專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其無功控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)，更具體地說，涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制方法
及裝置。
背景技術(shù)：
兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組目前普遍采用變速恒頻技術(shù)，即通過變流器的適配作用，將 變速運(yùn)行的發(fā)電機(jī)與固定頻率的電網(wǎng)連接起來。圖1和圖2分別是雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和 全功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的邏輯圖，該雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和全功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分別主要包括 風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、變流器、變壓器和控制系統(tǒng)。其中變流器一般具有完整的有功功率和無功功 率控制能力，其常見拓?fù)淙鐖D3所示，該變流器包括連接電網(wǎng)的網(wǎng)側(cè)變換器200、直流母線 300、連接發(fā)電機(jī)的機(jī)側(cè)變換器400和變流控制器500。變流器接受控制系統(tǒng)的指令，實(shí)現(xiàn) 對機(jī)組有功和無功功率的調(diào)節(jié)。一般地，機(jī)組的有功功率是通過機(jī)側(cè)變換器400直接調(diào)節(jié) 的，而機(jī)組的無功功率的調(diào)節(jié)，在雙饋系統(tǒng)中是通過機(jī)側(cè)變換器400直接調(diào)節(jié)的，而在全功 率系統(tǒng)中是通過網(wǎng)側(cè)變換器200直接調(diào)節(jié)的。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其變流器只有在現(xiàn)場風(fēng)況達(dá)到開機(jī)條件時才可正常運(yùn)行， 機(jī)組可控制的有功和無功輸出。但在現(xiàn)場風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其變流 器均處于停機(jī)狀態(tài)，此時機(jī)組無法控制其有功和無功輸出。由于風(fēng)電場風(fēng)況的季節(jié)性和隨 機(jī)性，在現(xiàn)場風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件的時段，目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其變流器會處于停機(jī)狀 態(tài)，無法控制其有功和無功輸出。而該時段內(nèi)風(fēng)電場的大容量主變壓器、眾多的箱式變壓器 及其他輔助用電設(shè)備仍掛在電網(wǎng)上，仍會消耗較多的無功功率。這樣，在風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條 件的時段，風(fēng)電場的無功表現(xiàn)較差，往往需要配置其他的無功補(bǔ)償設(shè)備來進(jìn)行改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述在風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件時需 要配置其它的無功補(bǔ)償設(shè)備來進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)娜毕?，提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制方 法，在風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件時通過控制變流器中的網(wǎng)側(cè)變換器來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的無功補(bǔ)償。在本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制方法中，通過以下步驟控制變流器中的 網(wǎng)側(cè)變換器
在風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件時，開啟或維持變流器中的網(wǎng)側(cè)變換器的運(yùn)行； 對三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行矢量定向以確定矢量角；
根據(jù)所確定的矢量角將三相網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行靜止/旋轉(zhuǎn)變換，以生成有功電流的反饋值 和無功電流的反饋值；
根據(jù)直流母線電壓的給定值和直流母線電壓的反饋值通過第一比例積分控制器計(jì)算 有功電流的給定值；
4根據(jù)有功電流的給定值和有功電流的反饋值通過第二比例積分控制器計(jì)算有功電
壓；
根據(jù)無功電流的給定值和無功電流的反饋值通過第三比例積分控制器計(jì)算無功電
壓；
根據(jù)所確定的矢量角將有功電壓和無功電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)/靜止變換，以生成三相輸出電
壓；
將三相輸出電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}寬調(diào)制信號并輸出至網(wǎng)側(cè)變換器。 在本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制方法中，該方法還包括 直接產(chǎn)生無功電流的給定值。在本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制方法中，該方法還包括 根據(jù)無功功率的給定值計(jì)算無功電流的給定值。本發(fā)明還構(gòu)造一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括無功控制裝置，所述無功控制裝置用于在 風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件時通過控制網(wǎng)側(cè)變換器來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的無功補(bǔ)償。在本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，該無功控制裝置包括
用于對三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行矢量定向以確定矢量角的矢量定向單元； 用于根據(jù)所確定的矢量角將三相網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行靜止/旋轉(zhuǎn)變換，以生成有功電流的反 饋值和無功電流的反饋值的靜止/旋轉(zhuǎn)變換單元；
用于根據(jù)直流母線電壓的給定值和直流母線電壓的反饋值計(jì)算有功電流的給定值的 第一比例積分控制器；
用于根據(jù)有功電流的給定值和有功電流的反饋值計(jì)算有功電壓的第二比例積分控制
器；
用于根據(jù)無功電流的給定值和無功電流的反饋值計(jì)算無功電壓的第三比例積分控制
器；
用于根據(jù)所確定的矢量角將有功電壓和無功電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)/靜止變換，以生成三相輸 出電壓的旋轉(zhuǎn)/靜止變換單元；
用于將三相輸出電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}寬調(diào)制信號并輸出至網(wǎng)側(cè)變換器的脈寬調(diào)制單元。在本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，所述無功控制裝置還包括 用于直接產(chǎn)生無功電流的給定值的無功電流產(chǎn)生單元。在本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，所述無功控制裝置還包括
用于根據(jù)無功功率的給定值計(jì)算無功電流的給定值的無功電流計(jì)算單元。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，相比在現(xiàn)場風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件時，變流器中的網(wǎng)側(cè)變 換器和機(jī)側(cè)變換器同時關(guān)閉，因而變流器沒有無功控制能力，需要配置其它無功補(bǔ)償設(shè)備 來進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)有技術(shù)，因此本發(fā)明的無功控制方法和裝置可以較小的成本，在現(xiàn)場 風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件的時段，仍可控制變流器中的網(wǎng)側(cè)變換器輸出一定的無功，以進(jìn)行無 功補(bǔ)償，從而提升風(fēng)電場在所有時段的無功控制能力。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中 圖1是現(xiàn)有的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成圖；圖2是現(xiàn)有的全功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成圖； 圖3是圖1和圖2中的變流器的拓?fù)鋱D4是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制方法優(yōu)選實(shí)施例的流程圖； 圖5是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制裝置優(yōu)選實(shí)施例的邏輯電路圖。
具體實(shí)施例方式作為本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制方法的實(shí)施例，該無功控制方法為在風(fēng)況 達(dá)不到開機(jī)條件時通過控制變流器中的網(wǎng)側(cè)變換器來實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的無功控制。相比在現(xiàn)場 風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件時，網(wǎng)側(cè)變換器和機(jī)側(cè)變換器同時關(guān)閉，因而變流器沒有無功控制能 力，需要配置其它無功補(bǔ)償設(shè)備來進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)有技術(shù)，因此本發(fā)明的無功控制方法 可以以較小的成本，在現(xiàn)場風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件的時段，仍可控制變流器中的網(wǎng)側(cè)變換器 輸出一定的無功，以進(jìn)行無功補(bǔ)償，從而提升風(fēng)電場在所有時段的無功控制能力。如圖4所示，本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制方法優(yōu)選實(shí)施例的流程圖中，該無 功控制方法包括
5100.在風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件時，開啟或維持變流器中的網(wǎng)側(cè)變換器的運(yùn)行；
5101.對三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行矢量定向以確定矢量角；
5102.根據(jù)所確定的矢量角將三相網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行靜止/旋轉(zhuǎn)變換，以生成有功電流的 反饋值和無功電流的反饋值；
5103.根據(jù)直流母線電壓的給定值和直流母線電壓的反饋值通過第一比例積分控制器 計(jì)算有功電流的給定值；
5104.根據(jù)有功電流的給定值和有功電流的反饋值通過第二比例積分控制器計(jì)算有功 電壓；
5105.根據(jù)無功電流的給定值和無功電流的反饋值通過第三比例積分控制器計(jì)算無功 電壓，在該步驟中，無功電流的給定值可直接產(chǎn)生，也可根據(jù)無功功率的給定值計(jì)算出；
5106.根據(jù)所確定的矢量角將有功電壓和無功電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)/靜止變換，以生成三相 輸出電壓；
5107.將三相輸出電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}寬調(diào)制信號并輸出至網(wǎng)側(cè)變換器。如圖5所示，在本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制裝置優(yōu)選實(shí)施例的邏輯電路圖 中，該無功控制裝置包括矢量定向單元10、靜止/旋轉(zhuǎn)變換單元20、第一比例積分控制器 30、第二比例積分控制器40、第三比例積分控制器50、旋轉(zhuǎn)/靜止變換單元60和脈寬調(diào)制 單元70。其中，矢量定向單元10用于對三相電網(wǎng)電壓Va、Vb、Vc進(jìn)行矢量定向以確定矢量 角θ ；靜止/旋轉(zhuǎn)變換單元20用于根據(jù)所確定的矢量角θ將三相網(wǎng)側(cè)電流la、lb、Ic進(jìn) 行靜止/旋轉(zhuǎn)變換，以生成有功電流的反饋值Id和無功電流的反饋值Iq ；第一比例積分控 制器30用于根據(jù)直流母線電壓的給定值Vdc*和直流母線電壓的反饋值Vdc計(jì)算有功電流 的給定值Id* ；第二比例積分控制器40用于根據(jù)有功電流的給定值Id*和有功電流的反饋 值Id計(jì)算有功電壓Ud ；第三比例積分控制器50用于根據(jù)無功電流的給定值Iq*和無功電 流的反饋值Iq計(jì)算無功電壓Uq;旋轉(zhuǎn)/靜止變換單元60用于根據(jù)所確定的矢量角θ將 有功電壓Ud和無功電壓Uq進(jìn)行旋轉(zhuǎn)/靜止變換，以生成三相輸出電壓fe、Ub.Uc ；脈寬調(diào) 制單元70用于將三相輸出電壓fe、WkUC轉(zhuǎn)變?yōu)槊}寬調(diào)制信號，并輸出至網(wǎng)側(cè)變換器。經(jīng)過上面的控制過程，變流器中的網(wǎng)側(cè)變換器可穩(wěn)定工作，其無功控制能力最終體現(xiàn)在網(wǎng)側(cè) 電流la、lb、Ic上。在一個實(shí)施例中，該無功控制裝置還包括無功電流產(chǎn)生單元，用于直接產(chǎn)生無 功電流的給定值Iq*，該電流產(chǎn)生單元可以是圖3中的變流控制器500，也可以是圖1或 圖2中的控制系統(tǒng)，還可以是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))系統(tǒng)(未示出)。在另一實(shí)施例中，該無功控制裝置還包括無功電流計(jì)算單元，用于根據(jù)無功功率 的給定值計(jì)算無功電流的給定值，該電流計(jì)算單元可以是圖3中的變流控制器500，也可以 是圖1或圖2中的控制系統(tǒng)，還可以是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))系統(tǒng)。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，通過采用基于電網(wǎng)電壓定向的經(jīng)典矢量控制方法，利用 風(fēng)電發(fā)電機(jī)組變流器中網(wǎng)側(cè)變換器的無功控制能力，調(diào)整控制系統(tǒng)和變流控制器的工作方 式，以較小的成本，在現(xiàn)場風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件的時段，仍可讓機(jī)組輸出一定的無功，從而 提升風(fēng)電場在所有時段的無功控制能力。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制方法，其特征在于，在風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件時通過控 制變流器中的網(wǎng)側(cè)變換器來實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的無功控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制方法，其特征在于，通過以下步驟 控制網(wǎng)側(cè)變換器在風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件時，開啟或維持變流器中的網(wǎng)側(cè)變換器的運(yùn)行； 對三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行矢量定向以確定矢量角；根據(jù)所確定的矢量角將三相網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行靜止/旋轉(zhuǎn)變換，以生成有功電流的反饋值 和無功電流的反饋值；根據(jù)直流母線電壓的給定值和直流母線電壓的反饋值通過第一比例積分控制器計(jì)算 有功電流的給定值；根據(jù)有功電流的給定值和有功電流的反饋值通過第二比例積分控制器計(jì)算有功電壓；根據(jù)無功電流的給定值和無功電流的反饋值通過第三比例積分控制器計(jì)算無功電壓；根據(jù)所確定的矢量角將有功電壓和無功電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)/靜止變換，以生成三相輸出電壓；將三相輸出電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}寬調(diào)制信號并輸出至網(wǎng)側(cè)變換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制方法，其特征在于，該方法還包括 直接產(chǎn)生無功電流的給定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功控制方法，其特征在于，該方法還包括 根據(jù)無功功率的給定值計(jì)算無功電流的給定值。
5.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，包括無功控制裝置，所述無功控制裝置用于在風(fēng)況 達(dá)不到開機(jī)條件時通過控制變流器中的網(wǎng)側(cè)變換器來實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的無功控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，包括以下控制單元 用于對三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行矢量定向以確定矢量角的矢量定向單元；用于根據(jù)所確定的矢量角將三相網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行靜止/旋轉(zhuǎn)變換，以生成有功電流的反 饋值和無功電流的反饋值的靜止/旋轉(zhuǎn)變換單元；用于根據(jù)直流母線電壓的給定值和直流母線電壓的反饋值計(jì)算有功電流的給定值的 第一比例積分控制器；用于根據(jù)有功電流的給定值和有功電流的反饋值計(jì)算有功電壓的第二比例積分控制器；用于根據(jù)無功電流的給定值和無功電流的反饋值計(jì)算無功電壓的第三比例積分控制器；用于根據(jù)所確定的矢量角將有功電壓和無功電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)/靜止變換，以生成三相輸 出電壓的旋轉(zhuǎn)/靜止變換單元；用于將三相輸出電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}寬調(diào)制信號并輸出至網(wǎng)側(cè)變換器的脈寬調(diào)制單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述無功控制裝置還包括 用于直接產(chǎn)生無功電流的給定值的無功電流產(chǎn)生單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述無功控制裝置還包括用于根據(jù)無功功率的給定值計(jì)算無功電流的給定值的無功電流計(jì)算單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其無功控制方法，該無功控制方法在風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件時通過控制變流器中的網(wǎng)側(cè)變換器來實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的無功控制。相比在現(xiàn)場風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件時，變流器中的網(wǎng)側(cè)變換器和機(jī)側(cè)變換器同時關(guān)閉，因而變流器沒有無功控制能力，需要配置其它無功補(bǔ)償設(shè)備來進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)有技術(shù)，因此本發(fā)明的無功控制方法和裝置可以較小的成本，在現(xiàn)場風(fēng)況達(dá)不到開機(jī)條件的時段，仍可控制變流器中的網(wǎng)側(cè)變換器輸出一定的無功，以進(jìn)行無功補(bǔ)償，從而提升風(fēng)電場在所有時段的無功控制能力。
文檔編號H02J3/18GK102097812SQ201110041460
公開日2011年6月15日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者呂一航, 周黨生, 王云杰, 王琰, 盛小軍 申請人:深圳市禾望電氣有限公司