CN112821449A - 一种双馈风力发电系统及其变流器和功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双馈风力发电系统及其变流器和功率控制方法，该方法中，主要是根据双馈风力发电系统的净上网功率与其风机主控制器的给定功率，动态调节其变流器输出的有功电流，实现对双馈风力发电系统净上网功率和风机主控制器的给定功率的闭环跟踪控制，进而确保其净上网功率为主控制器下发的功率，减少机组自耗电波动而对造成净上网功率的影响，进而避免了对电网的影响，同时降低了系统成本。

Description

一种双馈风力发电系统及其变流器和功率控制方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种双馈风力发电系统及其变流器和功率控制方法。

背景技术

风力发电作为清洁、丰富、可再生的能源，日益受到各界广泛重视，特别是在近年得到了迅猛发展，而目前，双馈风力发电技术是应用最为广泛的风力发电技术之一。

风力发电系统机组的净上网功率一般是由变流器的发电功率和机组自耗电决定的，现有技术中，变流器根据风机主控制器下发的转矩和当前风机转速，计算出风机主控制器给定的发电功率，然后实现自身发电功率对该给定功率的闭环跟踪；但是，由于机组的自耗电一直在波动，导致其净上网功率一直在波动，进而对电网造成影响。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种双馈风力发电系统及其变流器和功率控制方法，确保双馈风力发电系统的净上网功率为风机主控制器给定的功率，进而减少自耗电波动对电网的影响。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明实施例第一方面提供了一种双馈风力发电系统的功率控制方法，应用于所述双馈风力发电系统中变流器内的控制器，所述功率控制方法包括：

确定所述双馈风力发电系统中风机主控制器的给定功率；

确定所述双馈风力发电系统净上网处的净上网功率；

动态调节所述变流器输出的有功电流，以实现所述净上网功率对所述给定功率的跟踪控制。

优选的，确定所述双馈风力发电系统净上网处的净上网功率，包括：

根据检测得到的所述净上网处的净上网电流以及并网电压，计算得到所述净上网功率。

优选的，动态调节所述变流器输出的有功电流，以实现所述净上网功率对所述给定功率的跟踪控制，包括：

判断所述净上网功率与所述给定功率之间的差值是否处于预设范围内；

若判断结果为是，则控制所述变流器输出的有功电流跟踪其当前值；

若判断结果为否，则调节所述变流器输出的有功电流，使所述差值处于所述预设范围内。

优选的，调节所述变流器输出的有功电流，使所述差值处于所述预设范围内，包括：

判断所述净上网功率是否大于所述给定功率；

若判断结果为是，则减少所述变流器的机侧有功电流；

若判断结果为否，则增加所述变流器的机侧有功电流。

优选的，所述跟踪控制为闭环跟踪控制。

优选的，确定所述双馈风力发电系统中风机主控制器的给定功率，包括：

根据所述风机主控制器下发的电机转矩，以及，检测得到的风机转速，计算得到所述给定功率。

本发明实施例第二方面提供了一种变流器，包括：主电路和控制器；

所述主电路的机侧连接双馈风力发电系统的风力发电机组，其网侧连接所述双馈风力发电系统的净上网处；

所述控制器接收所述净上网处电流互感器的检测数据，与双馈风力发电系统中风机主控制器通信连接，控制所述主电路运行，并用于执行如上述任一所述的双馈风力发电系统的功率控制方法。

优选的，所述主电路包括：机侧变流模块、网侧变流模块、直流电路、定子接触器、网侧接触器以及断路器；

所述机侧变流模块的交流侧与所述风力发电机组的转子绕组相连；

所述机侧变流模块的直流侧依次通过所述直流电路和所述网侧变流模块连接所述网侧接触器的一端；

所述定子接触器的一端连接所述风力发电机组的定子绕组；

所述定子接触器的另一端连接所述网侧接触器的另一端，连接点连接所述断路器的输入端；

所述断路器的输出端作为所述主电路的网侧。

优选的，所述断路器的输入端无相应电流互感器。

本发明实施例第三方面提供了一种双馈风力发电系统，包括：风机主控制器、风力发电机组及如上述任一项所述的变流器；

所述风力发电机组通过所述变流器连接所述双馈风力发电系统的净上网处；所述净上网处设置有电流互感器；

所述风机主控制器用于控制所述风力发电机组运行。

优选的，所述风机主控制器设置于所述风力发电机组内。

基于上述本发明实施例提供的双馈风力发电系统的功率控制方法，根据双馈风力发电系统的净上网功率与其风机主控制器的给定功率，动态调节其变流器输出的有功电流，实现对双馈风力发电系统净上网功率和风机主控制器的给定功率的闭环跟踪控制，进而确保其净上网功率为主控制器下发的功率，减少机组自耗电波动而对造成净上网功率的影响，进而避免了对电网的影响。

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为本发明实施例提供的一种双馈风力发电系统的功率控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种双馈风力发电系统的功率控制方法的另一种流程图；

图3为本发明实施例提供的一种双馈风力发电系统的功率控制方法的另一种流程图；

图4为本发明实施例提供的一种双馈风力发电系统的功率控制方法的另一种流程图；

图5为本发明另一实施例提供的一种变流器的结构示意图；

图6为本发明另一实施例提供的一种变流器具体的结构示意图；

图7为现有技术中双馈风力发电系统检测净上网功率的结构示意图；

图8为本发明另一实施例提供的一种变流器检测净上网功率的结构示意图；

图9为本发明另一实施例提供的一种双馈风力发电系统的功率控制方法的流程图。

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。

在本申请中，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。

本发明实施例提供的双馈风力发电系统的功率控制方法，能够确保双馈风力发电系统的净上网功率为风机主控制器给定的功率，减少其机组自耗电的波动，导致净上网功率一直处于波动状态，进而对电网造成影响。

值得说明的是，该功率控制方法应用于双馈风力发电系统中变流器内的控制器，其流程图可如图1所示，包括：

S101、确定双馈风力发电系统中风机主控制器的给定功率。

实际应用时，确定双馈风力发电系统中风机主控制器的给定功率的方法可以与现有技术一致，比如，双馈风力发电系统中变流器内的控制器，通过通信接收风机主控制器下发的电机转矩，然后结合自身检测到的当前风机转速，计算得到风机主控制器的给定功率。实际应用中，也可以采用其他方式确定该给定功率，此处不再一一赘述。

S102、确定双馈风力发电系统净上网处的净上网功率。

具体的，本发明实施例提供的双馈风力发电系统净上网处设置有电流互感器，通过该电流互感器即可实时监测净上网处的净上网电流，该电流互感器的检测数据可以通过风机主控制器转发至变流器内的控制器，但优选直接传送至变流器内的控制器；变流器内的控制器在获得该净上网电流之后，同时，该控制器还对并网点的并网电压，也即净上网处的并网电压进行检测，进而根据接收的净上网电流以及检测的并网电压，计算得到净上网处的净上网功率。

需要说明的是，图1仅是本发明实施例提供的双馈风力发电系统的功率控制方法的一个举例，其中步骤S101和步骤S102不分先后顺序，并且，可以如图1一样顺序执行，也可以如图2一样同时执行，其中，步骤S101和步骤S102均执行完毕之后，执行步骤S103。

S103、动态调节变流器输出的有功电流，以实现净上网功率对给定功率的跟踪控制。

通过上述步骤确定净上网功率和给定功率之后，通过对二者大小的判断和对比，进而确定如何调节变流器输出的有功电流，以实现净上网功率对给定功率的跟踪控制，且优选是净上网功率对给定功率的闭环跟踪控制；具体可参见图3，包括：

S201、判断净上网功率与给定功率之间的差值是否处于预设范围内。

优选的，净上网功率与给定功率之间的差值为零，即净上网功率的大小应该等于给定功率，这样能最大程度减小双馈风力发电系统中机组的自耗电对于电网的影响，但是，由于在运行过程中存在许多因素会对功率造成影响，且在确定净上网功率和给定功率时可能存在一定误差，因此，设置一个预设范围，只要判断二者的差值是否在这个预设范围内即可；其中，该预设范围可由技术人员根据实际应用场景进行设定，此处不做具体限定，均在本发明实施例的保护范围之内。

若判断结果为是，则执行步骤S202；反之，则执行步骤S203。

S202、控制变流器输出的有功电流跟踪其当前值。

若净上网功率与给定功率之间的差值处于预设范围内，说明该净上网功率在给定功率附近，此时，控制变流器输出的有功电流跟踪其当前值，以便下一步的判断和控制；需要说明的是，对于该有功电流当前值的跟踪可以是实时的，也可以按照预设的周期进行跟踪，例如，每隔一分钟对其进行检测，但不仅限于此。

S203、调节变流器输出的有功电流，使差值处于预设范围内。

当净上网功率与给定功率之间的差值不处于预设范围内时，二者的大小关系主要为两种，一种是净上网功率大于给定功率，另一种则是净上网功率小于给定功率，因此，进一步对其大小关系进行比对，进而确定如何调节有功电流，如图4所示，步骤S203具体包括：

S301、判断净上网功率是否大于给定功率。

若大于，执行步骤S302；若小于，则执行步骤S303。

S302、减少变流器的机侧有功电流。

S303、增加变流器的机侧有功电流。

当净上网功率大于给定功率时，减少变流器的机侧有功电流，进而减小净上网功率的值，同样的，净上网功率小于给定功率时，增加变流器的机侧有功电流，增大净上网功率的值，以确保净上网功率为风机主控制器的给定功率。

实际应用中，实现净上网功率对给定功率的跟踪控制的具体方式并不仅限于上述内容，比如也可以将两者之间的占比与某一预设值进行比较，另外，对于变流器机侧有功电流的调节步长和周期也不做具体限定，只要是通过调节变流器输出的有功电流来实现对于净上网功率的控制，均在本申请的保护范围内。

如图1-4所示，在执行步骤S103之后，返回执行步骤S101和步骤S102，以实现对净上网功率对给定功率的闭环跟踪控制。

值的说明的是，如图1或图2中所示的步骤S101至步骤S103，可以按照各自的执行周期分别执行，例如，执行完一次步骤S101，等待一个周期后，再次执行步骤S101，同理，步骤S102和步骤S103也可以按照各自的周期执行；三者的执行周期可以相同也可以不同。或者，如图1-4所示，各个步骤循环执行。

因此，本发明实施例提供的双馈风力发电系统的功率控制方法，通过计算双馈风力发电系统的净上网功率与其风机主控制器的给定功率，然后对净上网功率和给定功率进行判断，根据判断结果动态调节其变流器输出的有功电流，能够确保双馈风力发电系统的净上网功率为其风机主控制器下发的功率，即给定功率，进而减少机组自耗电波动造成净上网功率的波动。并且，本发明实施例提供的双馈风力发电系统的功率控制方法能够实现对双馈风力发电系统净上网功率和风机主控制器的给定功率的闭环跟踪控制，速度快，所以双馈风力发电系统的净上网功率更稳定，减少了双馈风力发电系统功率波动对电网的影响。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了该功率控制方法的一种较优的实施过程，具体如图9所示。

其具体过程为，双馈风力发电系统内变流器的控制器根据风机主控制器下发的电机转矩以及自身检测的当前风机转速，计算主控制器的给定功率；并根据净上网处的电流互感器检测到的净上网电流和自身检测到的并网电压，计算净上网功率。然后，判断净上网功率和给定功率是否在一定范围内，若是，则返回前述计算步骤，也即上述实施例中所述的制变流器输出的有功电流跟踪其当前值。若给定功率和净上网功率超过一定范围，则在净上网功率大于给定功率的情况下，减小变流器的机侧有功电流；而在净上网功率大于等于给定功率的情况下，增大变流器的机侧有功电流；然后返回前述计算步骤；进而实现双馈风力发电系统净上网功率和给定功率的闭环跟踪控制。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明实施例还提供了一种变流器，其结构示意图如图5所示，包括：主电路110和控制器120；其中：

主电路110的机侧连接双馈风力发电系统的风力发电机组，其网侧连接双馈风力发电系统的净上网处。

控制器120接收净上网处电流互感器CT1的检测数据，即净上网电流，与双馈风力发电系统中风机主控制器通信连接，控制主电路110运行，并用于执行如上述实施例提供的双馈风力发电系统的功率控制方法。

具体的，该主电路110的具体结构如图6所示，包括：机侧变流模块、网侧变流模块、直流电路、定子接触器K1、网侧接触器K2以及断路器Q1；其中，机侧变流模块的交流侧与风力发电机组的转子绕组相连；机侧变流模块的直流侧依次通过直流电路和网侧变流模块连接网侧接触器K2的一端；定子接触器K1的一端连接风力发电机组的定子绕组；定子接触器K1的另一端连接网侧接触器K2的另一端，连接点与断路器Q1的输入端相连；断路器Q1的输出端作为主电路101的网侧。

需要说明的是，现有技术中，双馈风力发电系统通常由其风机主控制器实现对净上网功率的检测，具体的，通过在其变流器内以及净上网处分别设置一个电流互感器(如图7中CT1、CT2所示)，如图7所示，进而由变流器内的电流互感器CT2对变流器自身的发电电流进行检测，以获得变流器自身的发电功率，实现自身发电功率对风机主控制器的给定功率的闭环跟踪。

而本发明实施例提供的变流器，相对于现有技术来说，该断路器Q1的输入端可以不设置电流互感器CT2，即省略现有技术中原有的电流互感器CT2，进而省去了一个电流互感器的成本。仅在其网侧的净上网处设置一个电流互感器CT1即可，其结构示意图如图5和图8所示，进而由变流器实现对净上网功率的直接检测和控制，从而保证双馈风力发电系统净上网功率的稳定，减少系统功率波动对电网的影响。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明实施例还提供了一种双馈风力发电系统，其结构示意图如图5或图6所示，包括：风机主控制器(未进行展示)、风力发电机组及如上述实施例提供的变流器；其中：

风力发电机组通过变流器连接双馈风力发电系统的净上网处；该净上网处设置有电流互感器CT1；并且，该净上网处的前级通过自耗电变压器连接本地负载，而其后级通过相应变换器并网。

风机主控制器用于控制风力发电机组运行。

风力发电机组包括：发电机及相应的风叶等(未进行图示)，该发电机的定子绕组和转子绕组分别与变流器的定子继电器和机侧相连。

实际应用时，该风机主控制器设置于风力发电机组内，能够实现对风力发电机组的控制。

可见，本发明实施例提供的双馈风力发电系统，仅在净上网处设置有电流互感器CT1，而其变流器网侧的断路器Q1输入端无相应的电流互感器，相对于现有技术，减少了一个电流互感器CT2，节省了系统成本。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，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 (11)

1.一种双馈风力发电系统的功率控制方法，其特征在于，应用于所述双馈风力发电系统中变流器内的控制器，所述功率控制方法包括：

确定所述双馈风力发电系统中风机主控制器的给定功率；

确定所述双馈风力发电系统净上网处的净上网功率；

动态调节所述变流器输出的有功电流，以实现所述净上网功率对所述给定功率的跟踪控制。

2.根据权利要求1所述的双馈风力发电系统的功率控制方法，其特征在于，确定所述双馈风力发电系统净上网处的净上网功率，包括：

根据检测得到的所述净上网处的净上网电流以及并网电压，计算得到所述净上网功率。

3.根据权利要求1所述的双馈风力发电系统的功率控制方法，其特征在于，动态调节所述变流器输出的有功电流，以实现所述净上网功率对所述给定功率的跟踪控制，包括：

判断所述净上网功率与所述给定功率之间的差值是否处于预设范围内；

若判断结果为是，则控制所述变流器输出的有功电流跟踪其当前值；

若判断结果为否，则调节所述变流器输出的有功电流，使所述差值处于所述预设范围内。

4.根据权利要求3所述的双馈风力发电系统的功率控制方法，其特征在于，调节所述变流器输出的有功电流，使所述差值处于所述预设范围内，包括：

判断所述净上网功率是否大于所述给定功率；

若判断结果为是，则减少所述变流器的机侧有功电流；

若判断结果为否，则增加所述变流器的机侧有功电流。

5.根据权利要求1-4任一项所述的双馈风力发电系统的功率控制方法，其特征在于，所述跟踪控制为闭环跟踪控制。

6.根据权利要求1-4任一项所述的双馈风力发电系统的功率控制方法，其特征在于，确定所述双馈风力发电系统中风机主控制器的给定功率，包括：

根据所述风机主控制器下发的电机转矩，以及，检测得到的风机转速，计算得到所述给定功率。

7.一种变流器，其特征在于，包括：主电路和控制器；

所述主电路的机侧连接双馈风力发电系统的风机系统风力发电机组，其网侧连接所述双馈风力发电系统的净上网处；

所述控制器接收所述净上网处电流互感器的检测数据，与双馈风力发电系统中风机主控制器通信连接，控制所述主电路运行，并用于执行如权利要求1-5任一所述的双馈风力发电系统的功率控制方法。

8.根据权利要求7所述的变流器，其特征在于，所述主电路包括：机侧变流模块、网侧变流模块、直流电路、定子接触器、网侧接触器以及断路器；

所述机侧变流模块的交流侧与所述风力发电机组的转子绕组相连；

所述机侧变流模块的直流侧依次通过所述直流电路和所述网侧变流模块连接所述网侧接触器的一端；

所述定子接触器的一端连接所述风力发电机组的定子绕组；

所述定子接触器的另一端连接所述网侧接触器的另一端，连接点连接所述断路器的输入端；

所述断路器的输出端作为所述主电路的网侧。

9.根据权利要求8所述的变流器，其特征在于，所述断路器的输入端无相应电流互感器。

10.一种双馈风力发电系统，其特征在于，包括：风机主控制器、风力发电机组及如权利要求7-9任一项所述的变流器；

所述风力发电机组通过所述变流器连接所述双馈风力发电系统的净上网处；所述净上网处设置有电流互感器；

所述风机主控制器用于控制所述风力发电机组运行。

11.根据权利要求10所述的双馈风力发电系统，其特征在于，所述风机主控制器设置于所述风力发电机组内。

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