CN115912452A - 风力发电机组的控制方法和控制装置 - Google Patents

风力发电机组的控制方法和控制装置 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种风力发电机组的控制方法和控制装置，所述控制方法包括：通过对风力发电机组的直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差进行比例积分微分运算来获取有功功率偏差；基于有功功率偏差，确定虚拟角频率偏差；基于虚拟角频率偏差，确定虚拟内电势相位；通过将dq坐标系下的并网电流输入至虚拟阻抗模块，获得d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出；基于虚拟角频率偏差、风力发电机组的无功功率设定值、无功功率测量值、电网的额定电压幅值以及d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出，确定调制电压的d轴分量和q轴分量；根据虚拟内电势相位以及调制电压的d轴分量和q轴分量，控制风力发电机组的并网点的注入电压。

Description

风力发电机组的控制方法和控制装置
技术领域
本公开涉及风力发电领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的控制方法和控制装置。
背景技术
当前风力发电技术正在快速发展，风力发电技术在电网应用中的渗透率也在逐渐提高。对于风力发电机组的控制，需要考虑电网稳定性、有功功率与无功功率的耦合等多种因素。如何实现对风力发电机组的并网点的有效控制，仍是当前的难题。
发明内容
本公开的实施例的目的在于提供一种风力发电机组的控制方法和控制装置，通过控制风力发电机组的并网点的注入电压，能够改善电网的稳定性以及有功功率与无功功率的耦合等。
根据本公开的实施例，提供一种风力发电机组的控制方法，所述控制方法包括：通过对风力发电机组的直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差进行比例积分微分运算来获取有功功率偏差；基于有功功率偏差，确定虚拟角频率偏差；基于虚拟角频率偏差，确定虚拟内电势相位；通过将dq坐标系下的并网电流输入至虚拟阻抗模块，获得d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出；基于虚拟角频率偏差、风力发电机组的无功功率设定值、无功功率测量值、电网的额定电压幅值以及d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出，确定调制电压的d轴分量和q轴分量；根据虚拟内电势相位以及调制电压的d轴分量和q轴分量，控制风力发电机组的并网点的注入电压。
根据本公开的另一实施例，提供一种风力发电机组的控制装置，所述控制装置包括：有功功率偏差获取单元，被配置为通过对风力发电机组的直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差进行比例积分微分运算来获取有功功率偏差；虚拟角频率偏差确定单元，被配置为基于有功功率偏差，确定虚拟角频率偏差；虚拟内电势相位确定单元，被配置为基于虚拟角频率偏差，确定虚拟内电势相位；虚拟阻抗处理单元，被配置为通过将dq坐标系下的并网电流输入至虚拟阻抗模块，获得d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出；调制电压获取单元，被配置为基于虚拟角频率偏差、风力发电机组的无功功率设定值、无功功率测量值、电网的额定电压幅值以及d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出，确定调制电压的d轴分量和q轴分量；电压控制单元，被配置为根据虚拟内电势相位以及调制电压的d轴分量和q轴分量，控制风力发电机组的并网点的注入电压。
根据本公开的实施例，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如上所述的风力发电机组的控制方法。
根据本公开的实施例，提供一种计算装置，所述计算装置包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的风力发电机组的控制方法。
采用根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法和控制装置、计算机可读存储介质、计算装置，可以实现以下技术效果之一：综合考虑电网稳定性、有功功率与无功功率的耦合等多种因素，通过在直流母线电压的动态变化过程中控制风力发电机组的并网点的注入电压，改善电网的稳定性以及有功功率与无功功率的耦合等，例如，可以实现稳定有效地控制电压源型风力发电机组的并网点的注入电压，适当提高整个系统的阻尼，同时适当地降低有功功率和无功功率的耦合程度；通过对风力发电机组的直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差进行比例积分微分运算，提高了风力发电机组的频率适应性、参数鲁棒性以及抑制偏差速度；通过在无功电压下垂控制中引入模拟电力系统PSS稳定器，提高了风力发电机组的电力系统稳定性。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本公开的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚。
图1是根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法的流程图。
图2是根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法的示意框图。
图3是是根据本公开的实施例的模拟电力系统PSS稳定器的结构示意图。
图4是根据本公开的实施例的等效拓扑图，其表示静止abc坐标系下的等效拓扑图。
图5是根据本公开的实施例的风力发电机组的控制装置的框图。
图6是根据本公开的实施例的计算装置的框图。
在整个附图中，应注意，相同的参考标号用于表示相同或相似的元件、特征和结构。
具体实施方式
为了便于理解本发明的技术构思，在此对相关术语、系统频率与直流母线电压之间的变化关系等进行如下解释和说明。
功角指的是风力发电机组的变流器的输出电压相角与电网电压相角之差。如果变流器输出电压相角超前于电网电压相角，即功角大于0，则有功功率是从变流器到交流系统；反之，当变流器输出电压相角滞后于电网电压相角，即功角小于0，有功功率则是从交流系统到变流器。其次，当变流器输出电压频率与系统频率保持一致时，功角不变。最后，在稳定状态下，变流器输出电压相角超前电网电压相角，即功角大于0，有功功率是从变流器到交流系统。
基于上述事实，可以得到如下规律：当系统频率增大时，功角会减小，变流器与交流系统之间传输的有功功率随之减小。由于直流电压偏差(反馈值减去给定值)是反馈值减去给定值，所以，变流器为了维持直流母线电压不变，主动增大直流母线电压，经转子运动方程作用后，增加了自身输出频率，该频率又经过积分环节，进一步增大变流器输出电压相角，最终增大了变流器与交流系统之间的功角，从而使功角恢复到原先的稳定值，维持变流器与交流系统之间传输的有功功率。当然，也可以从另外一个角度来直观理解上述过程，即变流器为了维持与电网电压同步(即频率一致)，需要增大自身输出角频率，从而维持功角不变，由于角频率是通过直流电压偏差经一阶低通滤波器得到的，所以，才会出现直流母线电压升高的现象；当系统频率减小时，功角增大，变流器与交流系统之间传输的有功功率增大，变流器为了维持与交流系统同步，需要减小输出电压频率，所以直流母线电压出现了跌落。
本公开提出一种风力发电机组的控制方法和控制装置，可以在风力发电机组的控制系统中基于直流母线电压来动态地控制风力发电机组的并网点的注入电压，通过控制风力发电机组的并网点的注入电压，改善电网的稳定性以及有功功率与无功功率的耦合等。
下面结合附图，提供具体实施方式的描述以帮助读者获得对在此描述的方法、装置和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、装置和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。
在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、装置和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本申请的公开之后将是清楚的。
如在此使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的任何一个以及任何两个或更多个的任何组合。
尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不应被这些术语所限制。相反，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分进行区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本公开所属领域的普通技术人员在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本公开中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。
此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本公开的模糊解释时，将省略这样的详细描述。
图1是根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法的流程图。图2是根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法的示意框图。
如图1所示，在步骤S101，通过对风力发电机组的直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差进行比例积分微分运算来获取有功功率偏差。
根据本公开的实施例，风力发电机组的直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差可以是直流母线电压测量值与直流母线电压参考值的差值或平方差值，但本公开不限于此，还可以是其它形式的偏差。
在图2示出的实施例中，以直流母线电压测量值udc与直流母线电压参考值udref的平方差值(即，udc 2-udref 2)为例进行说明，但本公开不限于此。
如图2所示，对直流母线电压测量值udc与直流母线电压参考值udref的平方差值进行比例积分微分(PID)运算，得到有功功率偏差ΔPref。
在直流母线电压控制环路(也可称为自同步环路)中，以直流母线电压测量值(可称为直流母线电压反馈值)与直流母线电压参考值的平方差作为PID控制器的输入，以通过PID控制器进行PID运算。
在积分运算环节(Ki/s，其中，Ki表示积分增益)，对直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差进行积分运算是为了解决频率适应性问题。当电网出现偏离电网的额定频率(例如，50Hz)的情况时，按照上文描述的系统频率与直流母线电压之间的关系，可知实际的直流母线电压会偏离直流母线参考值，通过对直流母线测量值与直流母线参考值的偏差进行积分，可以在角频率偏差Δω中引入一个直流量，用来抵消电网的额定角频率ω0带来的误差。可以看出，积分环节的作用十分重要。
在微分运算环节(sKc，其中，Kc表示微分增益)，对直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差进行微分运算是为了解决参数鲁棒性差的问题。存储在直流母线电容上的能量(例如，0.5CU2，其中，C表示直流母线电容值，U表示直流母线电容两端的电压)反映了机侧和网侧的有功功率偏差的累积效果。如果对存储在直流母线电容上的能量进行微分，则得到的微分值直接反映了机侧和网侧的有功功率偏差。可以类比同步机，如果把机侧有功功率作为机械功率，把网侧有功功率作为电磁功率，那么将网侧和机侧的有功功率偏差作用到具有阻尼绕组的转子上，相当于该有功功率偏差经过一阶低通滤波器1/(sKJ+KD)，其中，KJ表示虚拟惯量系数，KD表示虚拟阻尼系数。可以看出，微分环节不仅具有明确的物理意义，其作用是十分重要的。
在比例运算环节(KT，其中，KT表示比例增益)，对直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差进行比例运算是为了加速动态过程的响应时间，在频率变化的初始阶段，起到快速抑制变化的作用，弥补积分运算环节响应速度慢的问题，同时对微分运算环节也起到辅助作用。
在步骤S102，基于有功功率偏差，确定虚拟角频率偏差。例如，参照图2，可将有功功率偏差ΔPref输入至一阶低通滤波器，以获取一阶低通滤波器的输出，作为虚拟角频率偏差Δω。例如但不限于，可基于函数1/(sKJ+KD)构造一阶低通滤波器，以处理有功功率偏差ΔPref，进而生成虚拟角频率偏差Δω。
本公开不限于图2示出的实施例。例如，可将有功功率偏差与机侧有功功率之和输入至一阶低通滤波器，以获取一阶低通滤波器的输出，作为虚拟角频率偏差。可选地，可将有功功率偏差与网侧有功功率之差输入至一阶低通滤波器，以获取一阶低通滤波器的输出，作为虚拟角频率偏差。如此，可以通过前馈控制方式提高整体的控制速度，改善整体的动态性能。
在步骤S103中，基于虚拟角频率偏差，确定虚拟内电势相位。例如，参照图2，可基于虚拟角频率偏差Δω和电网的额定角频率ω0，确定虚拟角频率ω；并且可基于虚拟角频率确定虚拟内电势相位θ。在图2示出的实施例中，虚拟角频率偏差Δω和电网的额定角频率ω0相加得到虚拟角频率ω。然后，通过对虚拟角频率ω进行积分得到虚拟内电势相位θ。
在步骤S104，通过将dq坐标系下的并网电流输入至虚拟阻抗模块，获得d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出。
参照图2，在本公开的示例性实施例中，虚拟阻抗可表示为Rv+jXv，其中，Rv和Xv分别表示虚拟电阻和虚拟电抗。将dq坐标系下的并网电流输入至虚拟阻抗模块，通过虚拟阻抗模块可以使dq坐标系下的并网电流igdq与虚拟阻抗相乘，从而得到d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出。通过应用虚拟阻抗可以提高整个控制系统的阻尼，同时也可以等效地降低电网强度。虚拟阻抗的增大可能会增加有功功率和无功功率之间的耦合程度，也就是说，当有功功率变化时，无功功率也会跟着变化，反之亦然。因此，需要适当设置和调节虚拟阻抗。
在步骤S105，基于虚拟角频率偏差、风力发电机组的无功功率设定值、无功功率测量值、电网的额定电压幅值以及d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出，确定调制电压的d轴分量和q轴分量。
根据本公开的示例性实施例，首先，可基于虚拟角频率偏差确定交流母线电压的第一扰动量，并且可通过将无功功率设定值与无功功率测量值之间的偏差乘以无功下垂系数，确定交流母线电压的第二扰动量。然后，可基于交流母线电压的第一扰动量、交流母线电压的第二扰动量、电网的额定电压幅值以及d轴虚拟阻抗输出，确定dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量，并且可根据q轴虚拟阻抗输出，确定dq坐标系下的并网参考电压的q轴分量。最后，可基于dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量和q轴分量，确定调制电压的d轴分量和q轴分量。
参照图2，可通过对虚拟角频率偏差进行复位处理、放大处理和相位补偿处理中的至少一个来确定交流母线电压的第一扰动量。具体地讲，可引入模拟电力系统PSS稳定器的控制环路，来确定交流母线电压的第一扰动量，从而解决低频振荡问题。
具体地讲，在电力系统中使用的PSS稳定器一般由放大环节、复位环节、相位补偿(校正)环节以及限幅环节组成，其输出作为励磁附加信号叠加到电压参考值，如图3所示。图3是根据本公开的实施例的模拟电力系统PSS稳定器的结构示意图。
参照图3，K表示PSS稳定器的放大环节，
Figure BDA0003222468540000071
表示PSS稳定器的复位环节，
Figure BDA0003222468540000072
表示PSS稳定器的相位补偿环节，max-min表示PSS稳定器的限幅环节。各个环节中的参数可根据实际情况被不同地设置。
根据本公开的实施例，复位环节在使t→∞(s→0)时PSS稳定器输出为零，即滤除Δω中的直流分量，与此同时，在过渡过程中，复位环节可使动态信号顺利通过，从而使PSS稳定器仅在动态过程中起作用。相位补偿环节可由1～3个超前校正环节构成，一个超前环节最多可校正30°～40°，因此，超前环节可补偿(抵消)相位滞后。放大环节的放大倍数K可确保有足够的电压幅值。因此，通过在无功电压下垂控制环路2中引入PSS稳定器，可提升系统的稳定性。
返回参照图1，在图1中，PSS稳定器可包括高通滤波器
Figure BDA0003222468540000081
相位补偿器
Figure BDA0003222468540000082
和放大器K，其中，高通滤波器可作为PSS稳定器的复位环节，可滤除Δω中的直流分量。相位补偿器可作为PSS稳定器的超前校正环节，可提高震荡风险点处的相位裕度。放大器可作为PSS稳定器的比例环节，用于提高正阻尼效果。
虽然图1和图3示出了PSS稳定器包括复位环节、相位补偿环节和放大环节，但是本公开的PSS稳定器可包括复位环节、相位补偿环节和放大环节中的至少一个。
可通过对虚拟角频率偏差进行复位处理、放大处理和相位补偿处理中的至少一个来确定交流母线电压的第一扰动量。例如，参照图1，通过对虚拟角频率偏差Δω执行复位处理、放大处理和相位补偿处理来得到第一扰动量ΔU1。这里，在计算第一扰动量ΔU1时，可使用如图2示出的放大处理、复位处理和相位补偿处理的顺序或其他的顺序对虚拟角频率偏差进行处理以得到第一扰动量ΔU1。
此外，参照图2，可将无功功率设定值Q0与无功功率测量值Q之间的偏差乘以无功下垂系数KQ，获得交流母线电压的第二扰动量ΔU2。然后，可将电网的额定电压幅值U0、交流母线电压的第一扰动量ΔU1和交流母线电压的第二扰动量ΔU1相加，然后减去d轴虚拟阻抗输出，得到dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量Udv *。可将并网点q轴电压设定值Uq *减去q轴虚拟阻抗输出得到dq坐标系下的并网参考电压的q轴分量Uqv *。在本公开的实施例中，可将并网点q轴电压设定值Uq *设置为0，以使dq坐标系基于电网电压定向。
根据本公开的示例性实施例，可对dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量和q轴分量仅进行电压外环控制，或者进行电压外环控制和电流内环控制，以获得调制电压的d轴分量和q轴分量。
例如，参照图2，可将dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量Udv *和q轴分量Uqv *输入至电压外环控制模块201，同时，还可将dq坐标系下的并网电压udq和dq坐标系下的并网电流igdq输入至电压外环控制模块201。通过电压外环控制模块201可以对dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量Udv *和q轴分量Uqv *进行电压外环控制，得到d轴滤波电感电流参考值id *和q轴滤波电感电流参考值iq *。可将d轴滤波电感电流参考值id *和q轴滤波电感电流参考值iq *输入至电流内环控制模块202，同时，还可将dq坐标系下的并网电压udq和dq坐标系下的滤波电感电流idq输入至电流内环控制模块202。通过电流内环控制模块202可以对d轴滤波电感电流参考值id *和q轴滤波电感电流参考值iq *进行电流内环控制，得到调制电压的d轴分量umd和q轴分量umq。
在本公开的实施例中，可在电压外环控制模块201和电流内环控制模块202之间添加电流限幅模块，从而对电压外环控制模块201输出的电流进行限幅。
此外，通过对图2示出的电压外环控制模块201进行适当改造，可以在不进行电流内环控制的情况下仅对dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量和q轴分量进行电压外环控制，以获得调制电压的d轴分量和q轴分量。
返回参照如1，在步骤S106，根据虚拟内电势相位以及调制电压的d轴分量和q轴分量，控制风力发电机组的并网点的注入电压。
根据本公开的实施例，可基于dq坐标系下的虚拟内电势相位将调制电压的d轴分量和q轴分量转换为abc坐标系下的三相电压。例如，参照图2，可通过dq/abc转换模块203基于dq坐标系下的虚拟内电势相位θ将调制电压的d轴分量umd和q轴分量umq转换为abc坐标系下的三相电压，然后输入至SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)模块204，进行空间矢量脉宽调制。经过空间矢量脉宽调制后的三相电压可输入至变流器205，进而用于控制风力发电机组的并网点的注入电压。
如上所述，可基于直流母线电压、dq坐标系下的并网电流等变量，利用PID控制器和虚拟阻抗模块，获得dq坐标系下的调制电压和虚拟内电势相位，以便用于控制风力发电机组的并网点的注入电压。通过根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法，可以实现稳定有效地控制电压源型风力发电机组的并网点的注入电压，适当提高整个系统的阻尼，同时适当地降低有功功率和无功功率的耦合程度。此外，通过使用PID控制器调整直流母线电压偏差，可解决风力发电机组的频率适应性和参数鲁棒性差的问题，通过引入PSS稳定器，可提高风力发电机组的系统稳定性。
在本公开的实施例中，风力发电机组可以是电压源型风力发电机组，但是本公开不限于此。
在图2所示的控制系统中，在电压外环控制的输入端添加了虚拟阻抗模块的控制。经过电压外环和电流内环控制，变流器在稳态下达到的控制效果为：并网点电压的dq轴分量与控制系统的dq电压参考值相等。由于静止abc坐标系和旋转dq坐标系之间的数学映射关系，在控制系统的dq轴电压参考值中附加的虚拟阻抗，等效于在变流器并网点串联了虚拟阻抗，如图4所示。
图4是根据本公开的实施例的等效拓扑图，其表示静止abc坐标系下的等效拓扑图。
参照图4，udc(t)表示随时间t变化的直流母线电压，ia、ib和ic表示流过滤波电感Lf的三相电流。
在加入虚拟阻抗之前，控制的是滤波电容Cf上的三相电压ua、ub和uc。执行前述策略后，在主电路中引入了虚拟阻抗(Rv+jLv)，同时，电压控制点不再是滤波电容电压，而是并网点的三相电压(u'a,u'b,u'c)，也可表示为E∠δ。从图中可以看出，(u'a,u'b,u'c)和系统电源us之间增加了负的虚拟阻抗(-Rv-jLv)，负的虚拟电阻-Rv和虚拟感抗-Lv可以抵消输电线路的电阻R∑和感抗L∑，从而进一步实现有功功率和无功功率解耦。
但是，如果负的虚拟电阻-Rv和虚拟感抗-Lv取值不当，就会造成整个系统出现负阻尼，从而产生振荡风险。因此，为了提高系统阻尼，需要引入正的虚拟电阻+Rv和虚拟感抗+Lv，在不增加有功功率和无功功率耦合程度的前提下，适当增加系统的正阻尼。为了在E∠δ和系统电源us之间引入正的虚拟电阻+Rv和虚拟感抗+Lv，(u'a,u'b,u'c)左侧和右侧的虚拟电阻和虚拟感抗的符号可以取反，及在主电路中引入了负的虚拟阻抗(-Rv-jLv)。
如上所述，可通过在主电路中引入正的虚拟阻抗提高控制系统的稳定性。此外，可在控制系统的稳定性较为充足但是输电线路阻抗偏大的情况下，在主电路中引入负的虚拟阻抗。如此，可以通过引入虚拟阻抗来改善系统的动态性能。
图5是根据本公开的实施例的风力发电机组的控制装置的框图。根据本公开的实施例的风力发电机组的控制装置500可设置在风电场的中央控制器中、风力发电机组的主控制中，还可设置在与风力发电机组通信的任何其它计算装置中。在本公开的实施例中，风力发电机组可以是电压源型风力发电机组。
控制装置500可包括有功功率偏差获取单元501、虚拟角频率偏差确定单元502、虚拟内电势相位确定单元503、虚拟阻抗处理单元504、调制电压获取单元505和电压控制单元506。
有功功率偏差获取单元501被配置为通过对风力发电机组的直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差进行比例积分微分运算来获取有功功率偏差。这里，直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差可以是直流母线电压测量值与直流母线电压参考值的差值或平方差值。
虚拟角频率偏差确定单元502被配置为基于有功功率偏差，确定虚拟角频率偏差。根据本公开的实施例，虚拟角频率偏差确定单元502可将有功功率偏差直接输入至一阶低通滤波器，以获取一阶低通滤波器的输出，作为虚拟角频率偏差。可选择地，虚拟角频率偏差确定单元502可将有功功率偏差与机侧有功功率之和输入至一阶低通滤波器，以获取一阶低通滤波器的输出，作为虚拟角频率偏差，或者可将有功功率偏差与网侧有功功率之差输入至一阶低通滤波器，以获取一阶低通滤波器的输出，作为虚拟角频率偏差。
虚拟内电势相位确定单元503被配置为基于虚拟角频率偏差，确定虚拟内电势相位。根据本公开的实施例，虚拟内电势相位确定单元503可基于虚拟角频率偏差和电网的额定角频率，确定虚拟角频率，并基于虚拟角频率确定虚拟内电势相位。
虚拟阻抗处理单元504被配置为通过将dq坐标系下的并网电流输入至虚拟阻抗模块，获得d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出。
调制电压获取单元505被配置为基于虚拟角频率偏差、风力发电机组的无功功率设定值、无功功率测量值、电网的额定电压幅值以及d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出，确定调制电压的d轴分量和q轴分量。根据本公开的实施例，调制电压获取单元505可首先基于虚拟角频率偏差确定交流母线电压的第一扰动量，并且通过将无功功率设定值与无功功率测量值之间的偏差乘以无功下垂系数，确定交流母线电压的第二扰动量。随后，调制电压获取单元505可基于交流母线电压的第一扰动量、交流母线电压的第二扰动量、电网的额定电压幅值以及d轴虚拟阻抗输出，确定dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量，并且根据q轴虚拟阻抗输出，确定dq坐标系下的并网参考电压的q轴分量。最后，调制电压获取单元505可基于dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量和q轴分量，确定调制电压的d轴分量和q轴分量。
这里，调制电压获取单元505可对dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量和q轴分量进行电压外环控制，以获得调制电压的d轴分量和q轴分量；调制电压获取单元505可对对dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量和q轴分量进行电压外环控制，以获得调制电压的d轴分量和q轴分量；或者，调制电压获取单元505可通过对虚拟角频率偏差进行复位处理、放大处理和相位补偿处理中的至少一个来确定交流母线电压的第一扰动量。
电压控制单元506被配置为根据虚拟内电势相位以及调制电压的d轴分量和q轴分量，控制风力发电机组的并网点的注入电压。
可参照图1至图4描述的根据本公开的风力发电机组的控制方法来理解控制装置5中的各个单元的操作，为了简洁在此不再赘述。
根据本公开的实施例，还可提供一种存储指令的计算机可读存储介质，其中，当指令被至少一个处理器运行时，促使至少一个处理器执行根据本公开的风力发电机组的控制方法。这里的计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪存、非易失性存储器、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、蓝光或光盘存储器、硬盘驱动器(HDD)、固态硬盘(SSD)、卡式存储器(诸如，多媒体卡、安全数字(SD)卡或极速数字(XD)卡)、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其他装置，所述任何其他装置被配置为以非暂时性方式存储计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将所述计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机能执行所述计算机程序。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，此外，在一个示例中，计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统上，使得计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构通过一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。
图6是根据本公开的实施例的计算装置的框图。
参照图6，根据本公开的实施例的计算装置600可包括存储器601和处理器602，在存储器601上存储有计算机程序，当计算机程序被处理器602执行时，实现根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法。
在本公开的实施例中，当所述计算机程序被处理器602执行时，可实现参照图1至图4描述的风力发电机组的控制方法的操作：通过对风力发电机组的直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差进行比例积分微分运算来获取有功功率偏差；基于有功功率偏差，确定虚拟角频率偏差；基于虚拟角频率偏差，确定虚拟内电势相位；通过将dq坐标系下的并网电流输入至虚拟阻抗模块，获得d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出；基于虚拟角频率偏差、风力发电机组的无功功率设定值、无功功率测量值、电网的额定电压幅值以及d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出，确定调制电压的d轴分量和q轴分量；根据虚拟内电势相位以及调制电压的d轴分量和q轴分量，控制风力发电机组的并网点的注入电压。
图6示出的计算装置仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
以上已参照图1至图6描述了根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法、控制装置、计算机可读存储介质、计算装置。然而，应该理解的是：图5中所示的控制装置及其各个单元可分别被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，图6中所示的计算装置并不限于包括以上示出的组件，而是可根据需要增加或删除一些组件，并且以上组件也可被组合。
采用根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法和控制装置，至少可以实现以下技术效果之一：综合考虑电网稳定性、有功功率与无功功率的耦合等多种因素，通过在直流母线电压的动态变化过程中控制风力发电机组的并网点的注入电压，改善电网的稳定性以及有功功率与无功功率的耦合等，例如，可以实现稳定有效地控制电压源型风力发电机组的并网点的注入电压，适当提高整个系统的阻尼，同时适当地降低有功功率和无功功率的耦合程度；通过对风力发电机组的直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差进行比例积分微分运算，提高了风力发电机组的频率适应性、参数鲁棒性以及抑制偏差速度；通过在无功电压下垂控制中引入模拟电力系统PSS稳定器，提高了风力发电机组的电力系统稳定性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (15)

1.一种风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
通过对风力发电机组的直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差进行比例积分微分运算来获取有功功率偏差；
基于有功功率偏差，确定虚拟角频率偏差；
基于虚拟角频率偏差，确定虚拟内电势相位；
通过将dq坐标系下的并网电流输入至虚拟阻抗模块，获得d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出；
基于虚拟角频率偏差、风力发电机组的无功功率设定值、无功功率测量值、电网的额定电压幅值以及d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出，确定调制电压的d轴分量和q轴分量；
根据虚拟内电势相位以及调制电压的d轴分量和q轴分量，控制风力发电机组的并网点的注入电压。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述确定调制电压的d轴分量和q轴分量的步骤，包括：
基于虚拟角频率偏差确定交流母线电压的第一扰动量；
通过将无功功率设定值与无功功率测量值之间的偏差乘以无功下垂系数，确定交流母线电压的第二扰动量；
基于交流母线电压的第一扰动量、交流母线电压的第二扰动量、电网的额定电压幅值以及d轴虚拟阻抗输出，确定dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量；
根据q轴虚拟阻抗输出，确定dq坐标系下的并网参考电压的q轴分量；
基于dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量和q轴分量，确定调制电压的d轴分量和q轴分量。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述基于dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量和q轴分量，确定调制电压的d轴分量和q轴分量的步骤，包括：
对dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量和q轴分量仅进行电压外环控制，或者进行电压外环控制与电流内环控制，以获得调制电压的d轴分量和q轴分量。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述基于虚拟角频率偏差确定交流母线电压的第一扰动量的步骤，包括：
通过对虚拟角频率偏差进行复位处理、放大处理和相位补偿处理中的至少一个来确定交流母线电压的第一扰动量。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述基于有功功率偏差，确定虚拟角频率偏差的步骤，包括：
将有功功率偏差直接输入至一阶低通滤波器，以获取一阶低通滤波器的输出，作为虚拟角频率偏差；
将有功功率偏差与机侧有功功率之和输入至一阶低通滤波器，以获取一阶低通滤波器的输出，作为虚拟角频率偏差；或者
将有功功率偏差与网侧有功功率之差输入至一阶低通滤波器，以获取一阶低通滤波器的输出，作为虚拟角频率偏差。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述基于虚拟角频率偏差，确定虚拟内电势相位的步骤，包括：
基于虚拟角频率偏差和电网的额定角频率，确定虚拟角频率；
基于虚拟角频率确定虚拟内电势相位。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述风力发电机组是电压源型风力发电机组。
8.一种风力发电机组的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：
有功功率偏差获取单元，被配置为通过对风力发电机组的直流母线电压测量值与直流母线电压参考值之间的偏差进行比例积分微分运算来获取有功功率偏差；
虚拟角频率偏差确定单元，被配置为基于有功功率偏差，确定虚拟角频率偏差；
虚拟内电势相位确定单元，被配置为基于虚拟角频率偏差，确定虚拟内电势相位；
虚拟阻抗处理单元，被配置为通过将dq坐标系下的并网电流输入至虚拟阻抗模块，获得d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出；
调制电压获取单元，被配置为基于虚拟角频率偏差、风力发电机组的无功功率设定值、无功功率测量值、电网的额定电压幅值以及d轴虚拟阻抗输出和q轴虚拟阻抗输出，确定调制电压的d轴分量和q轴分量；
电压控制单元，被配置为根据虚拟内电势相位以及调制电压的d轴分量和q轴分量，控制风力发电机组的并网点的注入电压。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述调制电压获取单元被配置为：
基于虚拟角频率偏差确定交流母线电压的第一扰动量；
通过将无功功率设定值与无功功率测量值之间的偏差乘以无功下垂系数，确定交流母线电压的第二扰动量；
基于交流母线电压的第一扰动量、交流母线电压的第二扰动量、电网的额定电压幅值以及d轴虚拟阻抗输出，确定dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量；
根据q轴虚拟阻抗输出，确定dq坐标系下的并网参考电压的q轴分量；
基于dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量和q轴分量，确定调制电压的d轴分量和q轴分量。
10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述调制电压获取单元还被配置为：
对dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量和q轴分量进行电压外环控制，以获得调制电压的d轴分量和q轴分量；
对dq坐标系下的并网参考电压的d轴分量和q轴分量进行电压外环控制和电流内环控制，以获得调制电压的d轴分量和q轴分量；或者，
通过对虚拟角频率偏差进行复位处理、放大处理和相位补偿处理中的至少一个来确定交流母线电压的第一扰动量。
11.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述虚拟角频率偏差确定单元被配置为：
将有功功率偏差直接输入至一阶低通滤波器，以获取一阶低通滤波器的输出，作为虚拟角频率偏差；
将有功功率偏差与机侧有功功率之和输入至一阶低通滤波器，以获取一阶低通滤波器的输出，作为虚拟角频率偏差；或者
将有功功率偏差与网侧有功功率之差输入至一阶低通滤波器，以获取一阶低通滤波器的输出，作为虚拟角频率偏差。
12.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述虚拟内电势相位确定单元被配置为：
基于虚拟角频率偏差和电网的额定角频率，确定虚拟角频率；
基于虚拟角频率确定虚拟内电势相位。
13.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，
所述风力发电机组是电压源型风力发电机组。
14.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的风力发电机组的控制方法。
15.一种计算装置，其特征在于，所述计算装置包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7中任一项所述的风力发电机组的控制方法。
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