CN113497455B - 对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

提出一种对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法及设备。所述方法包括获取并网点的实时电压和电流信号；获取风电场同一条集电线路上各风电机组的实时状态信息；基于获取的实时电压和电流信号以及实时状态信息，产生统一调控指令。其中，所述实时状态信息包括风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器三相桥臂的总数量、针对正在运行的风电机组变流器及其各三相桥臂动态分配的编号以及每台正在运行的风电机组的实时功率。其中，所述统一调控指令包括针对每台正在运行的风电机组变流器的调控指令，其中，所述调控指令包括针对变流器中的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值、载波比参考值以及调制波的特征量参考值。

Description

对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法及设备
技术领域
本发明总体说来涉及风电机组的调控领域，更具体地说，涉及一种对风电场中同一条集电线路上的风电机组的变流器进行统一调控的方法及设备。
背景技术
目前，在风电场现有的典型设计方案如图1所示，其中，存在如下基本特征：(1)对于风电场整场而言，场内的所有风电机组在其内部的拓扑结构上(实线框内的子系统)完全相同；(2)对于风电机组整机而言，全功率变流器(虚线框内的子系统)的内部拓扑结构完全相同，且全功率变流器的控制策略完全相同；(3)根据有关技术标准的技术要求和现有工程的设计惯例，每一条集电线路(例如，第1至第n条集电线路)的额定容量不可超过30MW。
基于此可知，风电场现有的典型设计方案存在如下缺陷：(1)所有变流器都采用了相同的调制策略，IGBT开关频率偏高，导致变流器损耗的增加；(2)每一台全功率变流器的电网侧都带有相同的LC型滤波电路，虽然在谐波抑制方面起到了非常积极的作用，但导致了风电场总成本的增加。
发明内容
本发明的示例性实施例旨在克服上述变流器损耗大且风电场总成本高的缺点。
根据本发明的示例性实施例，提供一种对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法，其特征在于，包括：获取并网点的实时电压和电流信号；获取风电场同一条集电线路上各风电机组的实时状态信息；基于获取的实时电压和电流信号以及实时状态信息，产生统一调控指令，其中，所述实时状态信息包括风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器及其三相桥臂的总数量、针对正在运行的风电机组变流器及其各三相桥臂动态分配的编号以及每台正在运行的风电机组的实时功率，其中，所述统一调控指令包括针对每台正在运行的风电机组变流器的调控指令，其中，所述调控指令包括针对变流器中的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值、载波比参考值以及调制波的特征量参考值。
可选地，产生统一调控指令的步骤可包括：基于所述实时电压和电流信号，计算并网点的电流谐波总含量；将计算出的电流谐波总含量与电流谐波总含量指标值进行比较；根据计算出的电流谐波总含量与电流谐波总含量指标值的差值以及每台正在运行的风电机组的实时功率，计算载波比参考值。
可选地，产生统一调控指令的步骤可包括：基于所述实时状态信息以及计算出的载波比参考值，计算针对每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值。
可选地，计算针对每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值的步骤可包括：
基于以下公式计算载波的移相角度参考值：
Figure GDA0003686503870000021
其中，θi为针对第i个三相桥臂的载波的移相角度参考值，m为风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器的总数量，n为所述集电线路上的一台变流器中的三相桥臂的数量，i为某一个正在运行的三相桥臂的编号，kj为针对第j台变流器的载波的载波比参考值，j为某一台正在运行的变流器的编号。
可选地，调制波的特征量可包括调制波的相位角和幅值，其中，产生统一调控指令的步骤可包括：基于所述实时电压和电流信号，计算并网点的电网相位角；基于计算出的电网相位角，确定调制波的相位角参考值；根据调制波的幅值指令值，确定调制波的幅值参考值。
可选地，产生统一调控指令的步骤可包括：基于所述实时电压和电流信号，计算并网点的特定次谐波含量；将计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值进行比较；当计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值的差值超出预定阈值时，基于计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值的差值计算特定次谐波反向电流注入量参考值；将计算出的特定次谐波反向电流注入量参考值包括在所述统一调控指令中。
可选地，对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法还可包括：将针对每台正在运行的风电机组变流器的调控指令分别发送到相应变流器的变流器控制器；各变流器控制器基于接收到的调控指令对相应变流器中的每个三相桥臂进行调控。
可选地，发送调控指令的步骤可包括：通过高速光纤通信网络来发送调控指令。
可选地，基于调控指令进行调控的步骤可包括：针对每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂执行以下操作：基于载波的移相角度参考值、载波比参考值和调制波的特征量参考值，确定各三相桥臂上IGBT调制所需的载波和调制波；基于确定的各三相桥臂上IGBT调制所需的载波和调制波，产生各三相桥臂上IGBT的触发脉冲序列；基于产生的各三相桥臂上IGBT的触发脉冲序列对各三相桥臂上IGBT进行调制。
可选地，基于调控指令进行调控的步骤可包括：当所述统一调控指令中包括特定次谐波反向电流注入量参考值时，由部分变流器基于特定次谐波反向电流注入量参考值向所述集电线路注入反向谐波电流。
可选地，所述部分变流器可为实时功率达到预定阈值的正在运行的风电机组中的变流器。
根据本发明的另一方面，提供一种对风电场中的风电机组的变流器进行调控的设备，其特征在于，包括：调控指令发生器，其中，调控指令发生器包括：信号获取模块，被配置为获取并网点的实时电压和电流信号；状态获取模块，被配置为获取风电场同一条集电线路上各风电机组的实时状态信息；调控指令产生模块，被配置为基于获取的实时电压和电流信号以及实时状态信息，产生统一调控指令，其中，所述实时状态信息包括风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器三相桥臂的总数量、针对正在运行的风电机组变流器及其各三相桥臂动态分配的编号以及每台正在运行的风电机组的实时功率，其中，所述统一调控指令包括针对每台正在运行的风电机组变流器的调控指令，其中，所述调控指令包括针对变流器中的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值、载波比参考值以及调制波的特征量参考值。
可选地，调控指令产生模块可被配置为：基于所述实时电压和电流信号，计算并网点的电流谐波总含量；将计算出的电流谐波总含量与电流谐波总含量指标值进行比较；根据计算出的电流谐波总含量与电流谐波总含量指标值的差值以及每台正在运行的风电机组的实时功率，计算载波比参考值。
可选地，调控指令产生模块可被配置为：基于所述实时状态信息以及计算出的载波比参考值，计算针对每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值。
可选地，调控指令产生模块可被配置为：基于以下公式计算载波的移相角度参考值：
Figure GDA0003686503870000041
其中，θi为针对第i个三相桥臂的载波的移相角度参考值，m为风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器的总数量，n为所述集电线路上的一台变流器中的三相桥臂的数量，i为某一个正在运行的三相桥臂的编号，kj为针对第j台变流器的载波的载波比参考值，j为某一台正在运行的变流器的编号。
可选地，调制波的特征量可包括调制波的相位角和幅值，其中，调控指令产生模块可被配置为：基于所述实时电压和电流信号，计算并网点的电网相位角；基于计算出的电网相位角，确定调制波的相位角参考值；根据调制波的幅值指令值，确定调制波的幅值参考值。
可选地，调控指令产生模块可被配置为：基于所述实时电压和电流信号，计算并网点的特定次谐波含量；将计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值进行比较；当计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值的差值超出预定阈值时，基于计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值的差值计算特定次谐波反向电流注入量参考值；将计算出的特定次谐波反向电流注入量参考值包括在所述统一调控指令中。
可选地，对风电场中的风电机组的变流器进行调控的设备还可包括：多个变流器控制器，其中，每个变流器控制器与风电场同一条集电线路上的每台风电机组的每台变流器一一对应，其中，调控指令发生器还包括发送器，被配置为将针对每台正在运行的风电机组变流器的调控指令分别发送到相应变流器的变流器控制器，其中，各变流器控制器基于接收到的调控指令对相应变流器中的每个三相桥臂进行调控。
可选地，调控指令发生器中的发送器可被配置为：通过高速光纤通信网络来发送调控指令。
可选地，所述多个变流器控制器中的每一个可被配置为：针对相应变流器的各三相桥臂执行以下操作：基于载波的移相角度参考值、载波比参考值和调制波的特征量参考值，确定各三相桥臂上IGBT调制所需的载波和调制波；基于确定的各三相桥臂上IGBT调制所需的载波和调制波，产生各三相桥臂上IGBT的触发脉冲序列；基于产生的各三相桥臂上IGBT的触发脉冲序列对各三相桥臂上IGBT进行调制。
可选地，所述多个变流器控制器可被配置为：当所述统一调控指令中包括特定次谐波反向电流注入量参考值时，控制部分变流器基于特定次谐波反向电流注入量参考值向所述集电线路注入反向谐波电流。
可选地，所述部分变流器为实时功率达到预定阈值的正在运行的风电机组中的变流器。
可选地，调控指令发生器被集成在最靠近并网点的变流器控制器上。
根据本发明的另一方面，提供一种包括至少一个计算装置和至少一个存储指令的存储装置的系统，其特征在于，所述指令在被所述至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行产生统一调控指令的步骤。
根据本发明的另一方面，提供一种存储指令的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述指令被至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行产生统一调控指令的步骤。
根据本发明的对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法和设备，通过统筹考虑同一条集电线路上的所有变流器的所有三相桥臂，通过移相载波技术，动态给出各个三相桥臂调制所需的基准载波移相角度，大大减少该集电线路上的总合成电流的谐波含量，从而可减少各个变流器电网侧LC滤波器的尺寸、重量和成本，甚至在一定条件下可取消变流器电网侧LC滤波器。
此外，根据本发明的对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法和设备，通过统筹考虑同一条集电线路上的所有变流器的所有三相桥臂，通过移相载波技术，动态给出各个三相桥臂调制所需的开关频率基准值和PCC点相位角参考值，依此降低各个三相桥臂IGBT的开关频率、提高变流器效率，并消除各个变流器锁相环的动态误差，改善风电机组的并网性能。
附图说明
通过结合附图，从实施例的下面描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：
图1示出风电场现有的典型设计方案的示意图。
图2示出风电场现有的典型设计方案中的风电机组的结构示意图；
图3示出风电机组中的全功率变流器的结构示意图；
图4示出双并联型变流器的结构示意图；
图5示出根据本发明的示例性实施例的对风电场中的风电机组的变流器进行调控的示意图；
图6示出根据本发明的示例性实施例的调制指令发生器的框图；
图7是示出根据本发明的示例性实施例的对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法的流程图。
具体实施方式
提供参照附图的以下描述以帮助对由权利要求及其等同物限定的本发明的实施例的全面理解。包括各种特定细节以帮助理解，但这些细节仅被视为是示例性的。因此，本领域的普通技术人员将认识到在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可对描述于此的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简洁，省略对公知的功能和结构的描述。
图2示出风电场现有的典型设计方案中的风电机组的结构示意图。
如图2所示，风电机组可包括叶片210、永磁同步发电机220、全功率变流器230、全功率变流器电网侧电力电缆240、升压单元变压器250。
具体地说，叶片210在风速的驱动下带着永磁同步发电机220低速旋转实现风能向电能的转换。永磁同步发电机220所输出电能的频率和电压幅值随风速的变化而变化，因此需要借助全功率变流器230来获得电网可接受且幅值和频率恒定的电能。全功率变流器230包括全功率变流器逆变单元231和全功率变流器滤波单元232。风电机组电网侧电气特性完全由全功率变流器逆变单元231及其控制器来实现，全功率变流器逆变单元231所输出电能借助全功率变流器滤波单元232来实现电网侧谐波的抑制效果。最后，通过全功率变流器电网侧电力电缆240和升压单元变压器250来把风电机组单机所输出的电力并到风电场内部电网中。
图3示出风电机组中的全功率变流器的结构示意图。
如图3所示，由于全功率变流器(下面简称为变流器)直流侧电容具有隔离作用，风电机组的电网侧并网特性主要与全功率变流器的电网侧逆变器及其控制有关。如图3中的虚线框所示，逆变器可包括3个三相逆变桥(下面简称为三相桥)，分别为a相三相桥、b相三相桥、c相三相桥。对于该逆变器，对于每一相拓扑方案而言，理论上可以使用无限层“多重化”设计方案。例如，对于a相上桥臂而言，可以有a11至a1n的多个并联型功率模块。但在一般性工程案例中，使用“二重”设计方案最多，即：对于a相而言，只有上桥臂a11、a12和下桥臂a21、a22(b相、c相可以以此类推)，而且两个桥臂载波信号互相错开180度。这种设计方案的优点在于：可有效值降低电网侧谐波含量。
此外，变流器可并联运行，并联次数根据需求功率的大小可以无限次增加。因此，为了增加变流器的功率等级，上述a相三相桥、b相三相桥、c相三相桥也可以使用并联型多重化结构。图4示出双并联型变流器的结构示意图。如图4所示，双并联型变流器可包括6个三相桥。因此，三并联变流器可包括9个三相桥，四并联变流器可包括12个三相桥，以此类推。
根据上述介绍可知，如果一条集电线路上共有m台变流器，一台变流器包括n个三相桥臂，则在这一条集电线路上共有m×n个三相桥臂。根据传统的对三相桥臂的调控方法，对这一条集电线路上的m×n个三相桥臂的调制策略完全一致。然而，这样的调控方法会使各三相桥臂的IGBT开关频率偏高，导致变流器损耗增加。此外，这种调控方法需要在每一台变流器的电网侧都设置LC型滤波电路以抑制谐波，这导致风电场总成本的增加。
为了解决上述问题，本申请提出一种基于载波移相技术对风电场同一条集电线路上的风电机组的变流器进行统一调控的方法。从技术可行性角度考虑，为了降低各三相桥臂IGBT开关频率并且降低变流器所输出的谐波含量，可对同一条集电线路上的多台变流器的多个三相桥使用互为移相的载波信号，使同一条集电线路上的多台变流器的各个三相桥臂所输出的电流脉动也发生一定的相移，并在集电线路上合成时使各个三相桥臂所输出的电流脉动互相抵消，从而大大减少集电线路上的总合成电流的谐波含量。为此，需要分别计算每个正在运行的三相桥臂IGBT调制所需要的载波信号的移相角度。此外，各三相桥臂IGBT开关频率大小或三相逆变桥的调制深度取决于载波信号的载波比和调制波信号的特征量(包括相位角和幅值)。这两个参数的参考值取决于集电线路PCC点的谐波治理指标和电网相位指标。在确定的谐波治理指标和电网相位指标的情况下，可根据集电线路PCC点的实时电流和电压信号以及集电线路上正在运行的风电机组变流器及其各三相桥臂的动态信息，计算出每个正在运行的三相桥臂IGBT调制所需要的载波信号的移相角度、载波比和调制波特征量等。因此，本申请的总体思路在于通过收集同一条集电线路的并网点(PCC点)处的实时电流和电压信号，对该条集电线路的PCC点的谐波含量进行动态分析，结合该条集电线路上的正在运行的风电机组的动态数量，动态地确定对各个正在运行的三相桥臂调制所需的调控指令，调控指令包括对各个正在运行的三相桥臂调制所需的基准载波的移相角参考值、载波比参考值和调制波的特征量参考值等。
下面将参照图5至图7详细描述根据本发明的示例性实施例的对风电场中的风电机组的变流器进行调控的设备和方法。
图5示出根据本发明的示例性实施例的对风电场中的风电机组的变流器进行调控的示意图。
如图5所示，根据本发明的示例性实施例的对风电场中的风电机组的变流器进行调控的设备可包括调控指令发生器(例如，510)，用于产生对同一条集电线路上的所有正在运行的三相桥臂进行调制所需要的调控指令，并将针对每个正在运行的三相桥臂进行调制所需要的调控指令分别发送到各个变流器控制器。此外，根据本发明的示例性实施例的对风电场中的风电机组的变流器进行调控的设备还可包括多个变流器控制器(例如，511至51m)。也就是说，风电场集电线路上的风电机组的每台变流器都配备一个变流器控制器，当一个变流器控制器接收到由调控指令发生器发送的针对与该变流器控制器相应的变流器的各三相桥臂进行调制所需要的调控指令，该变流器控制器可基于接收到的调控指令，对相应变流器的各三相桥臂进行调制。例如，可针对变流器1配备变流器控制器511，变流器控制器511可接收统一调控指令中的针对变流器1的调控指令，并基于针对变流器1的调控指令对变流器1中的各三相桥臂进行调制。可针对变流器2配备变流器控制器512，变流器控制器512可接收统一调控指令中的针对变流器2的调控指令，并基于针对变流器2的调控指令对变流器2中的各三相桥臂进行调制。以此类推。
根据本发明的示例性实施例，调控指令发生器可集成在相应集电线路上离PCC点最近的变流器控制器上或变流器柜内，以便于动态地收集相应集电线路PCC点的实时电流和电压信号，并动态地收集相应集电线路上的所有正在运行的风电机组的实时状态信息(例如，正在运行的风电机组变流器三相桥臂的总数量等)。当然，本发明不限于此，调制指令发生器可被设置在任何可行的位置。例如，调制指令发生器也可被设置为一个单独的控制器单元。
如图5所示，可在第1条集电线路上的最后一个(即，距离PCC点最近的)变流器控制器(例如，51m)上集成一个调控指令发生器510。同理，可分别在第2条至第n集电线路上的最后一个变流器控制器上集成一个调控指令发生器(未示出)。下面，以第1条集电线路上的调控指令发生器510为例进行描述。
图6示出根据本发明的示例性实施例的调制指令发生器510的框图。
如图6所示，调制指令发生器510可包括信号获取模块601、状态获取模块602和调制指令产生模块603。
信号获取模块601可获取并网点(PCC点)的实时电压和电流信号。
状态获取模块602可获取风电场同一条集电线路上各风电机组的实时状态信息。
根据本发明的地性实施例，实时状态信息可包括风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器三相桥臂的总数量、针对正在运行的风电机组变流器及其各三相桥臂动态分配的编号以及每台正在运行的风电机组的实时功率。这里，可通过获得风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器的总数量m和所述集电线路上一台变流器中的三相桥臂的数量n来获得风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器三相桥臂的总数量n×m。
调控指令产生模块603可基于获取的实时电压和电流信号以及实时状态信息，产生统一调控指令。这里，统一调控指令包括针对每台正在运行的风电机组变流器的调控指令，调控指令包括针对变流器中的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值、载波比参考值以及调制波的特征量参考值。例如，统一调控指令可包括多条调控指令，每条调控指令可与相应的变流器对应，包括针对相应的变流器中的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值、载波比参考值以及调制波的特征量参考值，以用于控制相应的变流器中的各三相桥臂。
下面将具体描述根据本发明的示例性实施例的由调控指令产生模块603产生统一调控指令的方法。
由于谐波控制是个闭环控制，即，通过集电线路PCC点的电流谐波数据与谐波治理指标的差值来控制各三相桥臂载波信号的载波比和移相角度，以达到谐波治理的目的。对于同一台变流器的各三相桥臂而言，载波信号的载波比参考值可相同，而对于同一台变流器的各三相桥臂而言，载波信号的移相角度参考值可不同。
根据本发明的示例性实施例，调控指令产生模块603可基于由信号获取模块601获取的PCC点的实时电压和电流信号，计算PCC点的电流谐波总含量，将计算出的电流谐波总含量与电流谐波总含量指标值进行比较，根据计算出的电流谐波总含量与电流谐波总含量指标值的差值以及由状态获取模块602获取的每台正在运行的风电机组的实时功率，计算载波信号的载波比参考值。这里，电流谐波总含量指标值可根据确定的谐波指标被预先设置，或者可根据用户需求被预先设置，或者可以是默认值。另外，可采用开环爬坡逼近方式来计算载波信号的载波比参考值，当然，本发明不限于此。
根据本发明的示例性实施例，调控指令产生模块603可基于由状态获取模块602获取的实时状态信息以及计算出的载波比参考值，计算针对每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值。
根据本发明的示例性实施例，调控指令产生模块603可基于下面的公式1来计算针对每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值。
[公式1]
Figure GDA0003686503870000101
其中，θi为针对第i个三相桥臂的载波的移相角度参考值，m为风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器的总数量，n为所述集电线路上一台变流器中的三相桥臂的数量，i为某一个正在运行的三相桥臂的编号，kj为第j台变流器的载波的载波比参考值，j为某一台正在运行的变流器的编号。
此外，对于每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂调控所需的调制波的特征量可包括调制波的相位角和幅值。
根据本发明的示例性实施例，调控指令产生模块603可基于由信号获取模块601获取的PCC点的实时电压和电流信号，计算PCC点的电网相位角，并基于计算出的电网相位角，确定调制波的相位角参考值。此外，调控指令产生模块603可根据调制波的幅值指令值，确定调制波的幅值参考值。
此外，针对一些超标的特定次谐波，可利用变流器的“电流源”特性，由部分变流器向线路注入反向的谐波电流，进而达到特定次谐波的治理目的。
根据本发明的示例性实施例，调控指令产生模块603可基于由信号获取模块601获取的PCC点的实时电压和电流信号，计算PCC点的特定次谐波含量，将计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值进行比较，当计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值的差值超出预定阈值时，基于计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值的差值计算特定次谐波反向电流注入量参考值，并将计算出的特定次谐波反向电流注入量参考值包括在统一调控指令中。
此外，根据本发明的示例性实施例，调控指令发生器510还可包括发送器(未示出)。当调控指令发生器510产生了统一调控指令时，调控指令发生器510的发送器可将针对每台正在运行的风电机组变流器的调控指令分别发送到相应变流器的变流器控制器。根据本发明的示例性实施例，调控指令发生器510的发送器可通过高速光纤通信网络或专网来发送调控指令。
返回参照图5，各变流器控制器511至51m可基于接收到的调控指令对相应变流器中的每个三相桥臂进行调控。
根据本发明的示例性实施例，各变流器控制器511至51m中的每一个可针对相应变流器的各三相桥臂执行以下操作：基于针对相应变流器的各三相桥臂计算的载波的移相角度参考值、针对相应变流器计算的载波的载波比参考值和针对所在集电线路计算的调制波的特征量参考值，确定各三相桥臂上IGBT调制所需的载波和调制波；基于确定的各三相桥臂上IGBT调制所需的载波和调制波，产生各三相桥臂上IGBT的触发脉冲序列；基于产生的各三相桥臂上IGBT的触发脉冲序列对各三相桥臂上IGBT进行调制。
根据本发明的示例性实施例，当统一调控指令包括特定次谐波反向电流注入量参考值时，各变流器控制器511至51m中的一部分变流器控制器可控制相应的一部分变流器基于特定次谐波反向电流注入量参考值向所在集电线路注入反向谐波电流。
根据本发明的示例性实施例，尽量避免处于特定状态的风电机组的电流器向所在集电线路注入反向谐波电流。例如，处于特定状态的风电机组可包括满功率运行的风电机组、实时功率很小的风电机组、处于限电状态的风电机组、挂载实验设备的风电机组等。因此，各变流器控制器511至51m可监视相应变流器的实时功率，当相应变流器的实时功率达到预定阈值(例如，满功率状态的70％至80％)时，可控制相应变流器基于特定次谐波反向电流注入量参考值向所在集电线路注入反向谐波电流。
根据本发明的示例性实施例，各变流器控制器511至51m中的每一个可将针对所在集电线路实时计算的PCC点相位角参考值(即，获得的调制波相位角参考值)与相应变流器锁相环的锁相结果进行比较，并对锁相误差进行补偿。
图7是示出根据本发明的示例性实施例的对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法的流程图。
在步骤701，信号获取模块601可获取并网点(PCC点)的实时电压和电流信号。
在步骤702，状态获取模块602可获取风电场同一条集电线路上各风电机组的实时状态信息。
根据本发明的地性实施例，实时状态信息可包括风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器三相桥臂的总数量、针对正在运行的风电机组变流器及其各三相桥臂动态分配的编号以及每台正在运行的风电机组的实时功率。这里，可通过获得风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器的总数量m和所述集电线路上一台变流器中的三相桥臂的数量n来获得风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器三相桥臂的总数量n×m。
此外，由于信号获取模块601和状态获取模块602都是实时获取数据，因此，对步骤701和702的执行顺序不作任何限制。步骤701和702可被按顺序执行，也可被同时执行或者步骤702可在步骤701之前被执行。
在步骤703，调控指令产生模块603可基于获取的实时电压和电流信号以及实时状态信息，产生统一调控指令。这里，统一调控指令包括针对每台正在运行的风电机组变流器的调控指令，调控指令包括针对变流器中的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值、载波比参考值以及调制波的特征量参考值。例如，统一调控指令可包括多条调控指令，每条调控指令可与相应的变流器对应，包括针对相应的变流器中的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值、载波比参考值以及调制波的特征量参考值，以用于控制相应的变流器中的各三相桥臂。
下面将具体描述根据本发明的示例性实施例的由调控指令产生模块603产生统一调控指令的方法。
根据本发明的示例性实施例，调控指令产生模块603可基于由信号获取模块601获取的PCC点的实时电压和电流信号，计算PCC点的电流谐波总含量，将计算出的电流谐波总含量与电流谐波总含量指标值进行比较，根据计算出的电流谐波总含量与电流谐波总含量指标值的差值以及由状态获取模块602获取的每台正在运行的风电机组的实时功率，计算载波信号的载波比参考值。这里，电流谐波总含量指标值可根据确定的谐波指标被预先设置，或者可根据用户需求被预先设置，或者可以是默认值。另外，可采用开环爬坡逼近方式来计算载波信号的载波比参考值，当然，本发明不限于此。
根据本发明的示例性实施例，调控指令产生模块603可基于由状态获取模块602获取的实时状态信息以及计算出的载波比参考值，计算针对每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值。
根据本发明的示例性实施例，调控指令产生模块603可基于下面的公式1来计算针对每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值。
[公式1]
Figure GDA0003686503870000131
其中，θi为针对第i个三相桥臂的载波的移相角度参考值，m为风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器的总数量，n为所述集电线路上一台变流器中的三相桥臂的数量，i为某一个正在运行的三相桥臂的编号，kj为第j台变流器的载波的载波比参考值，j为某一台正在运行的变流器的编号。
此外，对于每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂调控所需的调制波的特征量可包括调制波的相位角和幅值。
根据本发明的示例性实施例，调控指令产生模块603可基于由信号获取模块601获取的PCC点的实时电压和电流信号，计算PCC点的电网相位角，并基于计算出的电网相位角，确定调制波的相位角参考值。此外，调控指令产生模块603可根据调制波的幅值指令值，确定调制波的幅值参考值。
此外，针对一些超标的特定次谐波，可利用变流器的“电流源”特性，由部分变流器向线路注入反向的谐波电流，进而达到特定次谐波的治理目的。
根据本发明的示例性实施例，调控指令产生模块603可基于由信号获取模块601获取的PCC点的实时电压和电流信号，计算PCC点的特定次谐波含量，将计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值进行比较，当计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值的差值超出预定阈值时，基于计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值的差值计算特定次谐波反向电流注入量参考值，并将计算出的特定次谐波反向电流注入量参考值包括在统一调控指令中。
此外，根据本发明的示例性实施例，对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法还可包括：当调控指令发生器510产生了统一调控指令时，调控指令发生器510的发送器(未示出)可将针对每台正在运行的风电机组变流器的调控指令分别发送到相应变流器的变流器控制器。根据本发明的示例性实施例，调控指令发生器510的发送器可通过高速光纤通信网络或专网来发送调控指令。根据本发明的示例性实施例，对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法还可包括：各变流器控制器511至51m可基于接收到的调控指令对相应变流器中的每个三相桥臂进行调控。
下面将具体描述根据本发明的示例性实施例的由各变流器控制器511至51m对相应变流器中的每个三相桥臂执行调控的方法。
根据本发明的示例性实施例，各变流器控制器511至51m中的每一个可针对相应变流器的各三相桥臂执行以下操作：基于针对相应变流器的各三相桥臂计算的载波的移相角度参考值、针对相应变流器计算的载波的载波比参考值和针对所在集电线路计算的调制波的特征量参考值，确定各三相桥臂上IGBT调制所需的载波和调制波；基于确定的各三相桥臂上IGBT调制所需的载波和调制波，产生各三相桥臂上IGBT的触发脉冲序列；基于产生的各三相桥臂上IGBT的触发脉冲序列对各三相桥臂上IGBT进行调制。
根据本发明的示例性实施例，当统一调控指令包括特定次谐波反向电流注入量参考值时，各变流器控制器511至51m中的一部分变流器控制器可控制相应的一部分变流器基于特定次谐波反向电流注入量参考值向所在集电线路注入反向谐波电流。
根据本发明的示例性实施例，尽量避免处于特定状态的风电机组的电流器向所在集电线路注入反向谐波电流。例如，处于特定状态的风电机组可包括满功率运行的风电机组、实时功率很小的风电机组、处于限电状态的风电机组、挂载实验设备的风电机组等。因此，各变流器控制器511至51m可监视相应变流器的实时功率，当相应变流器的实时功率达到预定阈值(例如，满功率状态的70％至80％)时，可控制相应变流器基于特定次谐波反向电流注入量参考值向所在集电线路注入反向谐波电流。
根据本发明的示例性实施例，各变流器控制器511至51m中的每一个可将针对所在集电线路实时计算的PCC点相位角参考值(即，获得的调制波相位角参考值)与相应变流器锁相环的锁相结果进行比较，并对锁相误差进行补偿。
根据本发明的对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法和设备，通过统筹考虑同一条集电线路上的所有变流器的所有三相桥臂，通过移相载波技术，动态给出各个三相桥臂调制所需的基准载波移相角度，大大减少该集电线路上的总合成电流的谐波含量，从而可减少各个变流器电网侧LC滤波器的尺寸、重量和成本，甚至在一定条件下可取消变流器电网侧LC滤波器。
此外，根据本发明的对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法和设备，通过统筹考虑同一条集电线路上的所有变流器的所有三相桥臂，通过移相载波技术，动态给出各个三相桥臂调制所需的开关频率基准值和PCC点相位角参考值，依此降低各个三相桥臂IGBT的开关频率、提高变流器效率，并消除各个变流器锁相环的动态误差，改善风电机组的并网性能。
以上已参照图5至图7描述了根据本发明示例性实施例的对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法和设备。
图6所示出的系统、装置及单元可被分别配置为执行特定功能的软件、硬件、固件或上述项的任意组合。例如，这些系统、装置或单元可对应于专用的集成电路，也可对应于纯粹的软件代码，还可对应于软件与硬件相结合的模块。此外，这些系统、装置或单元所实现的一个或多个功能也可由物理实体设备(例如，处理器、客户端或服务器等)中的组件来统一执行。
此外，参照图7所描述的方法可通过记录在计算机可读存储介质上的程序(或指令)来实现。例如，根据本发明的示例性实施例，可提供一种用于产生针对风电场同一条集电线路上的所有正在运行的变流器的统一调控指令的计算机可读存储介质，其中，在计算机可读存储介质上记录有用于执行参照图7所描述的产生针对风电场同一条集电线路上的所有正在运行的变流器的统一调控指令的步骤的计算机程序(或指令)。
上述计算机可读存储介质中的计算机程序可在诸如客户端、主机、代理装置、服务器等计算机设备中部署的环境中运行，应注意，计算机程序还可用于执行除了上述步骤以外的附加步骤或者在执行上述步骤时执行更为具体的处理，这些附加步骤和进一步处理的内容已经在参照图7进行相关方法的描述过程中提及，因此这里为了避免重复将不再进行赘述。
应注意，根据本发明示例性实施例的调控指令产生模块510可完全依赖计算机程序的运行来实现相应的功能，即，各个单元在计算机程序的功能架构中与各步骤相应，使得整个系统通过专门的软件包(例如，lib库)而被调用，以实现相应的功能。
另一方面，图6所示的各个装置也可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码或其任意组合来实现。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，用于执行相应操作的程序代码或者代码段可以存储在诸如存储介质的计算机可读介质中，使得处理器可通过读取并运行相应的程序代码或者代码段来执行相应的操作。
例如，本发明的示例性实施例还可以实现为计算装置，该计算装置包括存储部件和处理器，存储部件中存储有计算机可执行指令集合，当计算机可执行指令集合被处理器执行时，执行根据本发明的示例性实施例的产生针对风电场同一条集电线路上的所有正在运行的变流器的统一调控指令的步骤。
具体说来，计算装置可以部署在服务器或客户端中，也可以部署在分布式网络环境中的节点装置上。此外，计算装置可以是PC计算机、平板装置、个人数字助理、智能手机、web应用或其他能够执行上述指令集合的装置。
这里，计算装置并非必须是单个的计算装置，还可以是任何能够单独或联合执行上述指令(或指令集)的装置或电路的集合体。计算装置还可以是集成控制系统或系统管理器的一部分，或者可被配置为与本地或远程(例如，经由无线传输)以接口互联的便携式电子装置。
在计算装置中，处理器可包括中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、可编程逻辑装置、专用处理器系统、微控制器或微处理器。作为示例而非限制，处理器还可包括模拟处理器、数字处理器、微处理器、多核处理器、处理器阵列、网络处理器等。
根据本发明示例性实施例的产生针对风电场同一条集电线路上的所有正在运行的变流器的统一调控指令的计算方法中所描述的某些操作可通过软件方式来实现，某些操作可通过硬件方式来实现，此外，还可通过软硬件结合的方式来实现这些操作。
处理器可运行存储在存储部件之一中的指令或代码，其中，存储部件还可以存储数据。指令和数据还可经由网络接口装置而通过网络被发送和接收，其中，网络接口装置可采用任何已知的传输协议。
存储部件可与处理器集成为一体，例如，将RAM或闪存布置在集成电路微处理器等之内。此外，存储部件可包括独立的装置，诸如，外部盘驱动、存储阵列或任何数据库系统可使用的其他存储装置。存储部件和处理器可在操作上进行耦合，或者可例如通过I/O端口、网络连接等互相通信，使得处理器能够读取存储在存储部件中的文件。
此外，计算装置还可包括视频显示器(诸如，液晶显示器)和用户交互接口(诸如，键盘、鼠标、触摸输入装置等)。计算装置的所有组件可经由总线和/或网络而彼此连接。
根据本发明示例性实施例的产生针对风电场同一条集电线路上的所有正在运行的变流器的统一调控指令的方法所涉及的操作可被描述为各种互联或耦合的功能块或功能示图。然而，这些功能块或功能示图可被均等地集成为单个的逻辑装置或按照非确切的边界进行操作。
因此，参照图7所描述的产生针对风电场同一条集电线路上的所有正在运行的变流器的统一调控指令的方法可通过包括至少一个计算装置和至少一个存储指令的存储装置的系统来实现。
根据本发明的示例性实施例，至少一个计算装置是根据本发明示例性实施例的用于产生针对风电场同一条集电线路上的所有正在运行的变流器的统一调控指令的计算装置，存储装置中存储有计算机可执行指令集合，当计算机可执行指令集合被至少一个计算装置执行时，执行参照图7所描述的产生针对风电场同一条集电线路上的所有正在运行的变流器的统一调控指令的步骤。
以上描述了本发明的各示例性实施例，应理解，上述描述仅是示例性的，并非穷尽性的，本发明不限于所披露的各示例性实施例。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的范围为准。

Claims (25)

1.一种对风电场中的风电机组的变流器进行调控的方法，其特征在于，包括：
获取并网点的实时电压和电流信号；
获取风电场同一条集电线路上各风电机组的实时状态信息；
基于获取的实时电压和电流信号以及实时状态信息，产生统一调控指令，
其中，所述实时状态信息包括风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器三相桥臂的总数量、针对正在运行的风电机组变流器及其各三相桥臂动态分配的编号以及每台正在运行的风电机组的实时功率，
其中，所述统一调控指令包括针对每台正在运行的风电机组变流器的调控指令，其中，所述调控指令包括针对变流器中的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值、载波比参考值以及调制波的特征量参考值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生统一调控指令的步骤包括：
基于所述实时电压和电流信号，计算并网点的电流谐波总含量；
将计算出的电流谐波总含量与电流谐波总含量指标值进行比较；
根据计算出的电流谐波总含量与电流谐波总含量指标值的差值以及每台正在运行的风电机组的实时功率，计算载波比参考值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，产生统一调控指令的步骤包括：
基于所述实时状态信息以及计算出的载波比参考值，计算针对每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，计算针对每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值的步骤包括：
基于以下公式计算载波的移相角度参考值：
Figure FDA0002417419970000011
其中，θi为针对第i个三相桥臂的载波的移相角度参考值，m为风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器的总数量，n为所述集电线路上的一台变流器中的三相桥臂的数量，i为某一个正在运行的三相桥臂的编号，kj为针对第j台变流器的载波的载波比参考值，j为某一台正在运行的变流器的编号。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调制波的特征量包括调制波的相位角和幅值，
其中，产生统一调控指令的步骤包括：
基于所述实时电压和电流信号，计算并网点的电网相位角；
基于计算出的电网相位角，确定调制波的相位角参考值；
根据调制波的幅值指令值，确定调制波的幅值参考值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生统一调控指令的步骤包括：
基于所述实时电压和电流信号，计算并网点的特定次谐波含量；
将计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值进行比较；
当计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值的差值超出预定阈值时，基于计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值的差值计算特定次谐波反向电流注入量参考值；
将计算出的特定次谐波反向电流注入量参考值包括在所述统一调控指令中。
7.如权利要求1-6中的任意一个权利要求所述的方法，其特征在于，还包括：
将针对每台正在运行的风电机组变流器的调控指令分别发送到相应变流器的变流器控制器；
各变流器控制器基于接收到的调控指令对相应变流器中的每个三相桥臂进行调控。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，发送调控指令的步骤包括：
通过高速光纤通信网络来发送调控指令。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，基于调控指令进行调控的步骤包括：
针对每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂执行以下操作：
基于载波的移相角度参考值、载波比参考值和调制波的特征量参考值，确定各三相桥臂上IGBT调制所需的载波和调制波；
基于确定的各三相桥臂上IGBT调制所需的载波和调制波，产生各三相桥臂上IGBT的触发脉冲序列；
基于产生的各三相桥臂上IGBT的触发脉冲序列对各三相桥臂上IGBT进行调制。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，基于调控指令进行调控的步骤包括：
当所述统一调控指令中包括特定次谐波反向电流注入量参考值时，由部分变流器基于特定次谐波反向电流注入量参考值向所述集电线路注入反向谐波电流。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述部分变流器为实时功率达到预定阈值的正在运行的风电机组中的变流器。
12.一种对风电场中的风电机组的变流器进行调控的设备，其特征在于，包括：调控指令发生器，
其中，调控指令发生器包括：
信号获取模块，被配置为获取并网点的实时电压和电流信号；
状态获取模块，被配置为获取风电场同一条集电线路上各风电机组的实时状态信息；
调控指令产生模块，被配置为基于获取的实时电压和电流信号以及实时状态信息，产生统一调控指令，
其中，所述实时状态信息包括风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器三相桥臂的总数量、针对正在运行的风电机组变流器及其各三相桥臂动态分配的编号以及每台正在运行的风电机组的实时功率，
其中，所述统一调控指令包括针对每台正在运行的风电机组变流器的调控指令，其中，所述调控指令包括针对变流器中的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值、载波比参考值以及调制波的特征量参考值。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，调控指令产生模块被配置为：
基于所述实时电压和电流信号，计算并网点的电流谐波总含量；
将计算出的电流谐波总含量与电流谐波总含量指标值进行比较；
根据计算出的电流谐波总含量与电流谐波总含量指标值的差值以及每台正在运行的风电机组的实时功率，计算载波比参考值。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，调控指令产生模块被配置为：
基于所述实时状态信息以及计算出的载波比参考值，计算针对每台正在运行的风电机组变流器的各三相桥臂调控所需的载波的移相角度参考值。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，调控指令产生模块被配置为：
基于以下公式计算载波的移相角度参考值：
Figure FDA0002417419970000041
其中，θi为针对第i个三相桥臂的载波的移相角度参考值，m为风电场同一条集电线路上正在运行的风电机组变流器的总数量，n为所述集电线路上一台变流器中的三相桥臂的数量，i为某一个正在运行的三相桥臂的编号，kj为第j台变流器的载波的载波比参考值，j为某一台正在运行的变流器的编号。
16.如权利要求12所述的设备，其特征在于，调制波的特征量包括调制波的相位角和幅值，
其中，调控指令产生模块被配置为：
基于所述实时电压和电流信号，计算并网点的电网相位角；
基于计算出的电网相位角，确定调制波的相位角参考值；
根据调制波的幅值指令值，确定调制波的幅值参考值。
17.如权利要求12所述的设备，其特征在于，调控指令产生模块被配置为：
基于所述实时电压和电流信号，计算并网点的特定次谐波含量；
将计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值进行比较；
当计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值的差值超出预定阈值时，基于计算出的特定次谐波含量与特定次谐波含量指令值的差值计算特定次谐波反向电流注入量参考值；
将计算出的特定次谐波反向电流注入量参考值包括在所述统一调控指令中。
18.如权利要求12-17中的任意一个权利要求所述的设备，其特征在于，还包括：多个变流器控制器，其中，每个变流器控制器与风电场同一条集电线路上的每台风电机组的每台变流器一一对应，
其中，调控指令发生器还包括发送器，被配置为将针对每台正在运行的风电机组变流器的调控指令分别发送到相应变流器的变流器控制器，
其中，各变流器控制器基于接收到的调控指令对相应变流器中的每个三相桥臂进行调控。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，调控指令发生器中的发送器被配置为：
通过高速光纤通信网络来发送调控指令。
20.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述多个变流器控制器中的每一个被配置为：
针对相应变流器的各三相桥臂执行以下操作：
基于载波的移相角度参考值、载波比参考值和调制波的特征量参考值，确定各三相桥臂上IGBT调制所需的载波和调制波；
基于确定的各三相桥臂上IGBT调制所需的载波和调制波，产生各三相桥臂上IGBT的触发脉冲序列；
基于产生的各三相桥臂上IGBT的触发脉冲序列对各三相桥臂上IGBT进行调制。
21.如权利要求18所述的设备，其特征在于，
所述多个变流器控制器被配置为：
当所述统一调控指令中包括特定次谐波反向电流注入量参考值时，控制部分变流器基于特定次谐波反向电流注入量参考值向所述集电线路注入反向谐波电流。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述部分变流器为实时功率达到预定阈值的正在运行的风电机组中的变流器。
23.如权利要求18所述的设备，其特征在于，调控指令发生器被集成在最靠近并网点的变流器控制器上。
24.一种包括至少一个计算装置和至少一个存储指令的存储装置的系统，其特征在于，所述指令在被所述至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行如权利要求1到6中的任一权利要求所述的产生统一调控指令的步骤。
25.一种存储指令的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述指令被至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行如权利要求1到6中的任一权利要求所述的产生统一调控指令的步骤。
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