CN114421498A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
CN114421498A
CN114421498A CN202210095310.0A CN202210095310A CN114421498A CN 114421498 A CN114421498 A CN 114421498A CN 202210095310 A CN202210095310 A CN 202210095310A CN 114421498 A CN114421498 A CN 114421498A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
voltage
converter
fan
value
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.)
Pending
Application number
CN202210095310.0A
Other languages
English (en)
Inventor
夏岩
余飞鸿
熊兴中
黄沁元
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.)
Sichuan University of Science and Engineering
Original Assignee
Sichuan University of Science and Engineering
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 Sichuan University of Science and Engineering filed Critical Sichuan University of Science and Engineering
Priority to CN202210095310.0A priority Critical patent/CN114421498A/zh
Publication of CN114421498A publication Critical patent/CN114421498A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • H02J3/241The oscillation concerning frequency
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381Dispersed generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/48Controlling the sharing of the in-phase component
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28The renewable source being wind energy
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/76Power conversion electric or electronic aspects
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了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,涉及新能源控制技术领域,解决低电压等级储能系统接入中压风力发电系统时,电网波动功率大,导致电网运行稳定性差的问题,其技术方案要点是:通过频率波动控制,可以提升系统频率效应速度。通过第一输出功率和第二输出功率,达到同时处理直流母线波动和交流侧功率波动,优化风机运行、增强对电网主动支撑能力的目的。

Description

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
技术领域
本发明涉及新能源控制技术领域,更具体地说,它涉及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。
背景技术
多端口能量路由器(Multi Port Energy Router,MPER)的应用使交直流混合系统具备组网灵活、运行模式多样、控制对象丰富等特点,结合储能系统控制灵活、响应快速,具备能量时间管理能力,构成风储联合系统,可以提升风电机组对电网主动支撑能力。目前风储联合运行模式研究和应用局限在低压风电机组,通过在风机变流器交流侧或风场升压站处配置储能系统,利用电压型储能变流器(Power Conversion System,PCS)和储能电池吸收释放风机波动功率,优化风机运行。低压风电变流器一般采用两电平H桥背靠背变拓扑,其直流母线电压一般不超过1200V,交流侧一般为690V,搭配的储能变流器采用两电平H桥PWM变流器,其电压水平也属于低压范围。
随着中压风力发电系统接入电网的总容量和单机功率不断提高,风能的随机性给风力发电系统功率控制和电网稳定性带来了日益严峻的挑战。相比传统低压风力发电,中压风力发电系统控制和中压变流器运行及故障处理更为复杂,这些问题造成大规模风力发电能量送出困难,并且不利于电网的安全稳定运行。
发明内容
本发明的目的是提供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,通过吸收和释放中压风电系统中的波动功率,达到保证电网不受波动功率的影响,提升电网安全运行稳定性的目的。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
基于能量路由器的中压风电系统波动功率平抑方法,包括以下步骤:获取风机输出有功功率和蓄电池当前电压;
对所述风机输出有功功率进行功率分配,以得到第一有功功率和第二有功功率;
其中,所述第一有功功率为储能变流器应向交流母线提供的有功功率;所述第二有功功率为多端口能量路由器应向交流母线提供的有功功率;
接收第一有功功率后,根据蓄电池当前电压,使储能变流器向交流母线提供第一功率,进行功率波动平抑;
接收所述第二有功功率后,模块化多电平变流器向交流母线提供第二功率,进行功率波动平抑。
进一步的,所述风机输出有功功率获取过程具体为:获取风机转速给定值、风机转速反馈值、并网点频率额定值和并网点频率反馈值;
风机转速给定值和风机转速反馈值比较后的转速差值,将转速差值经PI控制器调节处理后,获得风机最大功率输出给定值;
并网点频率额定值和并网点频率反馈值比较后的频率偏差值,将频率偏差值经频率-功率控制器调节处理后,获得频率扰动对应功率给定值;
风机最大功率输出给定值与频率扰动对应功率给定值进行一阶滤波,得到风机输出有功功率。
进一步的,所述风机转速给定值获得方法具体为:获取风机风速-功率曲线,基于风机风速-功率曲线,跟踪风机最大功率,得到风机转速给定值。
进一步的,所述风机转速反馈值获得方法具体为:利用最佳叶尖速比控制算法,获得风机转速的反馈值。
进一步的,所述风机最大功率输出给定值与频率扰动对应功率给定值进行一阶滤波前还包括:利用变时间常数控制算法,确定滤波器滤波时间。
进一步的,蓄电池当前电压状态具体判断方法为:确定避免储能变流器频繁动作的功率阈值、蓄电池电压最大值和蓄电池最小值;
判断所述第一有功功率与功率阈值间的大小;
第一有功功率小于功率阈值时,若蓄电池当前电压小于蓄电池电压最大值,储能变流器整流,从交流母线侧吸收第一功率,蓄电池处于充电状态;若蓄电池当前电压不小于蓄电池电压最大值,储能变流器等待;
第一有功功率等于功率阈值时,储能变流器等待;
第一有功功率大于功率阈值时,若蓄电池当前电压大于蓄电池电压最小值,储能变流器逆变,向交流母线侧释放第一功率,蓄电池处于放电状态;若蓄电池当前电压不大于蓄电池电压最小值,储能变流器等待。
基于能量路由器的中压风电系统,用于实现上述的基于能量路由器的中压风电系统波动功率平抑方法,包括:信息获取模块,用于获取风机输出有功功率和蓄电池当前电压;储能主控制器,用于对所述风机输出有功功率进行功率分配,以得到第一有功功率和第二有功功率;其中,所述第一有功功率为储能变流器应向交流母线提供的有功功率;所述第二有功功率为多端口能量路由器应向交流母线提供的有功功率;储能系统控制器,用于接收第一有功功率后,根据蓄电池当前电压,使储能变流器向交流母线提供第一功率,进行功率波动平抑;多端口能量路由器,用于接收所述第二有功功率后,模块化多电平变流器向交流母线提供第二功率,进行功率波动平抑。
进一步的,基于能量路由器的中压风电系统还包括风电变流器;所述多端口路由器包括DAB高压模块、DAB低压模块和模块化多电平变流器;所述DAB高压模块与所述风电变流器的直流母线连接,用于控制风电变流器的直流母线电压稳定;所述DAB低压模块与所述蓄电池、DAB高压模块连接,用于DAB模块吸收风电变流器模块直流母线激增功率后,通过DAB低压模块储存在蓄电池。
进一步的,所述风电变流器包括机侧变流器和通过直流母线与机侧变流器连接的网侧变流器,其中机侧变流器连接有风机,网侧变流器与交流母线连接。
进一步的,所述风机连接有风储控制器,用于获取风机转速给定值、风机转速反馈值、并网点频率额定值和并网点频率反馈值后,得到风机输出有功功率。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1.通过频率波动控制,可以提升系统频率响应速度。
2.通过第一功率和第二功率,达到同时处理直流母线波动和交流侧功率波动,优化风机运行、增强对电网主动支撑能力的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明基于能量路由器的中压风电系统拓扑示意图;
图2为MPER拓扑示意图;
图3为储能变流器示意图;
图4为风储系统波动功率平抑控制框图;
图5为频率响应的风储系统协调控制方法;
图6为低电压穿越时网侧变流器控制框图;
图7为高电压穿越时网侧变流器控制框图;
图8为机侧变流器控制框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例: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。
一、拓扑介绍
基于能量路由器的中压风电系统拓扑如图1所示,系统由风电系统、MPER和储能系统组成。变流器拓扑采用主流的I型三电平结构,采用两个背靠背全功率变流器并联,开关器件为IGCT。MPER通过模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)连接在交流高压侧,双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)的高压端口和风电变流器直流母线处连接,DAB低压端口与储能系统的蓄电池连接,储能系统变流器通过变压器与高压交流侧连接。整个系统可现实能量多向可控流动,并且交直流隔离。
图2为MPER内部拓扑图,交流高压侧为H桥级联的MMC电路,共有2个高压直流和一个低压直流端口,均采用如图所示DAB模块化串联电路。结合图1和图2,MPER的高压直流端口可以通过对风电变流器直流母线电压进行控制,吸收和释放风机输入的波动功率。受电池工艺、串并联数量和成本影响,储能电池电压一般为800V以下的低压,DAB电路解决了储能系统电池电压和中压电压匹配问题。储能变流器采用双向PWM变流器,通过逆变和整流稳定交流侧功率。风电系统正常并网运行时,2个DAB高压电路控制目标是风机变流器直流母线电压稳定,外环控制电压给定等于直流母线运行电压,风机工作在最大功率跟踪模式,储能变流器根据主控制器发出的功率给定抑制交流母线功率波动。孤网运行时,风机和MPER采用V/F或下垂控制方法,储能系统根据蓄电池和负载情况释放或吸收能量,三个系统采用对等或主从运行模式,电压和频率给定值由主控给定。当发生电网故障时,各系统执行相应故障处理程序,MPER高压电路吸收风机直流母线激增功率,通过低压DAB存储在储能电池,储能变流器根据故障类型吸收或释放功率,维持母线电压稳定。
储能变流器采用如图3所示的三相PWM变流器拓扑。储能变流器可以四象限运行,整流运行时给电池充电,将交流电整流成直流电给蓄电池充电,逆变运行时蓄电池放电,将直流电逆变成交流电供给电网或负载。
相比传统风储系统,该基于能量路由器的中压风力发电系统可以解决传统低压储能和中压风电接入问题,而且借助MPER和储能系统,可以同时处理风机变流器直流母线波动和交流侧功率波动,优化风机运行、增强对电网主动支撑能力。
二、控制方法
2.1波动功率平抑的控制方法
如图4所示,储能变流器和MPER功率控制策略是,风能Pwind通过一阶滤波后,得到较平滑的有功功率P'wind,P'wind经过功率分配,得到储能系统应该向交流母线提供的有功功率P*e,以及MPER向交流母线提供的功率有功P* p,P* e和P* p值为正说明向交流母线输出有功功率,为负从交流母线吸收有功功率。P* e和P* p由通信总线传输到储能系统和MPER,储能变流器和MMC模块在交流母线侧吸收或释放有功功率,以平抑功率波动。
P'wind的功率分配环节中,P* e和P* p的值由下式决定:
Figure BDA0003490617180000051
式中,m为储能变流器和MMC额定容量之比。
由储能系统控制器根据当前的蓄电池电压,决定储能变流器运行状态。当蓄电池电压满足运行条件,储能变流器输出或吸收功率,平滑风力发电机输出功率波动。Pd为避免储能变流器频繁动作而设置的阀值,Ub为蓄电池电压,Ubmax和Ubmin为保护蓄电池设置的电压最大值和最小值。
滤波时间T的选取对储能系统的控制效果影响很大,T过小可能导致储能变流器输出功率中高频分量增多,T过大会造成功率波动抑制效果不好,需要根据波动电源输出特性调试选择,一般先根据风机特性选取预估值,然后加入变时间常数控制算法,减小功率波动率。
2.2频率响应的风储系统协调控制方法
图5为频率响应的风储系统协调控制方法。在功率分配层,风储控制器根据风速-功率曲线,实现最大功率跟踪,得到了风机转速给定值ω* r,此时风机的转速给定值ω* r与风机转速反馈值ωr比较后经过PI控制器,可以得到反映风机最大功率输出的给定值P1。
为了实现最大风能捕获(MPPT),风力发电系统的叶轮需要运行在最佳尖速比情况下,根据最佳叶尖速比控制算法可得到某一风速时发电机转子的最佳转速值,即风机转速反馈值ωr,其中风机的转速给定值ω* r,根据转子功率控制,得到机侧变流输出电流给定值i*d和i*q
频率响应层根据并网点电压频率额定值和反馈值偏差,根据频率-功率控制(采用比例积分控制器),得到频率扰动对应的功率给定值P2。P1与P2相加得到Pwind,Pwind包含了波动功率,经过滤波和功率分配,得到MPER的DAB模块和储能变流器的功率给定值。
对频率响应层,通过频率波动控制,可以提升系统频率响应速度,控制中需要考虑风机不同工况,设计最大功率输出和调频性能约束条件。
2.3采样和坐标变换
网侧变流器和机侧变流器的采样和坐标变换原理相同,采样三个交流线电压、三个定子电流和直流母线电压,为减小控制变量的数量,首先将在abc静止坐标系下采样得到的三个定子电压交流量和三个电流交流量,分别变换为αβ坐标系下的两个交流变量,即进行3s/2s变换,采用等功率变换,得到两相静止坐标系下的电压和电流信号。
三相静止到两相静止坐标变换公式如公式(1)。变换矩阵为:
Figure BDA0003490617180000061
然后将αβ坐标系下的交流量变换为dq旋转坐标系下的直流量,变换矩阵为:
Figure BDA0003490617180000062
2.4网侧变流器控制
图6为风机变流器网侧控制框图,控制采用电网定向的控制方法。对网侧变流器而言,必须考虑发生低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)和发生高电压穿越(HowVoltage Ride Through,HVRT)的情况。
对LVRT,首先采用调节桨距角和故障控制策略结合的方法以维持直流母线电压稳定。风电机侧变流器控制方法由最大转矩控制改为母线电压控制或给定有功控制,网侧变流器向电网输出功率,减轻直流母线能量积累,MPER交流功率和直流电压给定考虑故障类型和穿越标准。
对不对称低电压穿越引起的负序分量,采用双同步坐标系解耦锁相环(DecoupledDouble Synchronous Reference Frame-PLL,DDSRF-PLL)提取出变流器并网电流的负序分量,令负序电流给定为零,消除负序电压和负序电流引起的功率波动。在变流器LVRT过程中,直流母线电压也是需要控制的目标,考虑电压跌落不平衡度和保护值约束条件,根据相关国标的要求,设计风电电流器的有功电流和无功电流运行方程,风电变流器和MPER交流侧输出功率帮助电网电压恢复。
采用2个PI控制环,外环为直流母线电压环,其输出为内环电流环的给定。有功功率给定P* 0为:
Figure BDA0003490617180000063
式中,kup为直流电压PI控制器比例增益,kui为积分增益,u*dc、udc分别为直流母线电压给定值和反馈值。加入电压前馈控制后,电网发生不平衡故障时电流内环控制方程:
Figure BDA0003490617180000064
式中,
Figure BDA0003490617180000065
为dq坐标系下正序电压d轴和q轴分量的给定值;kip、kii分别为电流环PI控制器比例系数和积分系数;
Figure BDA0003490617180000071
为正序电流给定值;
Figure BDA0003490617180000072
为正序电流反馈值;
Figure BDA0003490617180000073
为电网电压正序分量;
Figure BDA0003490617180000074
为交叉耦合项。因为变流器的电感L和电阻R很小,为简化计算,一般可以忽略交叉耦合项,不会影响控制效果。考虑到LVRT标准要求变流器尽可能的输出无功功率帮助电网恢复电压,而为了保护设备安全又必须限制变流器的输出电流,所以LVRT期间变流器输出电流的有功分量和无功分量受下式约束:
Figure BDA0003490617180000075
式中σ(0≤σ≤1)为电网电压跌落深度,σ等于0时电网电压为零,即零电压穿越。当电网电压跌落较深时,需要变流器发出无功功率支撑电网电压,所以无功功率给定与电网电压的跌落深度有关。将当前变流器输出电流d轴正序分量
Figure BDA0003490617180000076
作为
Figure BDA0003490617180000077
的给定,是为了平滑输出电流波形,减小冲击和震荡,Imax为变流器输出电流的最大值。此处选择跌落深度0.45为约束条件的判断值,实际中可以根据具体情况设置。为分离出正负序分量,本文采用DDSRF-PLL,两个坐标系一个与正序分量同步,另一个与负序分量同步。
图7为发生HVRT时网侧变流器的控制框图。因为故障期间的主要目标是限制直流母线过压,所以根据故障程度和保护值约束条件,升高直流母线电压给定值,以提高风电变流器的和MPER的电压和电流输出能力。在高电压穿越期间变流器需要吸收无功功率以降低电网电压,帮助电网恢复正常。另外因为高电压穿越标准中电压升高范围最高为1.3pu,所产生的不对称分量的影响也较小,忽略负序电流对控制精度影响不大,而且可以简化运算和增大电流输出能力,故HVRT未考虑负序分量。
虽然升高直流母线电压可以提高网侧变流器的电流输出能力,但是也要避免引起直流母线过压故障。当发生HVRT时,将直流母线电压参考值设计为:
Figure BDA0003490617180000078
式中
Figure BDA0003490617180000079
为正常工况直流母线电压给定值;σ为电网电压升高程度,根据现有标准,取值为0~0.3;k为调整系数;
Figure BDA00034906171800000710
为发生HVRT时直流母线电压给定值,这个值也是能量路由器DAB模块的直流电压给定值;udc_max为直流母线电压最大值。
变流器在正常工况下输出功率因数为1,直流母线电压给定为
Figure BDA00034906171800000711
当发生HVRT后,根据电网电压上升程度,直流母线电压给定值为
Figure BDA0003490617180000081
使得直流母线电压升高,增强了网侧变流器的输出能力。为避免过压故障,直流母线电压给定值必须小于其过压保护值。在HVRT期间变流器的无功电流给定值为负,变流器吸收无功功率以降低电网电压。另外HVRT的不对称程度较LVRT小,所产生的不对称分量的影响也较小,为简化运算和增大电流输出能力,所以没有加入负序分量控制。
2.5机侧变流器控制
在全功率变流器中,网侧变流器控制直流母线电压以平衡机侧输出的有功功率;机侧变流器控制发电机的电磁转矩实现特定的控制目标,控制框图如图8所示。图中,给定转速ω* r与反馈得到的实际转速ω相比较得到转速差Δω,再经过PI控制器可得有功电流的给定值iq*,为了输出最大转矩,令励磁电流,即无功电流给定值id *为0。
转子功率控制是通过机侧PWM变流器来实现。机侧变流器控制采用转子磁链定向。在以转子磁链定向的dq轴坐标系下,采用d轴电流为0的控制方法,由于q轴电流与发电机的转矩成正比,故可实现转矩(或转速)的解耦控制。
具体来说,先使定子电流合成矢量定向于永磁同步发电机dq坐标系下的q轴上,并令d轴励磁电流id=0,定子电流全部用来产生电磁转矩,这样不仅励磁电流分量和转矩电流解耦,而且发电机的转矩控制易于实现,下式为发电机的转矩方程:
Te=1.5pψfiq
Te为转矩,p为极对数,ψf为磁链。
发电机的转子转速由测速编码器得到,根据检测得到的转子旋转速度,积分得到转子磁场位置角θ。根据这个位置角θ,对检测得到的发电机定子电流进行三相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的变换,得到转矩电流分量iq和励磁电流分量id,这两个量作为电流闭环控制的反馈量。
在得到励磁电流/转矩电流的给定和反馈之后,通过电流调节器可以得到转矩电压/励磁电压的参考给定值u′d和u′q,加上解耦项udc和uqc,就得到了控制电压给定u* d和u* q。根据转子磁场位置角θ,对u* d和u* q进行两相同步旋转坐标系到两相静止坐标系的变换,得到u* α和u* β,将其作为SVPWM模块的输入,其输出为机侧变流器三相电压给定u* a、u* b、u* c
2.6控制采样变换的主要流程是:
1.对风电变流器并网变流器:采样3个并网交流线电压、3个输出的交流线电流、2个直流母线分压电容电压、直流母线电压和发电机转子转速。
2.对风电变流器机侧变流器:采样3个发电机定子交流线电压、3个交流线电流和发电机转子转速。
3.对交流电压和交流电流从三相静止abc坐标系变换到两相静止αβ坐标系,得到两相静止坐标系下的交流量。三相静止到两相静止坐标变换公式如公式(1)。将αβ坐标系的变量变换到两相dq旋转坐标系,变换公式如公式(2)。
4.电流PI调节器设计:
对风电变流器的网侧变流器正序和负序电压、机侧变流器的有功电流和无功电流的分别进行PI调节,积分周期同采样周期为500微秒。
5.调制算法及占空比计算:
将u* α和u* β控制电压转换到三相静止坐标系下得到三相控制电压,调制方法采用三电平的SVPWM。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于能量路由器的中压风电系统波动功率平抑方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取风机输出有功功率和蓄电池当前电压;
对所述风机输出有功功率进行功率分配,以得到第一有功功率和第二有功功率;
其中,所述第一有功功率为储能变流器向交流母线提供的有功功率;所述第二有功功率为多端口能量路由器向交流母线提供的有功功率;
接收第一有功功率后,根据蓄电池当前电压,使储能变流器向交流母线提供第一功率,进行功率波动平抑;
接收所述第二有功功率后,模块化多电平变流器向交流母线提供第二功率,进行功率波动平抑。
2.根据权利要求1所述的基于能量路由器的中压风电系统波动功率平抑方法,其特征在于,所述风机输出有功功率获取过程具体为:
获取风机转速给定值、风机转速反馈值、并网点频率额定值和并网点频率反馈值;
风机转速给定值和风机转速反馈值比较后的转速差值,将转速差值经PI控制器调节处理后,获得风机最大功率输出给定值;
并网点频率额定值和并网点频率反馈值比较后的频率偏差值,将频率偏差值经频率-功率控制器调节处理后,获得频率扰动对应功率给定值;
风机最大功率输出给定值与频率扰动对应功率给定值进行一阶滤波,得到风机输出有功功率。
3.根据权利要求2所述的基于能量路由器的中压风电系统波动功率平抑方法,其特征在于,所述风机转速给定值获得方法具体为:
获取风机风速-功率曲线,基于风机风速-功率曲线,跟踪风机最大功率,得到风机转速给定值。
4.根据权利要求2所述的基于能量路由器的中压风电系统波动功率平抑方法,其特征在于,所述风机转速反馈值获得方法具体为:
利用最佳叶尖速比控制算法,获得风机转速的反馈值。
5.根据权利要求2所述的基于能量路由器的中压风电系统波动功率平抑方法,其特征在于,所述风机最大功率输出给定值与频率扰动对应功率给定值进行一阶滤波前还包括:
利用变时间常数控制算法,确定滤波器滤波时间。
6.根据权利要求1所述的基于能量路由器的中压风电系统波动功率平抑方法,其特征在于,蓄电池当前电压状态具体判断方法为:
确定避免储能变流器频繁动作的功率阈值、蓄电池电压最大值和蓄电池最小值;
判断所述第一有功功率与功率阈值间的大小;
第一有功功率小于功率阈值时,若蓄电池当前电压小于蓄电池电压最大值,储能变流器整流,从交流母线侧吸收第一功率,蓄电池处于充电状态;若蓄电池当前电压不小于蓄电池电压最大值,储能变流器等待;
第一有功功率等于功率阈值时,储能变流器等待;
第一有功功率大于功率阈值时,若蓄电池当前电压大于蓄电池电压最小值,储能变流器逆变,向交流母线侧释放第一功率,蓄电池处于放电状态;若蓄电池当前电压不大于蓄电池电压最小值,储能变流器等待。
7.基于能量路由器的中压风电系统,用于实现如权利要求1-6中任一项所述的基于能量路由器的中压风电系统波动功率平抑方法,其特征在于,包括:
信息获取模块,用于获取风机输出有功功率和蓄电池当前电压;
储能主控制器,用于对所述风机输出有功功率进行功率分配,以得到第一有功功率和第二有功功率;其中,所述第一有功功率为储能变流器应向交流母线提供的有功功率;所述第二有功功率为多端口能量路由器应向交流母线提供的有功功率;
储能系统控制器,用于接收第一有功功率后,根据蓄电池当前电压,使储能变流器向交流母线提供第一功率,进行功率波动平抑;
多端口能量路由器,用于接收所述第二有功功率后,模块化多电平变流器向交流母线提供第二功率,进行功率波动平抑。
8.根据权利要求7所述的基于能量路由器的中压风电系统,其特征在于:
基于能量路由器的中压风电系统还包括风电变流器;
所述多端口路由器包括DAB高压模块、DAB低压模块和模块化多电平变流器;
所述DAB高压模块与所述风电变流器的直流母线连接,用于控制风电变流器的直流母线电压稳定;
所述DAB低压模块与所述蓄电池、DAB高压模块连接,用于DAB模块吸收风电变流器模块直流母线激增功率后,通过DAB低压模块储存在蓄电池。
9.根据权利要求8所述的基于能量路由器的中压风电系统,其特征在于:
所述风电变流器包括机侧变流器和通过直流母线与机侧变流器连接的网侧变流器,其中机侧变流器连接有风机,网侧变流器与交流母线连接。
10.根据权利要求9所述的基于能量路由器的中压风电系统,其特征在于:
所述风机连接有风储控制器,用于获取风机转速给定值、风机转速反馈值、并网点频率额定值和并网点频率反馈值后,得到风机输出有功功率。
CN202210095310.0A 2022-01-26 2022-01-26 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 Pending CN114421498A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210095310.0A CN114421498A (zh) 2022-01-26 2022-01-26 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210095310.0A CN114421498A (zh) 2022-01-26 2022-01-26 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

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114421498A true CN114421498A (zh) 2022-04-29

Family

ID=81277637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210095310.0A Pending CN114421498A (zh) 2022-01-26 2022-01-26 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114421498A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116345530A (zh) * 2022-12-21 2023-06-27 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组变流控制方法、装置、设备及风力发电系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116345530A (zh) * 2022-12-21 2023-06-27 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组变流控制方法、装置、设备及风力发电系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107482653A (zh) 直流输电双馈型风电机组功率波动及故障控制系统与方法
CN110518600A (zh) 一种基于vsg的改进型多机并联的pmsg并网主动支撑控制结构
CN111969616B (zh) 基于限功率运行的dfig与svg协调控制电压的方法
Okedu et al. Comparative study of wind farm stabilization using variable speed generator and FACTS device
Dey et al. A coordinated control of grid connected PMSG based wind energy conversion system under grid faults
CN113193587B (zh) 孤岛双馈风电场经高压直流输电外送协同控制方法及系统
CN111884256B (zh) 一种新能源机组高电压穿越方法及系统
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
CN113241748A (zh) 电力电子变流器接入弱电网暂态过电压抑制方法及系统
Ren et al. Grid fault ride through of a medium-voltage three-level full power wind power converter
Chen et al. Application of brushless doubly-fed machine system in hydropower generation
Yan et al. A novel converter system for DFIG based on DC transmission
CN109256798B (zh) 一种电压对称故障下dfig系统的穿越运行方法
CN111509767A (zh) 一种风电双馈变流器高电压穿越控制方法
CN114938014A (zh) 混合储能与撬棒电阻的风电并网低电压穿越控制方法
Okedu et al. Comparative study on current and voltage controlled voltage source converter based variable speed wind generator
Shanmugam et al. Design and implementation of power electronic converters in wind turbine system
Ge et al. Active support control strategy of permanent magnet synchronous wind turbine and its adaptability analysis under weak grid
Xiaojie et al. Study on coordinated control strategy of offshore wind farm integration system via MMC-HVDC based on transient response characteristic analysis
Guo et al. Active power limit for DFIG-based wind turbine under weak grid
D'Arco et al. A novel control of Dual-Excited Synchronous machines for variable-speed wind turbines
Khamaira et al. Application of SMES unit to improve the overall performance of DFIG-based WECS
Xu et al. Control and Operation of Brushless Doubly-Fed Induction Generator under Unbalanced Network
Fang et al. Stability analysis and improvement of three-phase grid-connected power converters with virtual inertia control
CN110417044B (zh) 一种基于永磁同步风电系统低电压穿越的协调控制方法

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