CN116418028A - 构网型风力发电机组的电压控制方法及装置 - Google Patents

构网型风力发电机组的电压控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

提供一种构网型风力发电机组的电压控制方法及装置。该构网型风力发电机组的电压控制方法包括：获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量；基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值，其中，所述自同步功率环包括直流电容自同步功率环；基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率；基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制。

Description

构网型风力发电机组的电压控制方法及装置
技术领域
本公开涉及风力发电技术领域。更具体地，本公开涉及一种构网型风力发电机组的电压控制方法及装置。
背景技术
随着风电装机容量的不断增长，风力发电在电力系统电源中的比例不断攀升，传统的基于功率控制策略的风力发电不具备电网构建以及支撑能力，而且由于电力电子化新能源系统缺少旋转惯量以及备用容量较少而导致电网稳定性下降。高比例新能源、高比例电力电子设备化的具有“双高”特征的新型电网对风电提出了更高的支撑要求。为了解决这一问题，构网型新能源控制技术的提出，让电力电子装置具有同步发电机并网运行的惯性和阻尼等特性，以及有功调频、无功调压特性等稳态特性。构网型新能源控制技术的核心在于模拟同步发电机的转子运动方程作为变流器的并网同步单元，并同时实现有功功率的控制，在风电、光伏等应用场景都需要在功率同步环中引入电网额定频率作为并网同步的基准参考信号同时直流电压也需要跟踪控制，不同的功率同步实现方式下频率变化跟直流电压控制变化的映射方式不同，直流电压稳定性控制效果也不同，但是本质上都是相同的，都是频率的变化会对直流电压的跟踪控制产生影响，对系统的稳定性产生影响。
发明内容
本公开的示例性实施例在于提供一种构网型风力发电机组的电压控制方法及装置，以提高电压控制效果。
根据本公开的示例性实施例，提供一种构网型风力发电机组的电压控制方法，包括：获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量；基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值，其中，所述自同步功率环包括直流电容自同步功率环；基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率；基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制。
可选地，获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量的步骤可包括：通过卡尔曼滤波器从所述电网的电压中提取所述电压的正序分量和所述电压的负序分量，其中，所述电压包括三相电压；将提取出的所述电压的正序分量作为所述电压基波分量。
可选地，基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值的步骤可包括：基于所述电网电压基波分量确定所述电网的角频率；将所述电网的角频率确定为所述角频率基准值。
可选地，基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率的步骤可包括：计算所述构网型风力发电机组的直流母线电压与参考电压之间的电压偏差；基于所述电压偏差确定所述自同步功率环的角频率偏差；对所述角频率偏差值和所述电网的角频率进行求和计算，将计算结果确定为所述自同步功率环的角频率。
可选地，基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制的步骤可包括：计算与所述自同步功率环的角频率相应的相角；基于所述相角控制所述构网型风力发电机组的直流母线电压。
根据本公开的示例性实施例，提供一种构网型风力发电机组的电压控制装置，包括：电压分量获取单元，被配置为获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量；基准值确定单元，被配置为基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值，其中，所述自同步功率环包括直流电容自同步功率环；角频率确定单元，被配置为基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率；和电压控制单元，被配置为基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制。
可选地，电压分量获取单元可包括卡尔曼滤波器，其中，所述卡尔曼滤波器用于从所述电网的电压中提取所述电压的正序分量和所述电压的负序分量；以及将提取出的所述电压的正序分量作为所述电压基波分量，其中，所述电压包括三相电压。
可选地，所述电压控制装置设置在构网型风力发电机组的变流器控制器中。
可选地，基准值确定单元可被配置为：基于所述电网电压基波分量确定所述电网的角频率；将所述电网的角频率确定为所述角频率基准值。
可选地，角频率确定单元可被配置为：计算所述构网型风力发电机组的直流母线电压与参考电压之间的电压偏差；基于所述电压偏差确定所述自同步功率环的角频率偏差；对所述角频率偏差值和所述电网的角频率进行求和计算，将计算结果确定为所述自同步功率环的角频率。
可选地，电压控制单元可被配置为：计算与所述自同步功率环的角频率相应的相角；基于所述相角控制所述构网型风力发电机组的直流母线电压。
根据本公开的示例性实施例，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制方法。
根据本公开的示例性实施例，提供一种计算装置，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述至少一个处理器执行时，实现根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制方法。
可选地，所述计算装置设置在构网型风力发电机组的变流器控制器中。
根据本公开的示例性实施例，提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品中的指令可由计算机设备的处理器执行以完成根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制方法。
根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制方法及装置，通过首先获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量，基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值，基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率，然后基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制，从而通过提高电网稳态频率跟踪的效果，实现了稳定地控制接入电网的构网型风力发电机组的直流母线电压。
将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本公开的示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制方法的流程图；
图2示出自同步功率环的原理图；
图3示出根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制装置的框图；和
图4示出根据本公开的示例性实施例的计算装置的示意图。
具体实施方式
现将详细参照本公开的示例性实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本公开。
在风电场中，电网实时频率与电网额定频率之间的频率偏差变大会导致连接到电网的风力发电机组的直流母线电压高于参考值，轻则触发制动回路，重则导致直流过电压损坏器件；电网实时频率与电网额定频率之间的频率偏差变小会导致直流电压低于参考值，轻则造成脉冲宽度(PWM)调制过调制，重则导致直流欠电压保护停机。
在一种相关技术中，采用惯性同步方式进行功率同步。在惯性同步方式中，为了解决稳定频率与额定理想频率的偏差引起的直流母线电压控制偏差，引入了其他控制环节，带来了系统控制的复杂性，降低了系统控制的稳定性。
在一种相关技术中，采用直流电容自同步方式进行功率同步。在直流电容自同步中，为了解决稳定频率与额定理想频率的偏差引起的直流母线电压控制偏差，引入了频率补偿环节，利用锁相环(Phase Locked Loop，简称PLL)或者锁频环(Frequency LockedLoop，简称FLL)跟踪监控稳态频率作为额定频率的补偿量，但是传统PLL或者FLL在弱电网下的不稳定性导致稳态频率的跟踪监控效果不太理想。
本公开提出了一种基于卡尔曼滤波器的稳态频率跟踪方法，用于提高在复杂电网中的频率跟踪效果。在基于卡尔曼滤波器的稳态频率跟踪方法的基础上，提出一种构网型风力发电机组的电压控制方法。在所述构网型风力发电机组的电压控制方法中，通过实时电网基准频率的跟踪补偿，构网型风机自同步功率环可以稳定地将直流电压控制在给定值。
图1示出根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制方法的流程图。
参照图1，在步骤S101，获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量。
在本公开的示例性实施例中，在获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量时，可首先通过卡尔曼滤波器从构网型风力发电机组所连接的电网的电压中提取所述电压的正序分量和所述电压的负序分量，然后将提取出的所述电压的正序分量作为所述电压基波分量。这里，所述电压包括三相电压。
具体来说，卡尔曼滤波器将状态空间引入递推过程，在时域内进行计算，且易于用微处理器实现，通过实时更新均值和协方差执行滤波过程，以最小二乘法通过递归形式，用当前的测量值和上一时刻的观测状态量得到系统当前的状态估计值，因此卡尔曼滤波器是一个线性最优估计器，相比传统的频率检测方法具有检测精度高、检测速度快等优点。
在本公开的示例性实施例中，所述构网型风力发电机组可包括构网型构网型风力发电机组。
在步骤S102，基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值。这里，所述自同步功率环包括直流电容自同步功率环。
在本公开的示例性实施例中，在基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值时，可首先基于所述电网电压基波分量确定构网型风力发电机组所连接的电网的角频率，然后将构网型风力发电机组所连接的电网的确定为所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值。例如，可通过将所述电网电压基波分量输入到锁相环来得到构网型风力发电机组所连接的电网的角频率。
在一个示例中，可使用基于卡尔曼滤波器的锁相环来执行步骤S101和步骤S102。首先将构网型风力发电机组所连接的电网的电压输入到基于卡尔曼滤波器的锁相环，然后基于卡尔曼滤波器的锁相环可输出构网型风力发电机组所连接的电网的角频率，将基于卡尔曼滤波器的锁相环输出的角频率作为所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值。
在步骤S103，基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率。
在本公开的示例性实施例中，在基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率时，可首先计算所述构网型风力发电机组的直流母线电压与参考电压之间的电压偏差，基于所述电压偏差确定所述自同步功率环的角频率偏差，然后对所述角频率偏差值和所述电网的角频率进行求和计算，将计算结果确定为所述自同步功率环的角频率。
在步骤S104，基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制。
在本公开的示例性实施例中，在基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制时，可首先计算与所述自同步功率环的角频率相应的相角，基于所述相角控制所述自同步功率环的直流电压，然后基于所述自同步功率环的直流电压对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制。
图2示出自同步功率环的原理图。如图2所示，将构网型风力发电机组所连接的电网的电压Vabc输入到基于卡尔曼滤波器的锁相环PLL或者基于卡尔曼滤波器的锁频环FLL，PLL/FLL可输出所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值ωg。计算所述构网型风力发电机组的直流母线电压Vdc和参考电压Vdcref之间的差值(Vdc-Vdcref)，即，电压偏差，将电压偏差(Vdc-Vdcref)输入到H(s)函数中，得到所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率偏差Δω。之后，计算角频率基准值ωg和角频率偏差Δω的和(ωg+Δω)，将(ωg+Δω)输入到G(s)函数中，得到自同步功率环的角频率，最后将得到的角频率转换为相角，用于控制所述自同步功率环的直流电压。
根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制方法，基于卡尔曼滤波器检测跟踪电网实时频率的方法，在构网型风机自同步功率环中作为频率的基准补偿频率用于控制系统中，可以保证直流电压的跟踪稳定性，避免电网实时频率与理想频率的偏差引起的直流母线电压的控制偏差，从而避免电网实时频率与电网额定频率之间的频率偏差变大而引起直流电压高于参考值导致的触发制动回路或者直流过电压损坏器件，并且避免电网实时频率与电网额定频率之间的频率偏差变小而引起直流电压低于参考值导致的脉冲宽度(PWM)调制过调制或者直流欠电压保护停机。
此外，根据本公开的示例性实施例，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被执行时，实现根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制方法。
在本公开的示例性实施例中，所述计算机可读存储介质可承载有一个或者多个程序，当所述计算机程序被执行时可实现以下步骤：获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量；基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值；其中，所述自同步功率环包括直流电容自同步功率环；基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率；基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制。
计算机可读存储介质例如可以是，但不限于，电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储计算机程序的有形介质，该计算机程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。计算机可读存储介质上包含的计算机程序可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质可以包含在任意装置中；也可以单独存在，而未装配入该装置中。
此外，根据本公开的示例性实施例，还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品中的指令可由计算机设备的处理器执行以完成根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制的方法。
以上已经结合图1至图2对根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制方法进行了描述。在下文中，将参照图3对根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制装置及其单元进行描述。
图3示出根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制装置的框图。
参照图3，构网型风力发电机组的电压控制装置包括电压分量获取单元31、基准值确定单元32、角频率确定单元33和电压控制单元34。
在本公开的示例性实施例中，所述电压控制装置可设置在构网型风力发电机组的变流器控制器中。
电压分量获取单元31被配置为获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量。
在本公开的示例性实施例中，电压分量获取单元31可包括卡尔曼滤波器。所述卡尔曼滤波器用于从所述电网的电压中提取所述电压的正序分量和所述电压的负序分量；以及将提取出的所述电压的正序分量作为所述电压基波分量。这里，所述电压包括三相电压。
在本公开的示例性实施例中，所述构网型风力发电机组可包括构网型构网型风力发电机组。
基准值确定单元32被配置为基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值，其中，所述自同步功率环包括直流电容自同步功率环。
在本公开的示例性实施例中，基准值确定单元32可被配置为：基于所述电网电压基波分量确定所述电网的角频率；将所述电网的角频率确定为所述角频率基准值。
角频率确定单元33被配置为基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率。
在本公开的示例性实施例中，角频率确定单元33可被配置为：计算所述构网型风力发电机组的直流母线电压与参考电压之间的电压偏差；基于所述电压偏差确定所述自同步功率环的角频率偏差；对所述角频率偏差值和所述电网的角频率进行求和计算，将计算结果确定为所述自同步功率环的角频率。
电压控制单元34被配置为基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制。
在本公开的示例性实施例中，电压控制单元34可被配置为：计算与所述自同步功率环的角频率相应的相角；基于所述相角控制所述构网型风力发电机组的直流母线电压。
以上已经结合图3对根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制装置进行了描述。接下来，结合图4对根据本公开的示例性实施例的计算装置进行描述。
图4示出根据本公开的示例性实施例的计算装置的示意图。
参照图4，根据本公开的示例性实施例的计算装置4，包括存储器41和处理器42，所述存储器41上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器42执行时，实现根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制方法。
在本公开的示例性实施例中，当所述计算机程序被处理器42执行时，可实现以下步骤：获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量；基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值；其中，所述自同步功率环包括直流电容自同步功率环；基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率；基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制。
在本公开的示例性实施例中，所述计算装置可设置在构网型风力发电机组的变流器控制器中。
图4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4描述了根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制方法及装置。然而，应该理解的是：图3中所示的构网型风力发电机组的电压控制装置及其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4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。
根据本公开的示例性实施例的构网型风力发电机组的电压控制方法及装置，通过首先获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量，基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值，基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率，然后基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制，从而通过提高电网稳态频率跟踪的效果，实现了稳定地控制接入电网的构网型风力发电机组的直流母线电压。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本公开，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (11)

1.一种构网型风力发电机组的电压控制方法，其特征在于，包括：
获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量；
基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值，其中，所述自同步功率环包括直流电容自同步功率环；
基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率；
基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制。
2.根据权利要求1所述的电压控制方法，其特征在于，获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量的步骤包括：
通过卡尔曼滤波器从所述电网的电压中提取所述电压的正序分量和所述电压的负序分量，其中，所述电压包括三相电压；
将提取出的所述电压的正序分量作为所述电压基波分量。
3.根据权利要求1所述的电压控制方法，其特征在于，基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值的步骤包括：
基于所述电网电压基波分量确定所述电网的角频率；
将所述电网的角频率确定为所述角频率基准值。
4.根据权利要求1所述的电压控制方法，其特征在于，基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率的步骤包括：
计算所述构网型风力发电机组的直流母线电压与参考电压之间的电压偏差；
基于所述电压偏差确定所述自同步功率环的角频率偏差；
对所述角频率偏差值和所述电网的角频率进行求和计算，将计算结果确定为所述自同步功率环的角频率。
5.根据权利要求1所述的电压控制方法，其特征在于，基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制的步骤包括：
计算与所述自同步功率环的角频率相应的相角；
基于所述相角控制所述构网型风力发电机组的直流母线电压。
6.一种构网型风力发电机组的电压控制装置，其特征在于，包括：
电压分量获取单元，被配置为获取构网型风力发电机组所连接的电网的电压基波分量；
基准值确定单元，被配置为基于所述电压基波分量确定所述构网型风力发电机组的自同步功率环的角频率基准值，其中，所述自同步功率环包括直流电容自同步功率环；
角频率确定单元，被配置为基于所述角频率基准值确定所述自同步功率环的角频率；和
电压控制单元，被配置为基于所述自同步功率环的角频率对所述构网型风力发电机组的直流母线电压进行控制。
7.根据权利要求6所述的电压控制装置，其特征在于，电压分量获取单元包括卡尔曼滤波器；所述卡尔曼滤波器用于从所述电网的电压中提取所述电压的正序分量和所述电压的负序分量；以及将提取出的所述电压的正序分量作为所述电压基波分量，其中，所述电压包括三相电压。
8.根据权利要求6所述的电压控制装置，其特征在于，所述电压控制装置设置在构网型风力发电机组的变流器控制器中。
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至5中任一项所述的构网型风力发电机组的电压控制方法。
10.一种计算装置，其特征在于，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所述处理器执行时，实现权利要求1至5中任一项所述的构网型风力发电机组的电压控制方法。
11.根据权利要求10所述的计算装置，其特征在于，所述计算装置设置在构网型风力发电机组的变流器控制器中。
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