CN114744678B - 一种海上风电机组构网型控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海上风电机组构网型控制方法，包括以下步骤：获取风电机组并网点的电网电压和电流，以及风电机组的有功功率、无功功率实际值和有功功率、无功功率、电网电压幅值的参考值；计算风电机组网侧换流器的相位参考值；计算风电机组网侧换流器的调制电压在dq旋转坐标系下的参考值；根据风电机组网侧换流器的相位参考值和调制电压在dq旋转坐标系下的参考值，计算网侧换流器的调制电压在abc静止坐标系下的参考值。本发明可以利用风电机组的有功功率来控制并网点电压的幅值，可以利用风电机组的无功功率来控制并网点电压的频率，而且采用本发明控制的风电机组在启动、功率波动、交流故障等情况下都能保持可靠的同步运行。
Description
技术领域
本发明涉及风电机组控制技术领域，具体涉及一种海上风电机组构网型控制方法。
背景技术
远距离海上风电需要采用直流输电(high voltage direct current，HVDC)并入电网。随着输电容量的不断增大，海上换流站关键设备的体积、重量将增大，其安装、运输、运维的难度也将增加，这会对海上风电并网系统的整体建设造成巨大的经济及技术挑战。解决上述问题的一个方案是在海上换流站采用二极管整流器(diode rectifier，DR)。与模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)相比，二极管整流器的体积是MMC的五分之一，重量是MMC的三分之一。此外，基于DR的直流方案还具有高可靠性和低维护成本的优势。
然而，二极管整流器是不可控换流器，不能像MMC那样为海上风电机组提供稳定的电压支撑。因此，海上风电机组需要采用构网型控制来建立稳定的交流电压。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种海上风电机组构网型控制方法，该控制方法可以利用风电机组的有功功率来控制并网点电压的幅值，可以利用风电机组的无功功率来控制并网点电压的频率，使风电机组在启动过程、功率扰动过程以及交流故障后都能保持同步运行。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种海上风电机组构网型控制方法，所述构网型控制方法包括以下步骤：
S1、获取风电机组并网点的电网电压和电流，并对风电机组并网点的电网电压和电流进行dq分解，分别得到并网点电压和电流在dq旋转坐标系下的d轴和q轴分量，获取风电机组的有功功率、无功功率和并网点电压频率的实际值，获取风电机组的有功功率、无功功率、并网点电压幅值的参考值；
S2、计算风电机组网侧换流器的相位参考值；
S3、计算风电机组并网点的d轴电压参考值；
S4、计算风电机组并网点的d轴电流参考值和q轴电流参考值；
S5、计算风电机组网侧换流器的调制电压的d轴电压参考值和q轴电压参考值；
S6、计算风电机组网侧换流器的调制电压在abc静止坐标系下的a轴电压参考值、b轴电压参考值和c轴电压参考值；
S7、根据调制电压的参考值，利用脉冲宽度调制理论，生成相应的控制脉冲实现海上风电机组的网侧换流器的控制。
进一步地，风电机组网侧换流器的相位参考值θ*计算公式如下：
其中，s为拉普拉斯算子，ωbase为交流系统频率的基准值，ω为并网点电压频率的实际值，KG和KT分别是一阶惯性控制器的比例参数和时间参数，Q为风电机组的无功功率实际值，Qref为风电机组的无功功率参考值。通过上面的控制律，就可以利用风电机组的无功功率主动控制海上交流系统的频率及风电机组网侧换流器的相位参考值。
进一步地，风电机组并网点的d轴电压参考值计算公式如下：
其中，Ud0为风电机组并网点电压幅值的参考值，KP和KI分别是有功功率PI控制器的比例参数和积分参数，s为拉普拉斯算子，Pref和P分别是风电机组有功功率参考值和实际值。通过上面的控制率，就可以利用风电机组的有功功率主动控制风电机组并网点的电压幅值。
进一步地，风电机组并网点的d轴电流参考值和q轴电流参考值/>计算公式如下：
其中，Ud和Uq分别为风电机组并网点电压在dq旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量，s为拉普拉斯算子，ω为并网点电压频率的实际值，为风电机组并网点的d轴电压参考值，CF为风电机组网侧换流器交流测LC滤波器的电容值，KPV和KIV分别是电压控制器的比例参数和积分参数。通过上面的控制率，可以使风电机组表现出电压源特性，这也是构网型控制的要求。
进一步地，风电机组网侧换流器的调制电压的d轴电压参考值和q轴电压参考值计算公式如下：
其中，Id和Iq分别为风电机组并网点电流在dq旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量，LF为风电机组网侧换流器交流测LC滤波器的电感值，KPC和KIC分别是电流控制器的比例参数和积分参数，s为拉普拉斯算子，ω为并网点电压频率的实际值，和/>分别是风电机组并网点的d轴电流参考值和q轴电流参考值。通过上面的控制率，可以对电流进行快速调节和限幅，避免换流器产生过电流而损坏设备。
进一步地，所述步骤S6中，风电机组网侧换流器的调制电压在abc静止坐标系下的a轴电压参考值b轴电压参考值/>和c轴电压参考值/>计算公式如下：
其中，θ*为风电机组网侧换流器的相位参考值，和/>分别是风电机组网侧换流器的调制电压的d轴电压参考值和q轴电压参考值。因为风电机组网侧换流器最终需要的控制信号是在abc静止坐标系下的电压调制波，因此需要将调制电压的d轴电压参考值和q轴电压参考值转换到abc静止坐标系下。
进一步地，获得调制电压在abc静止坐标系下的a轴电压参考值、b轴电压参考值和c轴电压参考值后，就可以通过常用的脉冲宽度调制理论，生成网侧换流器各个IGBT对应的控制脉冲，从而可以控制海上风电机组的网侧换流器。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明可以利用风电机组的有功功率来控制并网点电压的幅值，可以利用风电机组的无功功率来控制并网点电压的频率，从而使风电机组表现出电压源特性，达到构网控制的目的。
(2)本发明控制方法适用于风电机组启动、稳态运行和故障运行所有情况，通过理论分析和仿真算例，验证了采用本发明控制方法的风电机组能够在启动、功率波动、交流故障等情况下保持可靠的同步运行。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明公开的海上风电机组构网型控制方法的流程图；
图2是采用本发明构网型控制方法的情况下功率波动时的仿真波形示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
实施例1
参见图1，本实施例公开了一种海上风电机组构网型控制方法，包括下列步骤：
S1、获取风电机组并网点的电网电压和电流，并对风电机组并网点的电网电压和电流进行dq分解，分别得到并网点电压和电流在dq旋转坐标系下的d轴和q轴分量，获取风电机组的有功功率、无功功率和并网点电压频率的实际值，获取风电机组的有功功率、无功功率、并网点电压幅值的参考值；
S2、计算风电机组网侧换流器的相位参考值；
其中，风电机组网侧换流器的相位参考值θ*计算公式如下：
其中，s为拉普拉斯算子，ωbase为交流系统频率的基准值，ω为并网点电压频率的实际值，KG和KT分别是一阶惯性控制器的比例参数和时间参数，Q为风电机组的无功功率实际值，Qref为风电机组的无功功率参考值。
S3、计算风电机组并网点的d轴电压参考值；
其中，风电机组并网点的d轴电压参考值计算公式如下：
其中，Ud0为风电机组并网点电压幅值的参考值，KP和KI分别是有功功率PI控制器的比例参数和积分参数，s为拉普拉斯算子，Pref和P分别是风电机组有功功率参考值和实际值。
S4、计算风电机组并网点的d轴电流参考值和q轴电流参考值；
其中，风电机组并网点的d轴电流参考值和q轴电流参考值/>计算公式如下：
其中，Ud和Uq分别为风电机组并网点电压在dq旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量，s为拉普拉斯算子，ω为并网点电压频率的实际值，为风电机组并网点的d轴电压参考值，CF为风电机组网侧换流器交流测LC滤波器的电容值，KPV和KIV分别是电压控制器的比例参数和积分参数。
S5、计算风电机组网侧换流器的调制电压的d轴电压参考值和q轴电压参考值；
其中，风电机组网侧换流器的调制电压的d轴电压参考值和q轴电压参考值/>计算公式如下：
其中，Id和Iq分别为风电机组并网点电流在dq旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量，LF为风电机组网侧换流器交流测LC滤波器的电感值，KPC和KIC分别是电流控制器的比例参数和积分参数，s为拉普拉斯算子，ω为并网点电压频率的实际值，和/>分别是风电机组并网点的d轴电流参考值和q轴电流参考值。
S6、计算风电机组网侧换流器的调制电压在abc静止坐标系下的a轴电压参考值、b轴电压参考值和c轴电压参考值；
S7、根据调制电压的参考值，利用脉冲宽度调制理论，生成相应的控制脉冲实现海上风电机组的网侧换流器的控制。
其中，风电机组网侧换流器的调制电压在abc静止坐标系下的a轴电压参考值b轴电压参考值/>和c轴电压参考值/>计算公式如下：
其中，θ*为风电机组网侧换流器的相位参考值，和/>分别是风电机组网侧换流器的调制电压的d轴电压参考值和q轴电压参考值。
实施例2
基于实施例1公开的一种海上风电机组构网型控制方法，本实施例采用包含4个海上风电机组的测试系统进行仿真验证。所有风电机组都采用本发明所涉及的构网型控制。假设稳态时风机1、2、3、4发出的有功功率分别为300MW、150MW、100MW、50MW。风机有功功率线性变化和阶跃变化时的系统特性如图2所示。在时间t＝4.0s时，风机1的功率从300MW线性下降到100MW，变化速率是150MW/s。在时间t＝6.0s时，风机3的功率从100MW线性下降到250MW，变化速率是150MW/s。在时间t＝8.0s时，风机4的功率从50MW阶跃上升到300MW。在时间t＝9.0s时，风机2的功率从150MW阶跃下降到50MW。从仿真图2中可以看出，当风电机组发生有功功率线性变化和阶跃变化时，系统能够很好地跟踪其参考值变化，并在非常短时间内到达稳定运行状态。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种海上风电机组构网型控制方法，其特征在于，所述构网型控制方法包括以下步骤：
S1、获取风电机组并网点的电网电压和电流，并对风电机组并网点的电网电压和电流进行dq分解，分别得到并网点的电网电压和电流在dq旋转坐标系下的d轴和q轴分量，获取风电机组的有功功率、无功功率和并网点电压频率的实际值，获取风电机组的有功功率、无功功率、并网点电压幅值的参考值；
S2、计算风电机组网侧换流器的相位参考值；
S3、计算风电机组并网点的d轴电压参考值；
S4、计算风电机组并网点的d轴电流参考值和q轴电流参考值；
S5、计算风电机组网侧换流器的调制电压的d轴电压参考值和q轴电压参考值；
S6、计算风电机组网侧换流器的调制电压在abc静止坐标系下的a轴电压参考值、b轴电压参考值和c轴电压参考值；
S7、根据调制电压的参考值在abc静止坐标系下的a轴电压参考值、b轴电压参考值和c轴电压参考值，利用脉冲宽度调制理论，生成相应的控制脉冲实现海上风电机组的网侧换流器的控制；
其中，所述步骤S2中，风电机组网侧换流器的相位参考值θ*计算公式如下：
其中，s为拉普拉斯算子，ωbase为交流系统频率的基准值，ω为并网点电压频率的实际值，KG和KT分别是一阶惯性控制器的比例参数和时间参数，Q为风电机组的无功功率实际值，Qref为风电机组的无功功率参考值；
其中，所述步骤S3中，风电机组并网点的d轴电压参考值Ud *计算公式如下：
其中，Ud0为风电机组并网点电压幅值的参考值，KP和KI分别是有功功率PI控制器的比例参数和积分参数，Pref和P分别是风电机组有功功率参考值和实际值；
其中，所述步骤S4中，风电机组并网点的d轴电流参考值和q轴电流参考值/>计算公式如下：
其中，Ud和Uq分别为风电机组并网点电压在dq旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量，CF为风电机组网侧换流器交流测LC滤波器的电容值，KPV和KIV分别是电压控制器的比例参数和积分参数；
其中，所述步骤S5中，风电机组网侧换流器的调制电压的d轴电压参考值和q轴电压参考值/>计算公式如下：
其中，Id和Iq分别为风电机组并网点电流在dq旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量，LF为风电机组网侧换流器交流测LC滤波器的电感值，KPC和KIC分别是电流控制器的比例参数和积分参数；
其中，所述步骤S6中，风电机组网侧换流器的调制电压在abc静止坐标系下的a轴电压参考值b轴电压参考值/>和c轴电压参考值/>计算公式如下：
2.根据权利要求1所述的一种海上风电机组构网型控制方法，其特征在于，所述步骤S7中，获得调制电压在abc静止坐标系下的a轴电压参考值、b轴电压参考值和c轴电压参考值后，通过脉冲宽度调制理论，生成网侧换流器各个IGBT对应的控制脉冲。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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