CN112165098A - 一种基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制的方法及系统，其中方法包括：分析谐波对风电机组的主要影响因素，根据所述主要影响因素确定所述风电机组并网逆变器设置的虚拟电阻的电阻系数；将所述风电机组并网逆变器的电流信号进行高通滤波；将经过高通滤波后的电流信号中的倍频谐波分量通过乘以所述电阻系数进行叠加；将叠加后的倍频谐波分量输出至电压参考值中，实现对电流信号中倍频谐波分量的控制。

Description

一种基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制方法 及系统

技术领域

本发明涉及风电机组控制技术领域，更具体地，涉及一种基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制方法及系统。

背景技术

在电力系统中引进的大量非线性元件、时变元件或设备，会引起交流系统的波形畸变，这就是通常讲的产生电力谐波，这些引起波形畸变的元件或设备可称为谐波源。变压器是电力系统运行中不可或缺的元件，也是谐波产生源之一。合闸空载变压器会产生严重的励磁涌流，而励磁涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波)。暂态谐波会引发风电机组的过电压、过电流问题，严重时可能导致风力发电机大面积脱网运行。

因此，需要提出一种应对由合空变引起的暂态谐波冲击的风电机组控制方法及装置。

发明内容

本发明技术方案提供一种基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制方法及系统，以解决如何基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制的方法，所述方法包括：

分析谐波对风电机组的主要影响因素，根据所述主要影响因素确定所述风电机组并网逆变器设置的虚拟电阻的电阻系数；

将所述风电机组并网逆变器的电流信号进行高通滤波；

将经过高通滤波后的电流信号中的倍频谐波分量通过乘以所述电阻系数进行叠加；

将叠加后的倍频谐波分量输出至电压参考值中，实现对电流信号中倍频谐波分量的控制。

优选地，所述主要影响因素包括：过电压或过电流。

优选地，包括：

当所述主要影响因素为过电压时，所述电阻系数为负，对电压信号中倍频谐波进行控制；

当所述主要影响因素为过电流时，所述电阻系数为正，对电流信号中倍频谐波进行控制。

优选地，所述风电机组包括：直驱风电机组、双馈风电机组。

基于本发明的另一方面，本发明提供一种基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制系统，所述系统包括：

确定单元，用于通过分析谐波对风电机组的主要影响因素，根据所述主要影响因素确定所述风电机组并网逆变器设置的虚拟电阻的电阻系数；

执行单元，用于将所述风电机组并网逆变器的电流信号进行高通滤波；将经过高通滤波后的电流信号中的倍频谐波分量通过乘以所述电阻系数进行叠加；

控制单元，用于将叠加后的倍频谐波分量输出至电压参考值中，实现对电流信号中倍频谐波分量的控制。

优选地，所述主要影响因素包括：过电压或过电流。

优选地，所述执行单元还用于：

当所述主要影响因素为过电压时，所述电阻系数为负，对电压信号中倍频谐波进行控制；

当所述主要影响因素为过电流时，所述电阻系数为正，对电流信号中倍频谐波进行控制。

优选地，所述风电机组包括：直驱风电机组、双馈风电机组。

本发明技术方案提供一种基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制的方法及系统，其中方法包括：分析谐波对风电机组的主要影响因素，根据主要影响因素确定风电机组并网逆变器设置的虚拟电阻的电阻系数；将风电机组并网逆变器的电流信号进行高通滤波；将经过高通滤波后的电流信号中的倍频谐波分量通过乘以电阻系数进行叠加；将叠加后的倍频谐波分量输出至电压参考值中，实现对电流信号中倍频谐波分量的控制。本发明技术方案通过增加风机并网逆变器虚拟电阻控制环节，实现对风电机组采集的电流信号中的倍频谐波分量的控制。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的典型直驱风电机组的拓扑结构示意图；

图2为根据本发明优选实施方式的典型双馈风电机组的拓扑结构图；

图3为根据本发明优选实施方式的典型风机并网变流器的电路拓扑和控制原理示意图；

图4为根据本发明优选实施方式的基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制的方法流程图；

图5为根据本发明优选实施方式的风机并网逆变器增加虚拟电阻控制示意图；

图6为根据本发明优选实施方式的风机增加虚拟电阻控制前风机侧相关仿真波形图；

图7为根据本发明优选实施方式的风机增加虚拟电阻控制后风机侧相关仿真波形图；以及

图8为根据本发明优选实施方式的基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1、2所示分别为典型直驱/双馈风电机组的拓扑结构，由风力机、同步发电机、机侧变流器及其控制系统、网侧变流器及其控制系统、滤波电路组成，控制部分包含两个变流器的控制系统，以及其他辅助控制环节。

图3所示为典型风机并网变流器的电路拓扑和控制原理，其核心是dq双环控制环节，用于dq坐标下风机功率、电流的解耦控制；此外还包括电网电压的锁相同步环节、脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PMW)等控制环节。

图4为根据本发明优选实施方式的基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制的方法流程图。对于含新能源场站接入的电网，合闸空载变压器时产生的励磁涌流中含有数值很大的高次谐波分量，暂态谐波会引发直驱/双馈风电机组的过电压、过电流问题，严重时可能导致风机大面积脱网运行。为应对由合空变引起的暂态谐波冲击对风电机组的影响，本发明提出一种在风机并网逆变器增设虚拟电阻的控制方法。如图4所示，本发明提供一种基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制的方法，方法包括：

步骤401：分析谐波对风电机组的主要影响因素，根据主要影响因素确定风电机组并网逆变器设置的虚拟电阻的电阻系数。优选地，主要影响因素包括：过电压或过电流。优选地，风电机组包括：直驱风电机组、双馈风电机组。

本发明基于电网运行方式数据，以及风电机组的理论模型或仿真模型，依据4个步骤，最终实现一种风机并网逆变器虚拟电阻控制方法。

本发明首先分析谐波对风电机组的主要影响因素。通过分析谐波作用下的风机响应特性，确定谐波对风电机组的主要影响因素为过电流还是过电压，从而判断步骤103中的虚拟电阻取正还是负。

本发明在风机并网逆变器增加虚拟电阻控制，其原理如图5所示，即在变流器控制中增加一条反馈回路实现。在典型风电机组控制系统的基础上，本发明增加了高通滤波和虚拟电阻反馈回路控制环节。对从系统中采集的电流进行高通滤波，并将滤波后的电流中的倍频谐波分量乘以相应的正/负电阻系数，叠加至输出电压参考值中，可以加大对谐波分量的控制力度，对于谐波的抑制起到更好的效果。

步骤402：将风电机组并网逆变器的电流信号进行高通滤波。高通滤波的特征频率可以为5Hz，必要时对二次谐波进行带通滤波。

本发明对风机并网逆变器电流信号进行滤波。为了实现对特定谐波的抑制，将风机并网逆变器中采集的电流信号进行高通滤波，必要时可仅对特定频率如二次谐波进行带通滤波。

步骤403：将经过高通滤波后的电流信号中的倍频谐波分量通过乘以电阻系数进行叠加。优选地，包括：当主要影响因素为过电压时，电阻系数为负，对电压信号中倍频谐波进行控制；当主要影响因素为过电流时，电阻系数为正，对电流信号中倍频谐波进行控制。

本发明建立虚拟电阻反馈回路控制环节。本发明将滤波后的电流中的倍频谐波分量乘以相应的正/负电阻系数，叠加至输出电压参考值中，实现对电流中倍频谐波分量的控制。

步骤404：将叠加后的倍频谐波分量输出至电压参考值中，实现对电流信号中倍频谐波分量的控制。

本发明风机并网逆变器虚拟电阻控制环节的分析与应用，在直驱/双馈风电机组并网逆变器中增加虚拟电阻控制环节，考虑虚拟电阻系数K的不同取值，通过时域仿真分析空载变压器合闸后的风电机组端口过电压/过电流水平，与无措施时的仿真结果进行对比验证控制效果。

采用本发明提供的控制方法，计及了直驱/双馈风电机组的动态特性，用于抑制合闸空载变压器过程中对直驱/双馈风电机组产生的暂态谐波冲击，与现有方法相比，可一定程度上抑制风电机组变流器的过电压或过电流现象，采用正电阻控制有利于抑制过电流，而采用负电阻控制则有助于抑制过电压。本发明实施方式可进一步推广用于抑制外部谐波引起的风电机组功率波动。

本发明实施方式对于某含新能源场站接入的电网，可采取如下步骤实现风机并网逆变器虚拟电阻控制环节。

1)步骤1：分析谐波对风电机组的主要影响因素。

通过建立计及变压器饱和特性的系统电磁暂态模型，其中包括风电、动态无功补偿装置及交流电网的建模，考虑合闸相位及三相不同期度的随机性，对谐波作用下的风机响应特性进行时域仿真分析。随机合闸100次，统计风电机组端电压、端电流在合闸后的全局最大值，以及500ms左右的峰值，确定抑制装置主要面临的是过电流还是过电压问题，从而判断步骤3中的虚拟电阻值取正还是负。

2)步骤2：对风机并网逆变器电流信号进行滤波。

为了实现对特定谐波的抑制，需要将采集的电流信号进行滤波，采用的高通滤波的特征频率为5Hz，必要时可仅对特定频率如二次谐波进行带通滤波。

3)步骤3：建立虚拟电阻反馈回路控制环节。

将滤波后的电流中的倍频谐波分量乘以相应的正/负电阻系数，叠加至输出电压参考值中，实现对电流中倍频谐波分量的控制。若采用正电阻系数，则有利于抑制电流中的谐波分量；若采用负电阻系数，则有利于放大电流中的谐波分量，间接起到限制谐波过电压的作用。

4)步骤4：风机并网逆变器虚拟电阻控制环节的分析与应用。

在直驱/双馈风电机组并网逆变器中增加虚拟电阻控制环节，考虑虚拟电阻系数K的不同取值，通过时域仿真分析空载变压器合闸后的风电机组端口过电压/过电流水平，与无措施时的仿真结果进行对比验证控制效果。由图6、图7可见，采取该措施后，某变压器合闸500ms后的风电机组端口过电压、过电流水平都有了一定程度的降低。图6为风机增加虚拟电阻控制前风机侧相关仿真波形图。图7为风机增加虚拟电阻控制后风机侧相关仿真波形图。

本发明通过增加风机并网逆变器虚拟电阻控制环节，实现对风电机组采集的电流信号中的倍频谐波分量的控制。本发明通过分析谐波作用下的风机响应特性，获取谐波对风电机组的主要影响因素为过电流还是过电压，从而判断风机并网逆变器虚拟电阻取正或负。

图8为根据本发明优选实施方式的基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制的系统结构图。如图8所示，本发明提供一种基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制系统，系统包括：

确定单元801，用于通过分析谐波对风电机组的主要影响因素，根据主要影响因素确定风电机组并网逆变器设置的虚拟电阻的电阻系数。优选地，主要影响因素包括：过电压或过电流。优选地，风电机组包括：直驱风电机组、双馈风电机组。

执行单元802，用于将风电机组并网逆变器的电流信号进行高通滤波；将经过高通滤波后的电流信号中的倍频谐波分量通过乘以电阻系数进行叠加。优选地，执行单元还用于：当主要影响因素为过电压时，电阻系数为负，对电压信号中倍频谐波进行控制；当主要影响因素为过电流时，电阻系数为正，对电流信号中倍频谐波进行控制。高通滤波的特征频率可以为5Hz，必要时对二次谐波进行带通滤波。

控制单元803，用于将叠加后的倍频谐波分量输出至电压参考值中，实现对电流信号中倍频谐波分量的控制。

本发明优选实施方式的基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制的系统800与本发明优选实施方式的基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制的方法400相对应，在此不再进行赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (8)

1.一种基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制的方法，所述方法包括：

分析谐波对风电机组的主要影响因素，根据所述主要影响因素确定所述风电机组并网逆变器设置的虚拟电阻的电阻系数；

将所述风电机组并网逆变器的电流信号进行高通滤波；

将经过高通滤波后的电流信号中的倍频谐波分量通过乘以所述电阻系数进行叠加；

将叠加后的倍频谐波分量输出至电压参考值中，实现对电流信号中倍频谐波分量的控制。

2.根据权利要求1所述的方法，所述主要影响因素包括：过电压或过电流。

3.根据权利要求2所述的方法，包括：

当所述主要影响因素为过电压时，所述电阻系数为负，对电压信号中倍频谐波进行控制；

当所述主要影响因素为过电流时，所述电阻系数为正，对电流信号中倍频谐波进行控制。

4.根据权利要求1所述的方法，所述风电机组包括：直驱风电机组、双馈风电机组。

5.一种基于风机并网逆变器虚拟电阻对谐波分量进行控制系统，所述系统包括：

确定单元，用于通过分析谐波对风电机组的主要影响因素，根据所述主要影响因素确定所述风电机组并网逆变器设置的虚拟电阻的电阻系数；

执行单元，用于将所述风电机组并网逆变器的电流信号进行高通滤波；将经过高通滤波后的电流信号中的倍频谐波分量通过乘以所述电阻系数进行叠加；

控制单元，用于将叠加后的倍频谐波分量输出至电压参考值中，实现对电流信号中倍频谐波分量的控制。

6.根据权利要求5所述的系统，所述主要影响因素包括：过电压或过电流。

7.根据权利要求6所述的系统，所述执行单元还用于：

当所述主要影响因素为过电压时，所述电阻系数为负，对电压信号中倍频谐波进行控制；

当所述主要影响因素为过电流时，所述电阻系数为正，对电流信号中倍频谐波进行控制。

8.根据权利要求5所述的系统，所述风电机组包括：直驱风电机组、双馈风电机组。

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