CN111668875B - 一种全功率风电机组的启动控制环路及并网启动方法 - Google Patents

一种全功率风电机组的启动控制环路及并网启动方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111668875B
CN111668875B CN202010674565.3A CN202010674565A CN111668875B CN 111668875 B CN111668875 B CN 111668875B CN 202010674565 A CN202010674565 A CN 202010674565A CN 111668875 B CN111668875 B CN 111668875B
Authority
CN
China
Prior art keywords
side converter
grid
voltage
power
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010674565.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111668875A (zh
Inventor
桑顺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nantong University
Original Assignee
Nantong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nantong University filed Critical Nantong University
Priority to CN202010674565.3A priority Critical patent/CN111668875B/zh
Publication of CN111668875A publication Critical patent/CN111668875A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111668875B publication Critical patent/CN111668875B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/40—Synchronising a generator for connection to a network or to another generator
    • H02J3/44—Synchronising a generator for connection to a network or to another generator with means for ensuring correct phase sequence
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/34—Arrangements for starting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/15—Special adaptation of control arrangements for generators for wind-driven turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明提供一种全功率风电机组的启动控制环路及并网启动方法，主要包括全功率风电机组的启动控制环路、启动过程中网侧变流器的启动时序及机侧变流器的启动时序。在网侧变流器启动过程中：首先，采用二极管整流对直流电容预充电；然后，采用锁相环实现网侧变流器对电网的预同步；接下来，切换到惯性同步电压源控制模式；最后，启动无功功率控制。在机侧变流器启动过程中：首先，待网侧变流器启动完毕，开启机侧变流器触发脉冲，采用恒转速控制；然后，桨距角归零；接下来，切换到最优转速控制；最后，切换到最优功率控制。在整个风电机组的启动过程中，直流电压维持在额定值未发生失稳，风电机组顺利启动并达到额定运行状态。

Description

一种全功率风电机组的启动控制环路及并网启动方法
技术领域
本发明涉及全功率风电机组的控制环路，具体涉及一种全功率风电机组的启动控制环路及并网启动方法。
背景技术
中国发明专利CN201811124760.8公开了一种电压源控制的全功率风电机组，其并网系统结构如图1所示，其中机侧变流器采用基于转子磁链定向的矢量控制，网侧变流器采用“惯性同步”控制。在网侧变流器控制环路中，直流侧电压的标幺值
Figure GDA0003540343860000011
输入到积分控制器，该控制器的输出作为网侧变流器输出电压ug的相位θ用于脉冲宽度调制(PWM)。可以通过调节调制电压幅值
Figure GDA0003540343860000012
来控制网侧变流器输出的无功功率
Figure GDA0003540343860000013
PWM模块基于θ，
Figure GDA0003540343860000014
和
Figure GDA0003540343860000015
生成三相开关信号sabc。机侧变流器采用功率外环、电流内环的双环控制结构，根据风轮转速产生最优功率参考值
Figure GDA0003540343860000016
实现最优功率控制。
在图1所示的控制方式下，风电机组直流侧电压能够自主感知电网频率变化。惯量传递控制器通过检测直流电压的变化率，并将变化率乘以惯量传递系数KC，该结果乘以-1即为惯量传递控制器的输出值
Figure GDA0003540343860000017
Figure GDA0003540343860000018
加上最大功率控制器的输出值
Figure GDA0003540343860000019
作为有功功率参考值
Figure GDA00035403438600000110
图1中的惯量传递控制环路能够将风轮惯量传递到电网侧，实现风电机组对电网的惯量响应功能。但是中国发明专利CN201811124760.8中并未提供这种电压源控制的风电机组的并网启动方法，不利于这种电压源控制的风电机组的工程应用。因此，有必要研究这种电压源控制风电机组的并网启动方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种全功率风电机组的启动控制环路及并网启动方法，在整个风电机组的启动过程中，直流电压维持在额定值未发生失稳，风电机组顺利启动并达到额定运行状态。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种全功率风电机组的启动控制环路，包括网侧变流器启动控制环路和机侧变流器启动控制环路，其中，
网侧变流器启动控制环路中，直流侧电压标幺值
Figure GDA0003540343860000021
与额定直流侧电压标幺值
Figure GDA0003540343860000022
之差经过PI调节器进入选通开关S1的位置2，选通开关S1的位置1输入为0；锁相环观测并网点电压的相位θp与选通开关S1的输出之和作为选通开关S2位置1的输入，直流侧电压标幺值
Figure GDA0003540343860000023
经过一个增益为ωBg的积分器后作为选通开关S2位置2的输入；无功功率的参考标幺值
Figure GDA0003540343860000024
与无功功率反馈的标幺值
Figure GDA0003540343860000025
之差经过一个PI调节器作为选通开关S3位置2的输入，选通开关S3位置1的输入为零；选通开关S3的输出与调制电压设定的标幺值
Figure GDA0003540343860000026
之和作为网侧变流器调制电压幅值的标幺值
Figure GDA0003540343860000027
选通开关S2的输出θ与网侧变流器调制电压幅值的标幺值
Figure GDA0003540343860000028
进入SPWM调制环节生成网侧变流器的调制信号。
其中，机侧变流器启动控制环路中，初始桨距角β0为选通开关S4位置1的输入，选通开关S4位置2的输入为0，选通开关S4的输出经过一个变化率限制环节后作为风轮的桨距角；选通开关S5位置1的输入为转速初始的标幺值
Figure GDA0003540343860000029
选通开关S5位置2的输入为最优转速的参考标幺值
Figure GDA00035403438600000210
(
Figure GDA00035403438600000211
等于
Figure GDA00035403438600000212
)；选通开关S5的输出与风轮转速的反馈标幺值
Figure GDA00035403438600000213
经过一个PI调节器后作为选通开关S6的输入，选通开关S6位置2的输入为最优功率的参考标幺值
Figure GDA00035403438600000214
(
Figure GDA00035403438600000215
等于
Figure GDA00035403438600000216
)；选通开关S7位置1的输入为0，选通开关S7位置2的输入为直流侧电压标幺值
Figure GDA00035403438600000217
与-sKC/(Ts+1)的乘积；选通开关S7的输出与选通开关S6的输出之和，再减去机侧变流器输出功率的反馈值
Figure GDA00035403438600000218
经过一个PI调节器作为机侧变流器q轴电流的参考值，机侧变流器d轴电流的参考值为零。机侧变流器内环采用基于转子磁链定向的电流矢量控制方法。
本发明还提供一种全功率风电机组的并网启动方法，网侧变流器先于机侧变流器启动，网侧变流器的启动过程包括以下四个步骤：
步骤1：断路器BRK2断开，此时预充电电阻RC被投入主电路，其可以限制直流侧电容的预充电电流；断路器BRK1接通，此时全功率风电机组连接到公共电网，通过网侧变流器二极管的整流，可将直流电容充电至电网线电压幅值的电压等级，该电压低于直流侧电压的额定值；在直流侧电压达到稳态值后，断路器BRK2接通，将预充电电阻RC从主电路中切出；
步骤2：网侧变流器的触发脉冲sgabc被激活，由于网侧变流器输出电压的相位为PCC电压的相位，因此启动过程中网侧变流器的瞬态电流相对较小；接下来，为将直流侧电压保持在额定值，开关S1转到位置2，此时直流侧电压标幺值
Figure GDA0003540343860000031
与额定直流侧电压
Figure GDA0003540343860000032
(即1.0p.u.)之差被送到PI调节器，其输出被加到PLL的输出相位θp作为GSC的SPWM相位θs；
步骤3：在直流侧电压达到额定值(1.0p.u.)后，开关S2转到位置2，此时网侧变流器的“惯性同步”控制被投入到控制回路；需要注意的是，在开关S2切换时积分器输出相位θVSCtrl初始值应设为位置1的相位值θs。
步骤4：在电压源控制下直流侧电压达到稳态值后，开关S3转到位置2，此时无功功率控制被激活；无功功率调节器的输出被叠加到SPWM的电压幅值
Figure GDA0003540343860000033
上，可将网侧变流器输出无功功率
Figure GDA0003540343860000034
调节到参考值
Figure GDA0003540343860000035
其中，机侧变流器在网侧变流器启动完毕后再启动，机侧变流器的启动过程包括以下四个步骤：
步骤5：机侧变流器在较低风速下启动，启动时风轮的初始桨距角为β0(β0不为零)，在机侧变流器功率开关器件的触发脉冲开通之前，开关S4、S5、S6、S7处在位置1，当风轮转速
Figure GDA0003540343860000036
上升到切入风速
Figure GDA0003540343860000037
时，机侧变流器的触发脉冲smabc被激活，由于有功功率参考值为转速调节器的输出，风轮可被控制在转速参考值
Figure GDA0003540343860000038
步骤6：在t1时刻开关S4被拨到位置2，逐渐降低桨距角β，在t2时刻β被降低到0，在桨距角β降低到0的过程中，风轮转速保持为
Figure GDA0003540343860000039
不变，其捕获风功率增大；
步骤7：开关S5被拨到位置2，此时转速参考值由
Figure GDA00035403438600000310
变到最优转速参考值
Figure GDA00035403438600000311
对应控制模式由恒转速控制变为最优转速控制，风轮转速与捕获风功率上升到最优工作点；
步骤8：开关S6被拨到位置2，此时有功功率参考值由转速调节器输出变为最优功率参考值
Figure GDA00035403438600000312
对应控制模式由最优转速控制变为最优功率控制，当风机达到稳态工作点时，开关S7被拨到位置2，惯量传递控制被加入机侧变流器的控制环路。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明提供了一种全功率风电机组的启动控制环路及并网启动方法，在全功率风电机组启动过程中，网侧变流器先于机侧变流器启动，在网侧变流器启动过程中，首先采用二极管整流对直流电容预充电，然后采用锁相环实现网侧变流器对电网的预同步；接下来，切换到惯性同步电压源控制模式；最后启动无功功率控制。在机侧变流器启动过程中，首先待网侧变流器启动完毕，开启机侧变流器触发脉冲，采用恒转速控制，然后桨距角归零；接下来，切换到最优转速控制；最后切换到最优功率控制。在整个风电机组的启动过程中，直流电压维持在额定值未发生失稳，风电机组顺利启动并达到额定运行状态。
附图说明
图1为本发明背景技术中电压源控制的全功率风电机组系统结构；
图2为本发明的网侧变流器启动控制环路框图；
图3为本发明的机侧变流器启动控制环路框图；
图4为本发明的机侧变流器启动过程曲线图；
图5为本发明一仿真实施例的网侧变流器并网启动仿真波形图；
图6为本发明一仿真实施例的整机并网启动仿真波形图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供了一种全功率风电机组的启动控制环路，包括网侧变流器启动控制环路和机侧变流器启动控制环路。
如图2所示，网侧变流器启动控制环路中，直流侧电压标幺值
Figure GDA0003540343860000041
与额定直流侧电压标幺值
Figure GDA0003540343860000042
(即1.0p.u.)之差经过PI调节器进入选通开关S1的位置2，选通开关S1的位置1输入为0；锁相环观测并网点电压的相位θp与选通开关S1的输出之和作为选通开关S2位置1的输入，直流侧电压标幺值
Figure GDA0003540343860000043
经过一个增益为ωBg(ωBg值为314.16)的积分器后作为选通开关S2位置2的输入；无功功率的参考标幺值
Figure GDA0003540343860000044
与无功功率反馈的标幺值
Figure GDA0003540343860000045
之差经过一个PI调节器作为选通开关S3位置2的输入，选通开关S3位置1的输入为零；选通开关S3的输出与调制电压设定的标幺值
Figure GDA0003540343860000051
之和作为网侧变流器调制电压幅值的标幺值
Figure GDA0003540343860000052
选通开关S2的输出θ与网侧变流器调制电压幅值的标幺值
Figure GDA0003540343860000053
进入SPWM调制环节生成网侧变流器的调制信号。
如图3所示，机侧变流器启动控制环路中，初始桨距角β0为选通开关S4位置1的输入，选通开关S4位置2的输入为0，选通开关S4的输出经过一个变化率限制环节后作为风轮的桨距角；选通开关S5位置1的输入为转速初始的标幺值
Figure GDA0003540343860000054
选通开关S5位置2的输入为最优转速的参考标幺值
Figure GDA0003540343860000055
(
Figure GDA0003540343860000056
等于
Figure GDA0003540343860000057
)；选通开关S5的输出与风轮转速的反馈标幺值
Figure GDA0003540343860000058
经过一个PI调节器后作为选通开关S6的输入，选通开关S6位置2的输入为最优功率的参考标幺值
Figure GDA0003540343860000059
(
Figure GDA00035403438600000510
等于
Figure GDA00035403438600000511
)；选通开关S7位置1的输入为0，选通开关S7位置2的输入为直流侧电压标幺值
Figure GDA00035403438600000512
与-sKC/(Ts+1)的乘积；选通开关S7的输出与选通开关S6的输出之和，再减去机侧变流器输出功率的反馈值
Figure GDA00035403438600000513
经过一个PI调节器作为机侧变流器q轴电流的参考值，机侧变流器d轴电流的参考值为零。机侧变流器内环采用基于转子磁链定向的电流矢量控制方法。
本发明实施例还提供一种全功率风电机组的并网启动方法，网侧变流器先于机侧变流器启动，网侧变流器的启动过程包括以下四个步骤：
步骤1：断路器BRK2断开，此时预充电电阻RC被投入主电路，其可以限制直流侧电容的预充电电流；断路器BRK1接通，此时全功率风电机组连接到公共电网，通过网侧变流器二极管的整流，可将直流电容充电至电网线电压幅值的电压等级，该电压低于直流侧电压的额定值；在直流侧电压达到稳态值后，断路器BRK2接通，将预充电电阻RC从主电路中切出。
步骤2：网侧变流器的触发脉冲sgabc被激活，由于网侧变流器输出电压的相位为PCC电压的相位，因此启动过程中网侧变流器的瞬态电流相对较小；接下来，为将直流侧电压保持在额定值，开关S1转到位置2，此时直流侧电压标幺值
Figure GDA00035403438600000514
与额定直流侧电压
Figure GDA00035403438600000515
(即1.0p.u.)之差被送到PI调节器，其输出被加到PLL的输出相位θp作为GSC的SPWM相位θs。
步骤3：在直流侧电压达到额定值(1.0p.u.)后，开关S2转到位置2，此时网侧变流器的“惯性同步”控制被投入到控制回路；需要注意的是，在开关S2切换时积分器输出相位θVSCtrl初始值应设为位置1的相位值θs。
步骤4：在电压源控制下直流侧电压达到稳态值后，开关S3转到位置2，此时无功功率控制被激活；无功功率调节器的输出被叠加到SPWM的电压幅值
Figure GDA0003540343860000061
上，可将网侧变流器输出无功功率
Figure GDA0003540343860000062
调节到参考值
Figure GDA0003540343860000063
机侧变流器在网侧变流器启动完毕后再启动，机侧变流器的启动过程包括以下四个步骤：
步骤5：机侧变流器在较低风速下启动，启动时风轮的初始桨距角为β0(β0不为零)。在机侧变流器功率开关器件的触发脉冲开通之前，开关S4、S5、S6、S7处在位置1，当风轮转速
Figure GDA0003540343860000064
上升到切入风速
Figure GDA0003540343860000065
时，机侧变流器的触发脉冲smabc被激活，由于有功功率参考值为转速调节器的输出，风轮可被控制在转速参考值
Figure GDA0003540343860000066
步骤6：在t1时刻开关S4被拨到位置2，逐渐降低桨距角β，在t2时刻β被降低到0，在桨距角β降低到0的过程中，风轮转速保持为
Figure GDA0003540343860000067
不变，其捕获风功率增大。
步骤7：开关S5被拨到位置2，此时转速参考值由
Figure GDA0003540343860000068
变到最优转速参考值
Figure GDA0003540343860000069
对应控制模式由恒转速控制变为最优转速控制，风轮转速与捕获风功率上升到最优工作点。
步骤8：开关S6被拨到位置2，此时有功功率参考值由转速调节器输出变为最优功率参考值
Figure GDA00035403438600000610
对应控制模式由最优转速控制变为最优功率控制，当风机达到稳态工作点时，开关S7被拨到位置2，惯量传递控制被加入机侧变流器的控制环路。
在图4所示的机侧变流器启动过程曲线中，机侧变流器启动过程步骤5对应图4中的曲线A→B，步骤6对应图4中的曲线B→C，步骤7对应图4中的曲线C→D。
下面结合具体实施例进一步阐述本发明的技术方案。
在网侧变流器启动过程中，具体启动时序如下：
步骤1：参照图2，断路器BRK1在0.5s闭合，此时通过网侧变流器的二极管整流给直流侧电容充电。断路器BRK2在0.7s闭合，预充电电阻Rc从主电路中被切出。
步骤2：网侧变流器的触发信号sgabc在1s时被激活，然后图2中开关S1被切换到位置2，直流电压被调节到额定值。
步骤3：开关S2在2s时被切换到位置2，网侧变流器根据直流电压动态特性与电网同步。
步骤4：开关S3在3s时被切换到位置2，无功功率控制被激活，网侧变流器输出的无功功率
Figure GDA0003540343860000071
被调节器到参考值，即0p.u.。
图5所示为上述实施例网侧变流器的并网启动仿真波形图，在启动过程中，直流电压
Figure GDA0003540343860000072
平稳无畸变，网侧变流器的输出电流不超过额定值(1.0p.u.)。
在机侧变流器启动过程中，具体启动时序如下：
步骤5：风轮初始桨距角β0为22°，初始风速为6m/s。在网侧变流器完成并网启动后，机侧变流器的触发信号smabc在5s时被激活，风轮转速被控制在0.4p.u.。
步骤6：开关S4在10s时被切换到位置2，桨距角β逐渐减小，在25s时减小到0°，在这个过程中，机侧变流器输出功率
Figure GDA0003540343860000073
增大且风轮转速
Figure GDA0003540343860000074
维持在0.4p.u.。
步骤7：开关S5在30s时切换到位置2，风电机组由恒转速控制切换到最优转速控制，风轮转速
Figure GDA0003540343860000075
开始升高。
步骤8：开关S6在50s时切换到位置2，风电机组切换到最优功率控制模式。在60s至80s，风速由6m/s逐渐增大到11m/s，在此期间
Figure GDA0003540343860000076
Figure GDA0003540343860000077
均增大。最后，风电机组达到额定工作点，此时
Figure GDA0003540343860000078
为1p.u.，
Figure GDA0003540343860000079
为1p.u.。
图6所示为上述实施例的整机并网启动仿真波形图，在整个风电机组的启动过程中，直流电压维持在额定值未发生失稳，风电机组顺利启动并达到额定运行状态。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种全功率风电机组的启动控制环路，其特征在于，包括网侧变流器启动控制环路和机侧变流器启动控制环路，其中，
网侧变流器启动控制环路中，直流侧电压标幺值
Figure FDA0003548184750000011
与额定直流侧电压标幺值
Figure FDA0003548184750000012
之差经过PI调节器进入选通开关S1的位置2，选通开关S1的位置1输入为0；锁相环观测并网点电压的相位θp与选通开关S1的输出之和作为选通开关S2位置1的输入，直流侧电压标幺值
Figure FDA0003548184750000013
经过一个增益为ωBg的积分器后作为选通开关S2位置2的输入；无功功率的参考标幺值
Figure FDA0003548184750000014
与无功功率反馈的标幺值
Figure FDA0003548184750000015
之差经过一个PI调节器作为选通开关S3位置2的输入，选通开关S3位置1的输入为零；选通开关S3的输出与调制电压设定的标幺值
Figure FDA0003548184750000016
之和作为网侧变流器调制电压幅值的标幺值
Figure FDA0003548184750000017
选通开关S2的输出θ与网侧变流器调制电压幅值的标幺值
Figure FDA0003548184750000018
进入SPWM调制环节生成网侧变流器的调制信号；所述机侧变流器启动控制环路中，初始桨距角β0为选通开关S4位置1的输入，选通开关S4位置2的输入为0，选通开关S4的输出经过一个变化率限制环节后作为风轮的桨距角；选通开关S5位置1的输入为转速初始的标幺值
Figure FDA0003548184750000019
选通开关S5位置2的输入为最优转速的参考标幺值
Figure FDA00035481847500000110
选通开关S5的输出与风轮转速的反馈标幺值
Figure FDA00035481847500000111
经过一个PI调节器后作为选通开关S6位置1的输入，选通开关S6位置2的输入为最优功率的参考标幺值
Figure FDA00035481847500000112
选通开关S7位置1的输入为0，选通开关S7位置2的输入为直流侧电压标幺值
Figure FDA00035481847500000113
与-sKC/(Ts+1)的乘积；所述Kc为惯量传递系数，选通开关S7的输出与选通开关S6的输出之和，再减去机侧变流器输出功率的反馈值
Figure FDA00035481847500000114
经过一个PI调节器作为机侧变流器q轴电流的参考值，机侧变流器d轴电流的参考值为零。
2.一种全功率风电机组的并网启动方法，其特征在于，使用权利要求1所述的全功率风电机组的启动控制环路，启动前开关S1、S2、S3处在位置1,网侧变流器先于机侧变流器启动，网侧变流器的启动过程包括以下四个步骤：
步骤1：断路器BRK2断开，预充电电阻RC被投入主电路，限制直流侧电容的预充电电流；断路器BRK1接通，全功率风电机组连接到公共电网，通过网侧变流器二极管的整流，将直流电容充电至电网线电压幅值的电压等级，该电压低于直流侧电压的额定值；在直流侧电压达到稳态值后，断路器BRK2接通，将预充电电阻RC从主电路中切出；
步骤2：网侧变流器的触发脉冲sgabc被激活，由于网侧变流器输出电压的相位为PCC电压的相位，因此启动过程中网侧变流器的瞬态电流相对较小；接下来，为将直流侧电压保持在额定值，开关S1转到位置2，此时直流侧电压标幺值
Figure FDA0003548184750000021
与额定直流侧电压
Figure FDA0003548184750000022
之差被送到PI调节器，其输出被加到PLL的输出相位θp作为网侧变流器(GSC)的SPWM相位θs；
步骤3：在直流侧电压达到额定值后，开关S2转到位置2，此时网侧变流器的惯性同步控制被投入到控制回路；
步骤4：在电压源控制下直流侧电压达到稳态值后，开关S3转到位置2，此时无功功率控制被激活；无功功率调节器的输出被叠加到SPWM的电压幅值
Figure FDA0003548184750000023
上，将网侧变流器输出无功功率
Figure FDA0003548184750000024
调节到参考值
Figure FDA0003548184750000025
机侧变流器在网侧变流器启动完毕后再启动，机侧变流器的启动过程包括以下四个步骤：
步骤5：机侧变流器在较低风速下启动，启动时风轮的初始桨距角为β0，在机侧变流器功率开关器件的触发脉冲开通之前，开关S4、S5、S6、S7处在位置1，当风轮转速
Figure FDA0003548184750000026
上升到切入风速
Figure FDA0003548184750000027
时，机侧变流器的触发脉冲smabc被激活，由于有功功率参考值为转速调节器的输出，风轮可被控制在转速参考值
Figure FDA0003548184750000028
步骤6：在t1时刻开关S4被拨到位置2，逐渐降低桨距角β，在t2时刻β被降低到0，在桨距角β降低到0的过程中，风轮转速保持为
Figure FDA0003548184750000029
不变，其捕获风功率增大；
步骤7：开关S5被拨到位置2，此时转速参考值由
Figure FDA00035481847500000210
变到最优转速参考值
Figure FDA00035481847500000211
对应控制模式由恒转速控制变为最优转速控制，风轮转速与捕获风功率上升到最优工作点；
步骤8：开关S6被拨到位置2，此时有功功率参考值由转速调节器输出变为最优功率参考值
Figure FDA00035481847500000212
对应控制模式由最优转速控制变为最优功率控制，当风机达到稳态工作点时，开关S7被拨到位置2，惯量传递控制被加入机侧变流器的控制环路。
CN202010674565.3A 2020-07-14 2020-07-14 一种全功率风电机组的启动控制环路及并网启动方法 Active CN111668875B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010674565.3A CN111668875B (zh) 2020-07-14 2020-07-14 一种全功率风电机组的启动控制环路及并网启动方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010674565.3A CN111668875B (zh) 2020-07-14 2020-07-14 一种全功率风电机组的启动控制环路及并网启动方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111668875A CN111668875A (zh) 2020-09-15
CN111668875B true CN111668875B (zh) 2022-05-13

Family

ID=72391829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010674565.3A Active CN111668875B (zh) 2020-07-14 2020-07-14 一种全功率风电机组的启动控制环路及并网启动方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111668875B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112821460B (zh) * 2021-01-22 2023-04-07 上海交通大学 一种同步发电机支撑电网运行的自同步电压源风电机组
CN113300407B (zh) * 2021-06-11 2022-03-22 南通大学 一种lcl型并网变换器的电压源控制方法
CN114268131A (zh) * 2021-12-23 2022-04-01 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 基于双馈风机电磁暂态平均化模型的控制系统及其方法
CN114977270B (zh) * 2022-03-29 2023-03-24 上海交通大学 自同步电压源全功率变换风电机组控制系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102195463A (zh) * 2011-05-27 2011-09-21 阳光电源股份有限公司 全功率风力发电机组网侧变流器启动方法及系统
CN109217366A (zh) * 2018-09-26 2019-01-15 上海交通大学 全功率风电机组控制方法及系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105790298B (zh) * 2014-12-23 2019-03-12 台达电子工业股份有限公司 风力发电控制装置及风力发电系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102195463A (zh) * 2011-05-27 2011-09-21 阳光电源股份有限公司 全功率风力发电机组网侧变流器启动方法及系统
CN109217366A (zh) * 2018-09-26 2019-01-15 上海交通大学 全功率风电机组控制方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"具有自主电网同步与弱网稳定运行能力的双馈风电机组控制方法";张琛等;《中国电机工程学报》;20170120;第37卷(第2期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111668875A (zh) 2020-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111668875B (zh) 一种全功率风电机组的启动控制环路及并网启动方法
Pena et al. Control system for unbalanced operation of stand-alone doubly fed induction generators
JP3435474B2 (ja) 変速風車
CN113300407B (zh) 一种lcl型并网变换器的电压源控制方法
Abokhalil Grid connection control of DFIG for variable speed wind turbines under turbulent conditions
Errami et al. Maximum power point tracking of a wind power system based on the PMSG using sliding mode direct torque control
CN104506106A (zh) 一种双馈电机励磁控制及零速启动方法
Zhi et al. MPPT for wind power system with switched reluctance generator
Dai et al. A novel control system for current source converter based variable speed PM wind power generators
Barambones et al. Wind turbine output power maximization based on sliding mode control strategy
Franco et al. A deadbeat direct power control applied to doubly-fed induction aerogenerator under normal and sag voltages conditions
CN116742688A (zh) 电压源全功率风电机组的全风速段惯量响应控制系统
Rhaili et al. Vector control of five-phase Permanent Magnet Synchronous Generator based variable-speed wind turbine
Aldwaihi et al. Maximum power point tracker of a wind generator based on the flatness-based control
Hassan et al. Control of a wind driven DFIG connected to the grid based on field orientation
Amin et al. MPPT based efficiently controlled DFIG for wind energy conversion system
CN114421498A (zh) 基于能量路由器的中压风电系统波动功率平抑方法及系统
Mesemanolis et al. Maximum electrical energy production of a variable speed wind energy conversion system
CN113794211A (zh) 基于电压源型双馈风电机组有功振荡的抑制方法
Omar et al. Per unit modeling of wind energy conversion system based on PMSG
Mossa Field orientation control of a wind driven dfig connected to the grid
Zhao et al. Virtual synchronous grid interface of distributed wind turbines without PLL
Kwak et al. A hybrid converter system for high performance large induction motor drives
Guediri et al. Modeling and comparison of IP and fuzzy-pi regulators of speed control of DFIM for supply of power to the electrical network
Aguilar et al. Sensorless control of PMSG-based wind energy conversion systems using a FLL-based synchronization technique

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant