及系统架构鲁棒性，具体地，可以参见图12，其示出了本申请实施例提供的锁相环的计算流程图，其中，

和

是等效短路比等于3，定子电压在额定值附近的锁相环所取的比例积分系数，

和

分别为实时计算出的锁相环在当前电网等效电抗X_g、等效短路比SCR和电压正序分量幅值的条件下的锁相环比例积分系数，其表达式具体为：

其中，锁相环的比例积分初始值

和

可以由以下公式来决定：

其中，

τ＝X_g/ω_base/R_g，

为锁相环带宽默认值，ω_BW为锁相环的带宽，该带宽取决于风电机组机端口的等效电抗，ω_BW曲线中的时间常数τ具体计算过程如上。

参见图11，本申请实施例提供的一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，当当前控制模式存在模式切换时，还可以包括：

将切换前所运行的控制模式中的控制器的输出幅值赋值给切换后所运行的控制模式中对应的控制器，以作为切换后所运行的控制模式中的控制器的初始值。

当对当前控制模式进行切换时，可以将切换前所运行的控制模式中的控制器的输出幅值赋值给切换后所运行的控制模式中对应的控制器，以作为切换后所运行的控制模式中的控制器的初始值，以图8为例，若需要从电流源模式切换为电压源模式时，则需要把当前电流源模式中自适应积分控制器输出的幅值作为初始值赋值给电压源模式中自适应积分控制器，以实现平滑切换，从而达到增强风电机组的抗干扰性和鲁棒性，进而加强各种并网条件下风电机组的并网稳定性。

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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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 (7)

1.一种风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，其特征在于，包括：

每隔预设时间间隔采集风电机组机端的运行参数，并利用所述运行参数得到电网的等效短路比；其中，所述运行参数包括有功功率、无功功率和电压幅值；

判断所述等效短路比是否大于或等于第一阈值，若所述等效短路比小于所述第一阈值，则判断所述电网是否发生低频振荡或是否因频率波动造成所述风电机组的转速失稳，若所述电网发生低频振荡或因频率波动造成所述风电机组的转速失稳，则控制所述风电机组以电流源模式为当前控制模式进行运行，若所述电网未发生低频振荡且未因频率波动造成所述风电机组的转速失稳，则控制所述风电机组以电压源模式为当前控制模式进行运行；

若所述等效短路比大于或等于所述第一阈值，则判断所述风电机组的当前控制模式是否为所述电流源模式；若为所述电流源模式，则判断所述电网是否发生次同步振荡或高频振荡，若所述电网发生次同步振荡或高频振荡，则将所述当前控制模式切换为所述电压源模式，若所述电网未发生次同步振荡和高频振荡，则控制所述当前控制模式维持所述电流源模式；

若不为所述电流源模式，则判断所述等效短路比是否大于或等于第二阈值；其中，所述第二阈值大于所述第一阈值；若所述等效短路比大于或等于所述第二阈值，则将所述当前控制模式切换为所述电流源模式，若所述等效短路比小于所述第二阈值，则控制所述当前控制模式维持所述电压源模式。

2.根据权利要求1所述的风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，其特征在于，还包括：

分别计算所述电流源模式及所述电压源模式下变流器输出的转子侧电压d轴分量和q轴分量；

分别计算所述电流源模式下及所述电压源模式下的abc/dq坐标变换用的角度；

将转子侧电压d轴分量和q轴分量、所述abc/dq坐标变换用的角度作为SVPWM的输入量，以使所述SVPWM产生驱动信号，并利用所述驱动信号对转子侧变流器进行控制。

3.根据权利要求2所述的风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，其特征在于，分别计算所述电流源模式及所述电压源模式下变流器输出的转子侧电压d轴分量和q轴分量，包括：

获取定子有功功率参考值及定子有功功率测量值，将所述定子有功功率参考值与所述定子有功功率测量值的差值输入到第一自适应比例积分控制器中，以得到所述电流源模式下的转子稳态电流参考值d轴分量；获取定子电压q轴分量，将0与所述定子电压q轴分量的差值输入到第二自适应比例积分控制器中，以得到所述电压源模式下的转子稳态电流参考值d轴分量；将所述转子稳态电流参考值d轴分量与转子电流d轴分量的差值输入到具有限幅功能的第一比例积分控制器中；将所述转子电流d轴分量经自适应虚拟电阻作用后的结果与转子电流q轴分量经自适应虚拟电抗作用后的结果作差，以得到作差结果；将所述第一比例积分控制器的输出结果、所述作差结果及转子电压解耦相的d轴分量作和，以得到第一作和结果；对所述第一作和结果进行限幅处理，以得到所述转子侧电压d轴分量；

获取定子无功功率参考值及定子无功功率测量值，将所述定子无功功率参考值与所述定子无功功率测量值的差值输入到第三自适应比例积分控制器中，以得到所述电流源模式下的转子稳态电流参考值q轴分量；获取定子电压参考值及定子电压d轴分量，将所述定子电压参考值与所述定子电压d轴分量的差值输入到第四自适应比例积分控制器中，以得到所述电压源模式下的转子稳态电流参考值q轴分量；将所述转子稳态电流参考值q轴分量与转子电流q轴分量的差值输入到具有限幅功能的第二比例积分控制器中；将所述转子电流q轴分量经自适应虚拟电阻作用后的结果与所述转子电流d轴分量经自适应虚拟电抗作用后的结果作和，以得到第二作和结果；将所述第二比例积分控制器的输出结果、所述第二作和结果及转子电压解耦相的q轴分量作和，以得到第三作和结果；对所述第三作和结果进行限幅处理，以得到所述转子侧电压q轴分量。

4.根据权利要求3所述的风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，其特征在于，获取定子电压q轴分量、定子电压d轴分量、转子电流d轴分量、转子电流q轴分量，包括：

将0与定子正序电压q轴分量或定子电压正序分量幅值的差值输入到第五自适应比例积分控制器中，并将所述第五自适应比例积分控制器的输出结果与测量的电网频率作和，得到锁相环输出角速度，且所述锁相环输出角速度经过第一自适应积分控制器之后得到所述电流源模式下的abc/dq坐标变换用的角度；

将所述定子有功功率参考值与定子有功功率测量值的差值，与定子旋转磁场角速度经虚拟阻尼作用后的结果作和，并将作和得到的结果输入到第六自适应比例积分控制器中，将所述第六自适应比例积分控制器的输出结果与电网电压额定频率对应的角速度作和，得到所述定子旋转磁场角速度，并将所述定子旋转磁场角速度输入到第二自适应积分控制器中，以得到所述电压源模式下的abc/dq坐标变换用的角度；

对所述abc/dq坐标变换用的角度、转子角度、转子电流abc分量、定子电压abc分量进行abc/dq坐标变换，以得到所述定子电压q轴分量、所述定子电压d轴分量、所述转子电流d轴分量、所述转子电流q轴分量。

5.根据权利要求4所述的风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，其特征在于，获取定子有功功率参考值及定子无功功率参考值，包括：

将电网电压额定频率对应的角速度与测量的电网频率的差值分别输入到自适应微分控制器和第一自适应比例控制器中，并将所述自适应微分控制器的结果和所述第一自适应比例控制器的结果作和，以得到所述电流源模式下的控制结果；

将所述电网电压额定频率对应的角速度与电压源模式所控制的机端电压频率的差值输入到第二自适应比例控制器中，以得到所述电压源模式下的控制结果；

将所述控制结果与最大功率追踪模块的结果作和，以得到第四作和结果；

对所述第四作和结果进行限幅处理，以得到所述风电机组总有功的功率指令；

利用所述风电机组总有功的功率指令及转子角速度得到所述定子有功功率参考值；

将电网额定电压幅值与定子电压幅值实时反馈值的差值输入到第三自适应比例控制器中，以得到所述定子无功功率参考值。

6.根据权利要求5所述的风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，其特征在于，还包括：

利用所述运行参数得到所述风电机组机端的等效电抗；

利用所述等效电抗、所述等效短路比、等效电阻中的任意一项对自适应控制器的系数进行调整。

7.根据权利要求3至6任一项所述的风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法，其特征在于，当所述当前控制模式存在模式切换时，还包括：

将切换前所运行的控制模式中的控制器的输出幅值赋值给切换后所运行的控制模式中对应的控制器，以作为切换后所运行的控制模式中的控制器的初始值。

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