CN117439114A - 一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，包括以下步骤：采集直流电压信号，对所述直流电压信号进行比例积分和坐标变换处理后，得到机侧电压调制信号，实现对机侧变流器的控制；阻尼补偿模块采集交流电压信号，对所述交流电压信号进行低通滤波、带通滤波和高通滤波，对滤波后的交流电压信号进行调理，得到各频段调理后的信号；网侧控制模块采用基于虚拟同步控制的构网型控制策略，通过引入阻尼补偿模块得到的各频段调理后的信号，得到网侧调制信号，实现对网侧变流器的控制。
Description
技术领域
本发明涉及构网型直驱风机控制领域，具体涉及一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法及系统。
背景技术
近年来，随着电力电子装置不断接入电网，传统电力系统逐步转变为电力电子化的电力系统。为了实现高效率、低损耗的风力发电，风机逐步通过电力电子器件实现并网，直驱风机采用无刷结构，易于后期维护，具有效率高、可靠性强等优点，得到了大量关注并被广泛使用。
当直驱风机经过并网变流器接入电网后，电力电子器件之间、电力电子器件与发电机之间会造成不同时间尺度的宽频振荡。不同频率段的振荡不仅会对公用电网造成很严重的谐波污染，而且会导致各种储能元件积累较大能量导致设备或电路击穿。在大量地区电力系统已经发生过不同频率段的振荡。多时间尺度的宽频振荡会对直驱风机、电力电子器件以及电力系统都会产生十分严重的影响，更严重的可能造成电力系统崩溃。
构网型直驱风机相比跟网型直驱风机，可以对系统电压和频率的动态响应提供主动支撑。由于振荡并非某个环节单独的问题，而是平衡宽频带阻尼、兼顾暂态需求之后多控制环路耦合的结果，不同的控制结构有不同的宽频阻尼特性，而构网型直驱风机的控制结构十分复杂，各个控制环路之间存在着不同时间尺度的过渡，接入电网后很容易引起多时间尺度的宽频振荡，但目前常见的构网型控制回路无法抑制宽频振荡。因此，亟需设计一种抑制构网型直驱风机宽频振荡的方法及系统。
发明内容
本发明提出了一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法及系统，解决了现有技术中的构网型控制回路无法抑制宽频振荡的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取构网型直驱风机直流电容上的直流电压信号，与设定直流电压信号相减得到直流电压误差信号，对所述直流电压误差信号进行比例积分计算后，得到q轴电流参考信号；
步骤S2：对所述q轴电流参考信号与设定的d轴电流参考信号，进行比例积分计算，得到dq两相旋转坐标系下的机侧电压调制信号，通过坐标变换将其转化为abc三相静止坐标系下的机侧电压调制信号，实现对机侧变流器的控制，当控制机侧变流器稳定后，执行步骤S3；
步骤S3：获取构网型直驱风机并网点的交流电压信号，对所述交流电压信号进行低通滤波、带通滤波和高通滤波，对滤波后的交流电压信号进行调理，得到调理后的虚拟功率信号、虚拟电压信号和虚拟电流信号；
步骤S4：获取构网型直驱风机并网点交流侧的电压角频率，将所述电压角频率与设定电压角频率作差，得到电压角频率误差信号，对所述电压角频率误差信号进行控制和补偿处理后，与所述虚拟功率信号相叠加，得到功率误差信号，对所述功率误差信号进行虚拟同步控制，得到并网点电压信号参考值；
步骤S5：对所述并网点电压信号参考值进行坐标变换后，与虚拟电压信号相叠加，对叠加后的信号进行比例积分处理，得到两相旋转坐标系下的三相全桥逆变电路的输出电流；
步骤S6：将所述输出电流与虚拟电流信号相叠加后，经过比例积分和坐标变换处理后得到网侧调制信号，实现对网侧变流器的控制。
优选地，步骤S1中所述比例积分计算的公式为：
；
式中，为设定直流电压信号；/>为直流电压信号；/>为比例系数；/>为积分系数；1/s为积分。
优选地，步骤S2中通过比例积分计算得到dq两相旋转坐标系下的机侧电压调制信号的公式为：
；
式中，、/>分别为机侧电压调制信号的dq轴分量；/>、/>分别表示定子绕组电流的dq轴分量；/>、/>分别表示定子绕组电流参考信号的dq轴分量；/>为转子角速度；、/>为定子dq轴电感；/>为定子磁链；/>、/>分别为比例系数和积分系数。
优选地，步骤S2中所述坐标变换的表达式为：
；
式中，、/>、/>分别表示abc坐标系下的参考电压分量；/>表示d轴与a轴的夹角。
优选地，步骤S3中对滤波后的交流电压信号进行调理的方法包括：将低频段的电压振荡信号与给定的虚拟电流信号相乘得到虚拟功率信号；将中频段的电压振荡信号与设定的比例系数相乘得到虚拟电压信号；将高频段的电压振荡信号与设定的虚拟导纳信号相乘得到虚拟电流信号。
优选地，步骤S4中对电压角频率误差信号进行控制和补偿的方法包括：对所述电压角频率误差信号进行二次调频，得到二次调频功率值，将二次调频功率值与功率设定值相加得到功率基准值，将功率基准值减去采集的功率信号得到功率误差信号，功率误差信号与虚拟功率信号相叠加得到调理后的功率误差信号用于后续计算，所述二次调频的公式为：
；
式中，、/>分别为二次调频的比例积分调节系数；/>为最大功率追踪器给出的有功功率参考值；/>为并网点交流侧的电压角频率；/>为并网点交流侧的设定电压角频率。
优选地，步骤S4中对所述调理后的功率误差信号进行虚拟同步控制包括功率-频率控制和电压控制，所述功率-频率控制的方程为：
；
式中，为生成的交流侧电压角频率的参考值；/>为生成的交流侧电压相位的参考值；/>为网侧逆变器实际输出有功功率；/>为网侧有功功率的参考值；/>为虚拟转子的转动惯量；/>为阻尼系数；
所述电压控制的方程为：
；
式中，为三相输出电压；/>为逆变器输出电压幅值；/>为励磁电流；/>为虚拟励磁互感；/>为并网点电压d轴分量的参考值；/>为并网点电压的d轴分量测量值；/>、/>分别为交流电压控制环节的比例、积分调节系数。
优选地，步骤S5中对并网点电压信号参考值进行比例积分处理的公式为：
；
式中，、/>分别为网侧换流器交流侧电流d轴和q轴分量的参考值；/>、/>分别为滤波电容入口侧电流d轴和q轴分量的测量值；/>为滤波电容；/>为并网点电压的q轴分量测量值；/>、/>分别为电压环的比例、积分控制系数；/>、/>分别为并网点电压参考值的d轴和q轴分量。
优选地，步骤S6中对叠加后的信号进行比例积分的公式为：
；
式中，、/>分别为电流环生成的网侧换流器交流侧电压参考值的d轴和q轴分量；/>、/>分别为电流环的比例、积分控制系数；/>、/>分别为网侧换流器交流侧电流d轴和q轴分量的测量值。
本发明还提供一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制系统，适用于上述的一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，包括机侧控制模块、网侧控制模块和阻尼补偿模块；
所述机侧控制模块采集直流电压信号，对所述直流电压信号进行比例积分和坐标变换处理后，得到机侧电压调制信号，实现对机侧变流器的控制；
所述阻尼补偿模块采集交流电压信号，对所述交流电压信号进行低通滤波、带通滤波和高通滤波，对滤波后的交流电压信号进行调理，得到调理后的虚拟功率信号、虚拟电压信号和虚拟电流信号；
所述网侧控制模块采用基于虚拟同步控制的构网型控制策略，通过引入阻尼补偿模块得到的各频段调理后的信号，得到网侧调制信号，实现对网侧变流器的控制。
本发明的有益效果至少包括：
1、通过改善构网型直驱风机的控制环路，在机侧变流器和网侧变流器控制环路的协同控制的基础上，对直驱风机的不同控制环路进行阻尼补偿，从各个频段共同抑制构网型直驱风机的宽频振荡；
2、机侧变流器采用直流电压控制，具有低延时等优势；网侧变流器采用基于虚拟同步控制的构网型控制策略，通过模拟同步发电机机械和电磁部分，使变流器具备了同步发电机的惯性阻尼特征；
3、将不同频段的调理信号进行处理后叠加至相应的控制环路，可以对不同频率段的信号进行调节，能够有效地抑制构网型直驱风机的宽频振荡，提高构网型直驱风机的安全性和稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例的构网型直驱风机并入电网的拓扑结构图；
图2为本发明实施例的方法流程示意图；
图3为本发明实施例的机侧变流器控制结构图；
图4为本发明实施例的宽频阻尼控制器结构图；
图5为本发明实施例的网侧变流器控制结构图；
图6为本发明实施例的直驱风机的构网型控制结构图。
具体实施方式
下面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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示为本发明实施例的构网型直驱风机并入电网的拓扑结构图，包括风力机1、永磁同步发电机2、三相全桥整流电路3、直流电容4、机侧控制电路5、网侧控制电路6、宽频阻尼控制器7、功率计算器8、三相全桥逆变电路9、滤波电感10、滤波电容11、电网等效阻抗12、交流电网13和最大功率追踪控制器14。
如图2所示，本发明实施例提供了一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取构网型直驱风机直流电容上的直流电压信号，与设定直流电压信号相减得到直流电压误差信号，对直流电压误差信号进行比例积分计算后，得到q轴电流参考信号。
具体地，如图3所示为机侧变流器控制结构图，机侧控制电路5包括减法器51、直流电压PI控制器52和矢量控制器53，减法器51将直流电压参考信号与直流电容4两端的直流电压信号/>相减得到直流电压误差信号510，直流电压PI控制器将减法器传递的直流电压误差信号510通过以下公式进行比例积分计算和处理后得到q轴电流参考信号520：
；
式中，为设定直流电压信号；/>为直流电压信号；/>为比例系数；/>为积分系数；1/s为积分。
步骤S2：对q轴电流参考信号与设定的d轴电流参考信号，进行比例积分计算，得到dq两相旋转坐标系下的机侧电压调制信号，通过坐标变换将其转化为abc三相静止坐标系下的机侧电压调制信号，实现对机侧变流器的控制。
矢量控制器53将直流电压PI控制器传递的q轴电流参考信号520与d轴电流参考信号进行比例积分和坐标变换等处理之后得到机侧调制信号530实现对机侧变流器的控制。
具体地，d轴电流参考信号为0，与得到的q轴电流参考信号/>分别进行比例积分计算后得到电压调制信号的d轴分量和q轴分量：
；
式中，、/>分别为机侧电压调制信号的dq轴分量；/>、/>分别表示定子绕组电流的dq轴分量；/>、/>分别表示定子绕组电流参考信号的dq轴分量；/>为转子角速度；、/>为定子dq轴电感；/>为定子磁链；/>、/>分别为比例系数和积分系数。
本发明实施例中将d轴电压分量和q轴电压分量通过坐标变换将dq两相旋转坐标系下的电压调制信号转化为abc三相静止坐标系下的电压调制信号的表达式为：
；
式中，、/>、/>分别表示abc坐标系下的电压分量；/>、/>分别表示dq坐标系下的电压分量；/>表示d轴与a轴的夹角。
步骤S3：获取构网型直驱风机并网点的交流电压信号，对交流电压信号进行低通滤波、带通滤波和高通滤波，对滤波后的交流电压信号进行调理，得到调理后的虚拟功率信号、虚拟电压信号和虚拟电流信号。
如图4所示为宽频阻尼控制器结构图，宽频阻尼控制器7包括低通滤波器71、虚拟电流控制器72、带通滤波器73、比例控制器74、高通滤波器75和虚拟导纳控制器76。
低通滤波器71的作用是将采集到的并网点电压信号uabc进行低通滤波后得到滤波后的低频段电压振荡信号710，滤波后的低频段电压振荡信号710与虚拟电流控制器72给出的虚拟电流信号相乘之后得到调理后的虚拟功率信号720，调理后的虚拟功率信号720后续将叠加到功率控制器的参考指令中。
带通滤波器73的作用是将采集到的并网点电压信号uabc进行带通滤波后得到滤波后的中频段电压振荡信号730，滤波后的中频段电压振荡信号730与比例控制器给出的比例系数相乘之后得到调理后的虚拟电压信号740，调理后的虚拟电压信号740后续将叠加到电压控制器的参考指令中。
高通滤波器75的作用是将采集到的并网点电压信号uabc进行高通滤波后得到滤波后的高频段电压振荡信号750，滤波后的高频段电压振荡信号750与虚拟导纳控制器76给出的虚拟导纳信号相乘之后得到调理后的虚拟电流信号760，调理后的虚拟电流信号760后续将叠加到电流控制器的参考指令中。
虚拟电流控制器72、比例控制器74、和虚拟导纳控制器76生成的虚拟电流信号、比例系数和虚拟导纳信号根据系统需要调节，得到合适大小的信号是为了给系统提供阻尼补偿，而这个系数需要根据振荡信号的振荡程度从而判断需要多少补偿量来确定，在调试过程中，将其控制在一个合适的范围内以保证系统的稳定以及振荡抑制。
步骤S4：获取构网型直驱风机并网点交流侧的电压角频率，将电压角频率与设定电压角频率作差，得到电压角频率误差信号，对电压角频率误差信号进行控制和补偿处理后，与虚拟功率信号相叠加，得到功率误差信号，对功率误差信号进行虚拟同步控制，得到并网点电压信号参考值。
如图5所示是网侧变流器控制结构图，网侧控制电路6包括直驱风机的构网型控制电路61、坐标变换器62、电压环控制电路63和电流环控制电路64。
如图6所示是直驱风机的构网型控制结构图，直驱风机的构网型控制电路61包括二次调频电路611、加法器612、减法器613、加法器614和虚拟同步控制电路615。
获取构网型直驱风机并网点交流侧的电压角频率，将电压角频率与设定电压角频率/>作差，得到电压角频率误差信号，为使负荷突变发生后系统频率能够最终回到初始值，本发明实施例在控制环节中增加二次调频的环节，二次调频电路611将电压角频率误差信号经过PI控制得到二次调频功率值6110：
；
式中，、/>分别为二次调频的比例积分调节系数；/>为最大功率追踪器给出的有功功率参考值；/>为并网点交流侧的电压角频率；/>为并网点交流侧的设定电压角频率。
二次调频功率值6110通过加法器612与最大功率追踪控制器14得到的功率设定值140相加得到功率基准值6120，功率基准值6120通过减法器613减去功率计算器8采集并网点电压信号得到的功率信号70得到功率误差信号6130，功率误差信号6130与调理后的虚拟功率信号720相叠加得到调理后的功率误差信号6140用于后续计算，调理后的功率误差信号6140输入到虚拟同步控制电路615参与计算后输出三相静止坐标系下的并网点电压信号参考值610。
具体地，虚拟同步控制包括功率-频率控制和电压控制，功率-频率控制的方程为：
；
式中，为生成的交流侧电压角频率的参考值；/>为生成的交流侧电压相位的参考值；/>为网侧逆变器实际输出有功功率；/>为网侧有功功率的参考值；/>为虚拟转子的转动惯量；/>为阻尼系数。
电压控制的方程为：
；
式中，为三相输出电压；/>为逆变器输出电压幅值；/>为励磁电流；/>为虚拟励磁互感；/>为并网点电压d轴分量的参考值；/>为并网点电压的d轴分量测量值；/>、/>分别为交流电压控制环节的比例、积分调节系数。
步骤S5：对并网点电压信号参考值进行坐标变换后，与虚拟电压信号相叠加，对叠加后的信号进行比例积分处理，得到两相旋转坐标系下的三相全桥逆变电路的输出电流。
具体地，坐标变换器62将三相静止坐标系下的并网点电压信号参考值610转化为两相旋转坐标系下的并网点电压信号参考值620，下式为三相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换式：
。
两相旋转坐标系下的并网点电压信号参考值620输入至电压环控制电路63处理后，得到两相旋转坐标系下的三相全桥逆变电路的输出电流630，电压环的数学模型如下式所示，采用PI控制电容电压以增强系统稳定性，输出量为内环电感电流参考值：
；
式中，、/>分别为网侧换流器交流侧电流d轴和q轴分量的参考值；/>、/>分别为滤波电容入口侧电流d轴和q轴分量的测量值；/>为滤波电容；/>为并网点电压的q轴分量测量值；/>、/>分别为电压环的比例、积分控制系数；/>、/>分别为并网点电压参考值的d轴和q轴分量。
两相旋转坐标系下的三相全桥逆变电路的输出电流630输入至电流环控制电路64经过控制和处理后，得到网侧调制信号640用于控制网侧变流器，电流环的数学模型如下式所示，采用PI控制器，输出逆变器端电压参考值作为SPWM控制输入量，采用电感电流反馈提高系统的响应速度、减小系统误差：
；
式中，、/>分别为电流环生成的网侧换流器交流侧电压参考值的d轴和q轴分量；/>、/>分别为电流环的比例、积分控制系数；/>、/>分别为网侧换流器交流侧电流d轴和q轴分量的测量值。
电流环得到的电压dq轴参考值经过上面相同的坐标变换，将dq两相旋转坐标系下的电压值转变为abc三相静止坐标系下的电压值。
步骤S6：将输出电流与虚拟电流信号相叠加后，经过比例积分和坐标变换处理后得到网侧调制信号，实现对网侧变流器的控制。
整个系统在机侧和网侧的控制下，可以实现机侧输送至网侧的功率平衡，功率平衡之后，对网侧施加控制几乎不影响机侧的稳定；在机侧稳定的基础上，通过宽频阻尼控制器给系统提供阻尼补偿，将补偿信号反馈至网侧控制，以免系统的复杂程度过大。
本发明实施例还提供了一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制系统，适用于上述的一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，包括机侧控制模块、网侧控制模块和阻尼补偿模块。
机侧控制模块采集直流电压信号，对直流电压信号进行比例积分和坐标变换处理后，得到机侧电压调制信号，实现对机侧变流器的控制；阻尼补偿模块采集交流电压信号，对交流电压信号进行低通滤波、带通滤波和高通滤波，对滤波后的交流电压信号进行调理，得到调理后的虚拟功率信号、虚拟电压信号和虚拟电流信号；网侧控制模块采用基于虚拟同步控制的构网型控制策略，通过引入阻尼补偿模块得到的各频段调理后的信号，得到网侧调制信号，实现对网侧变流器的控制。
本发明实施例中，对机侧变流器采用了直流电压控制，具有低延时等优势；网侧变流器采用基于虚拟同步控制的构网型控制策略，通过模拟同步发电机机械和电磁部分，使变流器具备了同步发电机的惯性阻尼特征，同时与最大功率追踪控制电路和电压电流双闭环矢量控制环路相配合，实现多时间尺度的过渡，通过宽频阻尼控制器将各个频段的信号处理后引入虚拟同步控制电路、电压环控制电路和电流环控制电路，对不同环路进行阻尼补偿，从而达到对各个频段振荡信号共同抑制的目的。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，仅表达了本发明的较佳实施例而已，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：获取构网型直驱风机直流电容上的直流电压信号，与设定直流电压信号相减得到直流电压误差信号，对所述直流电压误差信号进行比例积分计算后，得到q轴电流参考信号；
步骤S2：对所述q轴电流参考信号与设定的d轴电流参考信号，进行比例积分计算，得到dq两相旋转坐标系下的机侧电压调制信号，通过坐标变换将其转化为abc三相静止坐标系下的机侧电压调制信号，实现对机侧变流器的控制，当控制机侧变流器稳定后，执行步骤S3；
步骤S3：获取构网型直驱风机并网点的交流电压信号，对所述交流电压信号进行低通滤波、带通滤波和高通滤波，对滤波后的交流电压信号进行调理，得到调理后的虚拟功率信号、虚拟电压信号和虚拟电流信号；
步骤S4：获取构网型直驱风机并网点交流侧的电压角频率，将所述电压角频率与设定电压角频率作差，得到电压角频率误差信号，对所述电压角频率误差信号进行控制和补偿处理后，与所述虚拟功率信号相叠加，得到功率误差信号，对所述功率误差信号进行虚拟同步控制，得到并网点电压信号参考值；
步骤S5：对所述并网点电压信号参考值进行坐标变换后，与虚拟电压信号相叠加，对叠加后的信号进行比例积分处理，得到两相旋转坐标系下的三相全桥逆变电路的输出电流；
步骤S6：将所述输出电流与虚拟电流信号相叠加后，经过比例积分和坐标变换处理后得到网侧调制信号，实现对网侧变流器的控制。
2.根据权利要求1所述的一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，其特征在于：步骤S1中所述比例积分计算的公式为：
；
式中，为设定直流电压信号；/>为直流电压信号；/>为比例系数；/>为积分系数；1/s为积分。
3.根据权利要求1所述的一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，其特征在于：步骤S2中通过比例积分计算得到dq两相旋转坐标系下的机侧电压调制信号的公式为：
；
式中，、/>分别为机侧电压调制信号的dq轴分量；/>、/>分别表示定子绕组电流的dq轴分量；/>、/>分别表示定子绕组电流参考信号的dq轴分量；/>为转子角速度；/>、/>为定子dq轴电感；/>为定子磁链；/>、/>分别为比例系数和积分系数。
4.根据权利要求3所述的一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，其特征在于：步骤S2中所述坐标变换的表达式为：
；
式中，、/>、/>分别表示abc坐标系下的参考电压分量；/>表示d轴与a轴的夹角。
5.根据权利要求1所述的一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，其特征在于：步骤S3中对滤波后的交流电压信号进行调理的方法包括：将低频段的电压振荡信号与给定的虚拟电流信号相乘得到虚拟功率信号；将中频段的电压振荡信号与设定的比例系数相乘得到虚拟电压信号；将高频段的电压振荡信号与设定的虚拟导纳信号相乘得到虚拟电流信号。
6.根据权利要求1所述的一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，其特征在于：步骤S4中对电压角频率误差信号进行控制和补偿的方法包括：对所述电压角频率误差信号进行二次调频，得到二次调频功率值，将二次调频功率值与功率设定值相加得到功率基准值，将功率基准值减去采集的功率信号得到功率误差信号，功率误差信号与虚拟功率信号相叠加得到调理后的功率误差信号用于后续计算，所述二次调频的公式为：
；
式中，、/>分别为二次调频的比例积分调节系数；/>为最大功率追踪器给出的有功功率参考值；/>为并网点交流侧的电压角频率；/>为并网点交流侧的设定电压角频率。
7.根据权利要求1所述的一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，其特征在于：步骤S4中对所述调理后的功率误差信号进行虚拟同步控制包括功率-频率控制和电压控制，所述功率-频率控制的方程为：
；
式中，为生成的交流侧电压角频率的参考值；/>为生成的交流侧电压相位的参考值；/>为网侧逆变器实际输出有功功率；/>为网侧有功功率的参考值；/>为虚拟转子的转动惯量；/>为阻尼系数；
所述电压控制的方程为：
；
式中，为三相输出电压；/>为逆变器输出电压幅值；/>为励磁电流；/>为虚拟励磁互感；/>为并网点电压d轴分量的参考值；/>为并网点电压的d轴分量测量值；/>、/>分别为交流电压控制环节的比例、积分调节系数。
8.根据权利要求1所述的一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，其特征在于：步骤S5中对并网点电压信号参考值进行比例积分处理的公式为：
；
式中，、/>分别为网侧换流器交流侧电流d轴和q轴分量的参考值；/>、/>分别为滤波电容入口侧电流d轴和q轴分量的测量值；/>为滤波电容；/>为并网点电压的q轴分量测量值；/>、/>分别为电压环的比例、积分控制系数；/>、/>分别为并网点电压参考值的d轴和q轴分量。
9.根据权利要求1所述的一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，其特征在于：步骤S6中对叠加后的信号进行比例积分的公式为：
；
式中，、/>分别为电流环生成的网侧换流器交流侧电压参考值的d轴和q轴分量；/>、/>分别为电流环的比例、积分控制系数；/>、/>分别为网侧换流器交流侧电流d轴和q轴分量的测量值。
10.一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制系统，适用于如权利要求1至9中任一项所述的一种构网型直驱风机的宽频振荡抑制方法，其特征在于：包括机侧控制模块、网侧控制模块和阻尼补偿模块；
所述机侧控制模块采集直流电压信号，对所述直流电压信号进行比例积分和坐标变换处理后，得到机侧电压调制信号，实现对机侧变流器的控制；
所述阻尼补偿模块采集交流电压信号，对所述交流电压信号进行低通滤波、带通滤波和高通滤波，对滤波后的交流电压信号进行调理，得到调理后的虚拟功率信号、虚拟电压信号和虚拟电流信号；
所述网侧控制模块采用基于虚拟同步控制的构网型控制策略，通过引入阻尼补偿模块得到的各频段调理后的信号，得到网侧调制信号，实现对网侧变流器的控制。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117650529A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-05 | 武汉理工大学 | 基于电压补偿的构网型变流器次同步振荡抑制方法及装置 |
| CN118040799A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-05-14 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种增强直驱风机阻尼特性的优化控制方法及装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004120215A (ja) * | 2002-09-25 | 2004-04-15 | Sharp Corp | 電圧制御発振器、ｐｌｌ周波数シンセサイザ、および、集積回路 |
| CN116760070A (zh) * | 2023-07-19 | 2023-09-15 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 直驱风机并网系统宽频振荡抑制方法、装置、介质及设备 |
| CN117175624A (zh) * | 2023-09-01 | 2023-12-05 | 湖南大学 | 直驱风电场振荡抑制方法、系统及存储介质 |
-
2023
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004120215A (ja) * | 2002-09-25 | 2004-04-15 | Sharp Corp | 電圧制御発振器、ｐｌｌ周波数シンセサイザ、および、集積回路 |
| CN116760070A (zh) * | 2023-07-19 | 2023-09-15 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 直驱风机并网系统宽频振荡抑制方法、装置、介质及设备 |
| CN117175624A (zh) * | 2023-09-01 | 2023-12-05 | 湖南大学 | 直驱风电场振荡抑制方法、系统及存储介质 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| JIABING HU: "Modeling of Grid-Connected DFIG-Based Wind Turbines for DC-Link Voltage Stability Analysis", IEEE TRANSACTIONS ON SUSTAINABLE ENERGY, VOL. 6, NO. 4,, 31 August 2015 (2015-08-31) * |
| 刘万平: "双碳目标下风电设备及技术发展趋势", 产业观察, 30 June 2023 (2023-06-30) * |
| 新能源: "支撑电网频率稳定的双馈风机一次调频控制需求分析", 新能源, 31 October 2023 (2023-10-31) * |
| 衣立东: "新型电力系统宽频振荡防控体系架构", 电网技术, 31 October 2023 (2023-10-31) * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117650529A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-05 | 武汉理工大学 | 基于电压补偿的构网型变流器次同步振荡抑制方法及装置 |
| CN118040799A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-05-14 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种增强直驱风机阻尼特性的优化控制方法及装置 |
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