風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制裝置，該裝置包括：第一檢測電路，用于檢測實測三相電壓、實測三相電流、實測直流母線電壓，并計算實測有功功率和實測無功功率；運行狀態(tài)判定電路，用于對并網(wǎng)點的運行狀態(tài)進(jìn)行判斷，確定并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)、正常運行狀態(tài)或低電壓運行狀態(tài)；逆變器控制電路，用于對變流器的逆變器進(jìn)行控制；直流Cheaper電路控制電路，用于對直流Chopper電路進(jìn)行控制；第二檢測電路：用于檢測儲能模塊充放電實測電流Is;直流儲能電路控制電路：用于對直流儲能電路的充放電進(jìn)行控制。本實用新型通過對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器的控制實現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高電壓穿越功能。
【專利說明】風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，尤其涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模以及風(fēng)力發(fā)電容量的不斷擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)的相互影響已變得不容忽略，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)擾動和故障的情況時，若風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不具備一定的電網(wǎng)故障抵御能力，一遇到電網(wǎng)擾動或故障就自動解列則會增加局部電網(wǎng)故障的恢復(fù)控制難度，惡化電網(wǎng)安全穩(wěn)定性，甚至?xí)觿」收?、引起連鎖反應(yīng)并導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
[0003]其中，從并網(wǎng)點處的電壓高低角度來看，并網(wǎng)點電壓在額定電壓的90%?110%之內(nèi)視為并網(wǎng)點處于正常運行狀態(tài)，高于正常范圍視為并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)，低于正常范圍視為并網(wǎng)點處于低電壓運行狀態(tài)。在并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仍然能夠保持正常并網(wǎng)工作的能力稱為高電壓穿越能力，相應(yīng)地，在并網(wǎng)點處于低電壓運行狀態(tài)下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仍然能夠保持正常并網(wǎng)工作的能力稱為低電壓穿越能力。如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不具備低電壓穿越能力和高電壓穿越能力，將會導(dǎo)致脫網(wǎng)事故，嚴(yán)重影響整個電網(wǎng)的電力傳輸。目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具備一定的低電壓穿越能力，但是仍缺少高電壓穿越的能力，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于高電壓穿越狀態(tài)時，往往會造成脫網(wǎng)故障。
[0004]如以2011年在西北電網(wǎng)和華北電網(wǎng)發(fā)生的批量脫網(wǎng)事故為例說明，當(dāng)時，主變壓器低壓側(cè)電纜頭的短路事故直接引起了電網(wǎng)側(cè)低電壓故障，不具備低電壓穿越能力的一批風(fēng)力發(fā)電機(jī)組批量脫網(wǎng)，緊跟著，因為主變壓器的低壓側(cè)配套的固定投切電容器組等無功功率補(bǔ)償設(shè)備不具備自投切功能，低電壓故障結(jié)束后沒能及時退出運行，造成局部區(qū)域無功功率的過剩、電壓驟升，使部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因高電壓保護(hù)動作切除，即不具備一定高電壓穿越能力的第二批風(fēng)力發(fā)電機(jī)組批量脫網(wǎng)。經(jīng)當(dāng)時的調(diào)查情況來看，第二批脫網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了第一批脫網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組數(shù)量。
[0005]因此，為了維護(hù)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，各國電網(wǎng)部門根據(jù)自身實際對風(fēng)電場的電力接入提出了嚴(yán)格的技術(shù)要求，先后出臺了風(fēng)電并網(wǎng)準(zhǔn)則，概括起來主要涉及有功功率控制、無功功率控制、電壓控制、頻率控制、低電壓穿越等方面。雖然中國目前并沒有明確高電壓并網(wǎng)準(zhǔn)則，但從上述例子可以看出，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具備高電壓穿越能力是有必要的，可以減少風(fēng)力發(fā)電機(jī)組批量脫網(wǎng)規(guī)模，避免連鎖反應(yīng)和事故擴(kuò)大，因此未來電網(wǎng)的發(fā)展必將對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高電壓穿越提出更為嚴(yán)格的要求。因此，如何實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越以及如何實現(xiàn)高電壓穿越控制、低電壓穿越控制和正常運行控制之間的平穩(wěn)切換，已經(jīng)成為風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】急需要解決的問題。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的實施例提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制裝置，以實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高電壓穿越狀態(tài)的識別，并通過對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器的控制實現(xiàn)在高電壓穿越狀態(tài)下的連續(xù)并網(wǎng)運行。
[0007]為達(dá)到上述目的，本實用新型的實施例提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制裝置，所述變流器包括并聯(lián)在直流母線上的直流儲能電路和直流Chopper電路，所述變流器控制裝置包括:第一檢測電路，用于檢測電網(wǎng)側(cè)的實測三相電壓Uabc和實測三相電流Iabc、變流器側(cè)的實測直流母線電壓Ud。，并根據(jù)所述實測三相電壓Uabc和實測三相電流Iabe計算電網(wǎng)側(cè)的實測有功功率Pg,id和實測無功功率Qg,id ;運行狀態(tài)判定電路，與所述第一檢測電路連接，用于根據(jù)所述實測三相電壓Uabc對并網(wǎng)點的運行狀態(tài)進(jìn)行判斷，確定所述并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)、正常運行狀態(tài)或低電壓運行狀態(tài)；逆變器控制電路，與所述第一檢測電路和所述運行狀態(tài)判定電路連接，用于根據(jù)實測三相電壓Uab。、實測三相電流Iab。、實測直流母線電壓Ud。、直流母線電壓給定值Udrarf、實測無功功率QgHd以及無功功率控制指令QMf對所述變流器的逆變器進(jìn)行控制；直流Chopper電路控制電路，與所述第一檢測電路和所述運行狀態(tài)判定電路連接，用于在所述并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)或者低電壓運行狀態(tài)下，根據(jù)實測直流母線電壓Udc和直流母線電壓給定值Udcref對直流Chopper電路進(jìn)行控制；第二檢測電路:用于在所述并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)下，檢測儲能模塊充放電實測電流Is ；直流儲能電路控制電路:與所述第一檢測電路、所述運行狀態(tài)判定電路以及所述第二檢測電路連接，用于在所述并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)下，根據(jù)實測直流母線電壓Ud。、直流母線電壓給定值Udcref以及儲能模塊充放電實測電流Is對直流儲能電路的充放電進(jìn)行控制，其中，在所述并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)或者低電壓運行狀態(tài)下，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組視在功率31<和所述實測有功功率P#id計算所述無功功率控制指令Qref，在所述并網(wǎng)點處于正常運7TT狀態(tài)下，所述無功功率控制指令QMf為外部無功功率控制指令。
[0008]進(jìn)一步地，上述逆變器控制電路可以包括:第一運算器:用于根據(jù)所述實測三相電壓Uabc和實測S相電流Iab。，計算兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)側(cè)的d軸實測電流分量id和電網(wǎng)側(cè)的q軸實測電流分量i,以及電網(wǎng)側(cè)的d軸實測電壓分量Usd和電網(wǎng)側(cè)的q軸實測電壓分量Usq ;第二運算器:與所述第一運算器連接，用于根據(jù)所述d軸實測電流分量id、所述q軸實測電流分量i,以及所述實測無功功率Q#id與所述無功功率控制指令Qref之間的偏差生成變流器的q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Uq ;第三運算器:與所述第一運算器連接，用于根據(jù)所述d軸實測電流分量id、所述q軸實測電流分量i,以及所述實測直流母線電壓Udc與所述直流母線電壓給定值Uttorf之間的偏差生成變流器的d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Ud ;第四運算器--與所述第二運算器和所述第三運算器連接，用于根據(jù)所述d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Ud和所述q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Uq計算逆變器的目標(biāo)調(diào)整三相電壓；第一子控制電路:與所述第四運算器連接，用于根據(jù)所述目標(biāo)調(diào)整三相電壓生成PWM信號，對所述逆變器進(jìn)行控制。
[0009]進(jìn)一步地，上述第二運算器可以包括:無功電流給定值生成單元，用于根據(jù)所述實測無功功率Qfid與所述無功功率控制指令Qref之間的偏差生成無功電流給定值;逆變器側(cè)交流感抗的q軸電壓分量生成單元，與所述無功電流給定值生成單元連接，用于根據(jù)所述無功電流給定值I_f與所述q軸實測電流分量i,的偏差生成逆變器側(cè)交流感抗的q軸電壓分量Ulq ;q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量計算單元，與所述逆變器側(cè)交流感抗的q軸電壓分量生成單元連接，用于計算所述q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量U,。
[0010]進(jìn)一步地，上述第三運算器可以包括:有功電流給定值生成單元，用于根據(jù)所述實測直流母線電壓Udc與所述直流母線電壓給定值Uttorf之間的偏差生成有功電流給定值Idref ;逆變器側(cè)交流感抗的d軸電壓分量生成單元，與所述有功電流給定值生成單元連接，用于根據(jù)所述有功電流給定值Itof與所述d軸實測電流分量id之間的偏差生成逆變器側(cè)交流感抗的d軸電壓分量uld ;d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量計算單元，與所述逆變器側(cè)交流感抗的d軸電壓分量生成單元連接，用于計算所述d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Ud。
[0011 ] 進(jìn)一步地，在上述直流Chopper電路控制電路中，根據(jù)實測直流母線電壓Udc和所述直流母線電壓給定值Uttoef對直流Chopper電路進(jìn)行控制可以包括:根據(jù)所述實測直流母線電壓Udc和所述直流母線電壓給定值Udcref之間的偏差，生成PWM信號，對直流Chopper電路進(jìn)行控制。
[0012]進(jìn)一步地，在上述直流儲能電路控制電路中，根據(jù)所述實測直流母線電壓Ud。、所述直流母線電壓給定值Udcref以及所述儲能模塊充放電實測電流Is對直流儲能電路的充放電進(jìn)行控制可以包括:儲能模塊充放電電流給定值生成單元，用于根據(jù)所述實測直流母線電壓Ud。、所述直流母線電壓給定值Udcref生成儲能模塊充放電電流給定值ISMf ;儲能模塊目標(biāo)調(diào)整電壓生成單元，與所述儲能模塊充放電電流給定值生成單元連接，用于根據(jù)所述儲能模塊充放電電流給定值I_f與所述儲能模塊充放電實測電流Is之間的偏差，生成儲能模塊目標(biāo)調(diào)整電壓Uds;第二子控制電路，與所述儲能模塊目標(biāo)調(diào)整電壓生成單元連接，用于根據(jù)所述儲能模塊目標(biāo)調(diào)整電壓Uds生成PWM信號，對直流儲能電路的充放電進(jìn)行控制。
[0013]本實用新型實施例提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制裝置，通過變流器中增設(shè)了直流儲能電路，并配合現(xiàn)有變流器中的直流Chopper電路,能夠在高電壓穿越狀態(tài)下進(jìn)行合理的能量轉(zhuǎn)移或消耗，在控制策略上，首先對檢測到電網(wǎng)側(cè)的實測三相電壓Uabc進(jìn)行判斷，識別出高電壓穿越狀態(tài)，然后對逆變器、直流儲能電路以及直流Chopper電路進(jìn)行綜合控制，從而實現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在高電壓穿越狀態(tài)下的正常運轉(zhuǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型實施例一的基于直流儲能電路的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2為本實用新型實施例一的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖之一。
[0016]圖3為本實用新型實施例一的逆變器控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4為本實用新型實施例一的變流器控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖之二。
[0018]圖5為本實用新型實施例二的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制方法流程圖之一。
[0019]圖6為本實用新型實施例二的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制方法流程圖之二。
[0020]附圖標(biāo)號說明:
[0021]1-永磁同步發(fā)電機(jī)；2_整流器；3_直流母線；4_直流Chopper電路；5_逆變器；6-濾波器；7-升壓變壓器；8-風(fēng)電場電網(wǎng)；9_直流儲能電路；11-第一檢測電路；12-運行狀態(tài)判定電路；13-逆變器控制電路；131-第一運算器；132-第二運算器；1321-無功電流給定值生成單元；1322_q軸電壓分量生成單元；1323_q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量計算單元；133-第三運算器；1331_有功電流給定值生成單元；1332-d軸電壓分量生成單元；1333_d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量計算單元；134-第四運算器；135-第一子控制電路；14-直流Chopper電路控制電路；141-滯環(huán)比較器；15-第二檢測電路；16_直流儲能電路控制電路；161-儲能模塊充放電電流給定值生成單元；162-儲能模塊目標(biāo)調(diào)整電壓生成單元；163-第二子控制電路。

【具體實施方式】
[0022]從理論上分析，實現(xiàn)直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)的高電壓穿越能力主要有兩個技術(shù)改進(jìn)方向:一是提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部的所有電氣零部件的耐壓水平，硬抗電網(wǎng)側(cè)過電壓。顯然，這會導(dǎo)致現(xiàn)有的大多數(shù)電氣部件都需要頻繁更換，將會帶來非常昂貴的技術(shù)升級成本。尤其像基于IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)等電力電子器件的變流器產(chǎn)品，其更換成本巨大，而且更換下來的電氣設(shè)備無法進(jìn)行二次利用。另外一個技術(shù)方向是通過對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的硬件系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)的同時優(yōu)化控制策略，本實用新型的實施例就是基于該技術(shù)方向提出的。
[0023]如下式(I)所示，其為并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)下，現(xiàn)有技術(shù)的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主回路的功率平衡方程(變流器固有的功率損耗忽略不計)，同時參照圖1，各個部分的功率關(guān)系如下:
, ,。dU,f 1、
[0024]Pgeii^Eg -PgricFzPdc =UcJdc ~^iPdc~~7~.....................( I )


at
[0025]其中，Pgm為發(fā)電機(jī)輸出有功功率(從變流器的整流器注入到變流器直流環(huán)節(jié)(如直流母線、直流儲能電路等)的有功功率)，Pgrid為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組注入電網(wǎng)的有功功率，Pneg為從電網(wǎng)注入到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的逆向能量的功率(當(dāng)電網(wǎng)電壓超過某一值時，從風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的潮流變向，能量會從電網(wǎng)反充到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中)，Pd。為變流器直流母線的功率，Udc為直流母線電壓，Idc為直流母線電流，Cdc為直流母線電容。
[0026]從式⑴可知，Pdc能承載的功率是一定的，因為直流母線電容能儲存的功率是一定的。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)高電壓時，因為Pg,id的減少和逆向功率Pmg的存在，式⑴所示的平衡關(guān)系會被破壞。因此，為了始終保持式(I)所示的功率平衡關(guān)系，保證直流電壓始終處于可接受范圍之內(nèi)，使永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠具備一定的高電壓穿越能力，理論上可使用以下三種方法:
[0027]I)減少Pgm，保證Ud。在可接受范圍之內(nèi)，但因為變槳速度問題很難進(jìn)行快速功率調(diào)節(jié)，無法保證式(I)所示的輸入輸出功率的平衡關(guān)系。另外，按照永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計理念，為了實現(xiàn)電網(wǎng)故障對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動系統(tǒng)的零暫態(tài)沖擊，也不易使用快速變槳技術(shù)。
[0028]2)減少Pneg或增加PgHd，保證Ud。在可接受范圍之內(nèi)，但是因為電網(wǎng)側(cè)過電壓是由電網(wǎng)的暫態(tài)行為引起，Pneg無法避免，Pgrid也很難增加，因此，該方法也不可行。
[0029]3)把Pd?？焖俎D(zhuǎn)移出去或消耗掉，保證Ud。始終處在可接受范圍之內(nèi)。該方法的本質(zhì)是通過加裝額外設(shè)備消耗/轉(zhuǎn)移直流環(huán)節(jié)的多余能量，使Pd。始終處在正常直流電壓所對應(yīng)的功率范圍之內(nèi)。
[0030]本實用新型的實施例就是基于上述第3)的技術(shù)思路而提出的，在硬件上的改進(jìn)點為:在變流器上增設(shè)直流儲能電路，該直流儲能電路并聯(lián)在直流母線上，用來轉(zhuǎn)移直流母線上的多余能量，使Ud。始終處在可接受范圍之內(nèi)。在增加了直流儲能電路后，并網(wǎng)點在高電壓運行狀態(tài)下的功率平衡方程變?yōu)橄率?2):
[0031 ] P^-P^rL.=^ =UJik=UdcCdid^....................................(2 )
[0032]其中，Pst。為直流儲能電路轉(zhuǎn)移的功率。此外，現(xiàn)有技術(shù)的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器中，一般還設(shè)置有直流Chopper電路，主要用于實現(xiàn)低電壓穿越，再把直流Chopper電路考慮進(jìn)來，則并網(wǎng)點在高電壓運行狀態(tài)下的功率平衡方程為下式(3):
dU,, ^ ,
[0033]Pge?+Pm1-Pgrid-pSto-pR =pdc =uJdc =Ujfdc-^........................⑶
[0034]其中，Pk為直流Chopper電路上承載的功率。
[0035]從圖1和式(3)可以看出，現(xiàn)有的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的直流回路中，實際上已經(jīng)有了基于卸荷電阻及其前置IGBT模塊的能量消耗型電路，即直流Chopper電路。但是，基于目前的技術(shù)，該電路只是用來實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越性能。
[0036]下面再介紹一下現(xiàn)有的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器(假設(shè)不包含具有直流
Chopper電路)在并網(wǎng)點處于低電壓運行模式下的功率平衡方程，在低電壓模式下，不存在從電網(wǎng)反向注入到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的逆向能量的功率Pmg，因此，功率平衡方程如下式(4)所示(變流器固有功率損耗忽略不計):


Ljn
[0037]....................................⑷
[0038]從式(4)可知，為了保證永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠具備一定的低電壓穿越能力，可使用以下三種方法:
[0039]I)減少Pgen，保證Ud。在可接受范圍之內(nèi)，但因為變槳速度問題很難進(jìn)行快速功率調(diào)節(jié)，無法保證式(4)所示的輸入輸出功率的平衡關(guān)系。另外，按照永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計理念，為了實現(xiàn)電網(wǎng)故障對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動系統(tǒng)的零暫態(tài)沖擊，不易使用快速變槳技術(shù)。
[0040]2)增加PgHd，保證Udc在可接受范圍之內(nèi)，但是因為電網(wǎng)側(cè)低電壓一般是由電網(wǎng)的短路故障引起，而逆變器的IGBT模塊最高可承受的電流大小有限，因此，無法增加到滿足式(3)所示功率關(guān)系式的水平，該方法也不可行。
[0041]3)把Pd。的不平衡量快速轉(zhuǎn)移出去或消耗掉，保證Ud。始終處在可接受范圍之內(nèi)。該方法實際上就是指通過加裝額外設(shè)備消耗/轉(zhuǎn)移DC環(huán)節(jié)的多余能量，使Pd。始終處在正常直流電壓所對應(yīng)的功率范圍之內(nèi)。在現(xiàn)有技術(shù)中，通過增加直流Chopper電路來實現(xiàn)低電壓穿越能力。
[0042]綜上所述，從式(I)到式(4)的相關(guān)分析可得出如下結(jié)論:
[0043]I)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為了實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越性能而使用的直流Chopper電路，而由于電網(wǎng)的高電壓故障和低電壓故障不可能同時出現(xiàn)，因此，該直流Chopper電路也可用于轉(zhuǎn)移風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越運行時的直流集聚能量。
[0044]2)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在高電壓穿越狀態(tài)下，由于Pmg的存在，需要消耗/轉(zhuǎn)移的直流母線上集聚能量是始終比在低電壓穿越運行狀態(tài)時需要消耗/轉(zhuǎn)移的直流母線集聚能量大，因此，光靠直流Chopper電路是不夠，需要增加消耗/轉(zhuǎn)移的直流母線集聚能量的設(shè)備。
[0045]基于上述分析，本實用新型實施例對永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的硬件結(jié)構(gòu)以及具體控制方式進(jìn)行了改進(jìn)，在現(xiàn)有的具有直流Chopper電路的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器中增加直流儲能電路并對變流器的控制策略進(jìn)行了優(yōu)化，從而以低成本實現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高電壓穿越能力。
[0046]從整體上來說，在正常運行模式下，變流器的逆變器的有功電流的控制目標(biāo)是使直流母線電壓恒定，無功電流的控制目標(biāo)是使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功功率符合風(fēng)電場電壓管理系統(tǒng)或者電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)下達(dá)的外部無功功率控制指令Qref。此時，直流Chopper電路和直流儲能電路的控制指令為零，即直流Chopper電路和直流儲能電路不工作。
[0047]在故障運行模式下(即并網(wǎng)點處的電網(wǎng)側(cè)電壓在額定電壓的90%以下或在額定電壓的110%以上時)，控制系統(tǒng)首先對故障運行模式進(jìn)行辨別。如果并網(wǎng)點處的電網(wǎng)側(cè)電壓在額定電壓的90%以下則風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將會進(jìn)入低電壓穿越運行狀態(tài)，如果并網(wǎng)點處的電網(wǎng)側(cè)電壓在額定電壓的110%以上則會進(jìn)入高電壓穿越運行狀態(tài)。
[0048]在低電壓穿越運行狀態(tài)下，根據(jù)并網(wǎng)點處的電網(wǎng)側(cè)電壓跌落程度和故障類型(對稱跌落或非對稱跌落)，對變流器逆變器的無功電流進(jìn)行控制，同時，根據(jù)直流母線電壓的變化情況和并網(wǎng)點處的電壓的跌落程度控制變流器的逆變器的有功電流，并觸發(fā)直流側(cè)Chopper電路，以消耗因電網(wǎng)側(cè)電壓跌落而無法注入到電網(wǎng)側(cè)的能量。此時，直流側(cè)儲能模塊不工作，因為永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組現(xiàn)有的直流側(cè)Chopper電路能夠滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下的低電壓穿越技術(shù)要求所對應(yīng)的能耗需求。
[0049]在高電壓穿越運行模式下，根據(jù)電網(wǎng)側(cè)電壓的驟升程度和故障類型(對稱或非對稱)優(yōu)先對變流器逆變器的無功電流進(jìn)行控制，第一時間試圖拉低電網(wǎng)側(cè)電壓，同時，根據(jù)直流母線電壓的變化情況對變流器的逆變器的有功電流、直流側(cè)Chopper電路的能耗容量和直流側(cè)儲能模塊的儲能容量進(jìn)行優(yōu)化分配和控制，以此保證直流電壓在可承受的范圍之內(nèi)，并支持電網(wǎng)電壓的快速恢復(fù)，最終實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高電壓故障穿越過程。
[0050]以上對本實用新型實施例的技術(shù)原理進(jìn)行了介紹，下面將通過幾個實施例來詳細(xì)介紹本實用新型實施例的變流器控制方法及裝置的具體步驟和結(jié)構(gòu)。需要說明的是，本實用新型實施例所提出的技術(shù)方案適用于各種安裝有全功率變流器的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
[0051]實施例一
[0052]圖1為本實用新型實施例提供的基于直流儲能電路的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，該結(jié)構(gòu)圖包括永磁同步發(fā)電機(jī)1、整流器2、直流母線3、直流Chopper電路4、逆變器5、濾波器6、升壓變壓器7、風(fēng)電場電網(wǎng)8以及直流儲能電路9。其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器包括并聯(lián)在直流母線上的直流儲能電路9和直流Chopper電路4。在上述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，直流Chopper電路4是一種用來消耗多余能量的子系統(tǒng)。永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組現(xiàn)有的直流Chopper電路是用來實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越性能的專門設(shè)備,但是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越運行過程中也能發(fā)揮一定的重要作用。增設(shè)的直流儲能電路9不會改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)已有的結(jié)構(gòu)形式，是一種結(jié)構(gòu)簡單、易于接入的外接式硬件系統(tǒng)。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越過程中，直流儲能電路會跟直流Chopper電路4協(xié)同工作，并根據(jù)電網(wǎng)側(cè)逆變器控制系統(tǒng)的指令將直流Chopper電路4沒能消耗的系統(tǒng)多余能量轉(zhuǎn)移到儲能單元，實現(xiàn)系統(tǒng)的功率平衡，當(dāng)電網(wǎng)故障消失后再根據(jù)控制系統(tǒng)的指令將所儲的能量饋入電網(wǎng)。它是實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越性能的專設(shè)硬件，該設(shè)備的合理應(yīng)用還能增強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越運行能力，避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越狀態(tài)時的風(fēng)能浪費，也有助于高電壓穿越狀態(tài)結(jié)束后功率的快速恢復(fù)和平滑控制。另外，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常的穩(wěn)態(tài)運行工況下，如果風(fēng)電場控制系統(tǒng)或電網(wǎng)調(diào)度部門下達(dá)了有功功率限制指令，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)通過直流儲能電路的合理應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)輸出有功功率的平滑控制，而且也能避免一定的發(fā)電量損失。直流儲能電路9有很多種形式，可以采用基于充放電時間比較迅速的超級電容等儲能設(shè)備，也可以采用充放電時間比較慢的鋰電池等儲能設(shè)備，但是，本實用新型不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)重點要解決的問題類型進(jìn)行相應(yīng)選擇。
[0053]圖2為本實用新型實施例一的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖之一。圖3為本實用新型實施例一的逆變器控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖。，圖4為本實用新型實施例一的變流器控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖之二。如圖2至圖4所示，其中，變流器包括并聯(lián)在直流母線上的直流儲能電路和直流Chopper電路，變流器控制裝置包括:
[0054]第一檢測電路11，用于檢測電網(wǎng)側(cè)的實測三相電壓Uabc和實測三相電流Iab。、變流器側(cè)的實測直流母線電壓ud。。在實際應(yīng)用中，第一檢測電路11可以具體為電壓/電流檢測器。
[0055]運行狀態(tài)判定電路12，與第一檢測電路11連接，用于根據(jù)實測三相電壓Uab。對并網(wǎng)點的運行狀態(tài)進(jìn)行判斷，確定并網(wǎng)點處于高點壓運行狀態(tài)、正常運行狀態(tài)或者低電壓運行狀態(tài)，進(jìn)一步地，運行狀態(tài)的判斷可以采用如下規(guī)則:如果實測三相電壓Uabc處于額定電壓的90%?110%的范圍內(nèi)，則確定并網(wǎng)點處于正常運行狀態(tài)；如果實測三相電壓Uab。小于額定電壓的90 %，則確定并網(wǎng)點處于低電壓運行狀態(tài)；如果實測三相電壓Uabc大于額定電壓的110%，則確定并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)。在實際應(yīng)用中，運行狀態(tài)判定電路12可以通過輸出運行狀態(tài)標(biāo)示位的方式來控制以下的各個控制模塊的切換，以及無功功率控制指令Q?f的確定方式。在實際應(yīng)用中，運行狀態(tài)判定電路12可以電壓比較器來實現(xiàn)。
[0056]逆變器控制電路13，與第一檢測電路11和運行狀態(tài)判定電路12連接，用于根據(jù)實測三相電壓Uab。、實測三相電流Iab。、實測直流母線電壓Ud。、直流母線電壓給定值Uttoef、實測無功功率Qfid以及無功功率控制指令Qm對變流器的逆變器5進(jìn)行控制。在實際應(yīng)用中，逆變器控制電路13也可以通過半導(dǎo)體邏輯控制電路(例如FPGA、CPLD等)等硬件電路實現(xiàn)。
[0057]直流Chopper電路控制電路14，與第一檢測電路11和所述運行狀態(tài)判定電路12連接，用于在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于高電壓穿越狀態(tài)或者低電壓穿越狀態(tài)下，根據(jù)實測直流母線電壓Ud。和直流母線電壓給定值Uttoef對直流Chopper電路4進(jìn)行控制。其中，根據(jù)實測直流母線電壓Udc和直流母線電壓給定值Udcref對直流Chopper電路4進(jìn)行控制可以包括:根據(jù)實測直流母線電壓Udc和直流母線電壓給定值Udrarf之間的偏差，生成PWM信號，對直流Chopper電路4進(jìn)行控制。其中，如圖4所示，生成PWM信號的操作可以通過滯環(huán)比較器141來實現(xiàn)。在實際應(yīng)用中，直流Chopper電路控制電路14也可以通過半導(dǎo)體邏輯控制電路(例如FPGA、CPLD等)等硬件電路實現(xiàn)。
[0058]第二檢測電路15:用于在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于高電壓穿越狀態(tài)下，檢測儲能模塊充放電實測電流Is。在實際應(yīng)用中，第二檢測電路15可以具體為電流檢測器。
[0059]直流儲能電路控制電路16:與第一檢測電路11、所述運行狀態(tài)判定電路12以及第二檢測電路15連接，用于在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于高電壓穿越狀態(tài)下，根據(jù)實測直流母線電壓Ud。、直流母線電壓給定值Udrarf以及儲能模塊充放電實測電流13對直流儲能電路9的充放電進(jìn)行控制。其中，直流儲能電路控制電路16可以進(jìn)一步包括儲能模塊充放電電流給定值生成單元161，用于根據(jù)實測直流母線電壓Ud。、直流母線電壓給定值Udrarf生成儲能模塊充放電電流給定值Isref (如圖4所示，可以通過PI控制器來實現(xiàn))；儲能模塊目標(biāo)調(diào)整電壓生成單元162,與儲能模塊充放電電流給定值生成單元161連接,用于根據(jù)儲能模塊充放電電流給定值ISMf與儲能模塊充放電實測電流Is之間的偏差，生成儲能模塊目標(biāo)調(diào)整電壓Uds (如圖4所示，可以通過PI控制器來實現(xiàn))；第二子控制電路163，與儲能模塊目標(biāo)調(diào)整電壓生成單元162連接，用于根據(jù)儲能模塊目標(biāo)調(diào)整電壓Uds生成PWM信號對直流儲能電路9的充放電進(jìn)行控制。需要說明的是，在實際應(yīng)用中，直流儲能電路可以具體包括:儲能模塊和IGBT控制單元，其中，儲能模塊優(yōu)選可以采用超級電容或者大容量儲能電池等。在實際應(yīng)用中，直流儲能電路控制電路16也可以通過半導(dǎo)體邏輯控制電路(例如FPGA、CPLD等)等硬件電路實現(xiàn)。
[0060]其中，在并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)或者低電壓運行狀態(tài)下(對應(yīng)于圖4的故障模式)，無功功率控制指令Qref可以根據(jù)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組視在功率Sn和所述實測有功功率P#id計算，具體可以通過下式計算，
[0061 ] Qret =................................................(5)
[0062]而在并網(wǎng)點處于正常運行狀態(tài)下(對應(yīng)于圖4的正常模式)無功功率控制指令Qref為外部無功功率控制指令。
[0063]進(jìn)一步地，如圖3所示，逆變器控制電路13可以進(jìn)一步包括:
[0064]第一運算器131:用于根據(jù)實測三相電壓Uabc和實測三相電流Iab。，計算兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)側(cè)的d軸實測電流分量id和電網(wǎng)側(cè)的q軸實測電流分量i,以及電網(wǎng)側(cè)的d軸實測電壓分量Usd和電網(wǎng)側(cè)的q軸實測電壓分量usq。具體地，如圖4所示，第一檢測電路檢測到的各個物理量通過圖4中逆變器控制電路13右上角的坐標(biāo)變換模塊從三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，其中，圖4中的Seta為通過鎖相環(huán)電路測得的電網(wǎng)的交流電的相位角。在正常運行狀態(tài)下，進(jìn)行坐標(biāo)變換后，因為d軸定向于電網(wǎng)電壓矢量，因此，q軸實測電壓分量Usq為零。圖4下面的功率計算模塊可以計算出實測無功功率QgHd和實測有功功率
P
丄 gr i d ο
[0065]第二運算器132:與第一運算器131連接，用于根據(jù)d軸實測電流分量id、q軸實測電流分量i,以及實測無功功率Qmd與無功功率控制指令QMf之間的偏差生成變流器的q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量IV進(jìn)一步地，第二運算器132可以進(jìn)一步包括:無功電流給定值生成單元1321，用于根據(jù)實測無功功率Q#id與無功功率控制指令(^f之間的偏差生成無功電流給定值I_f ;逆變器側(cè)交流感抗的q軸電壓分量生成單元1322，與無功電流給定值生成單元1321連接，用于根據(jù)無功電流給定值I_f與q軸實測電流分量i,的偏差生成逆變器側(cè)交流感抗的q軸電壓分量Ulq ；q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量計算單元1323，與逆變器側(cè)交流感抗的q軸電壓分量生成單元1322連接，用于計算q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量U,。具體的計算方式可以采用下式:
[0066]uq = Ulq-NsLsid+usq................................................(6)
[0067]其中，在上式中，Ls為逆變器交流側(cè)感抗的電感分量，Ns為電網(wǎng)電壓的電磁轉(zhuǎn)速。
[0068]另外，如圖4所示，在實際應(yīng)用中，無功電流給定值生成單元1321和q軸電壓分量生成單元1322可以通過PI控制器來實現(xiàn)(圖4中在相應(yīng)的PI控制器上標(biāo)注了相應(yīng)標(biāo)號)。
[0069]第三運算器133:與第一運算器131連接，用于根據(jù)d軸實測電流分量id、q軸實測電流分量以及實測直流母線電壓Udc與直流母線電壓給定值Udcref之間的偏差生成變流器的d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量ud。具體的計算方式可以采用下式:
[0070]ud = Uld-NsLsiq+usd.......................................(7)
[0071]進(jìn)一步地，第三運算器133可以進(jìn)一步包括:有功電流給定值生成單元1331，用于根據(jù)實測直流母線電壓Udc與直流母線電壓給定值Uttorf之間的偏差生成有功電流給定值Idref ;逆變器側(cè)交流感抗的d軸電壓分量生成單元1332，與有功電流給定值生成單元1331連接，用于根據(jù)有功電流給定值Idref與d軸實測電流分量id之間的偏差生成逆變器側(cè)交流感抗的d軸電壓分量uld ；d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量計算單元1333，與逆變器側(cè)交流感抗的d軸電壓分量生成單元1332連接，用于通過上述式(6)計算d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量ud。具體地，如圖4所示，在實際應(yīng)用中，有功電流給定值生成單元1331和d軸電壓分量生成單元1332可以通過PI控制器來實現(xiàn)(圖4中在相應(yīng)的PI控制器上標(biāo)注了相應(yīng)標(biāo)號)。
[0072]第四運算器134:與第二運算器132和第三運算器133連接，用于根據(jù)d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Ud和q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Uq計算逆變器的目標(biāo)調(diào)整三相電壓。在實際應(yīng)用中，上述的第一運算器131、第二運算器132、第三運算器133以及第四運算器134也可以通過半導(dǎo)體邏輯電路(例如FPGA、CPLD等)等硬件電路實現(xiàn)。
[0073]第一子控制電路135:與第四運算器134連接，用于根據(jù)目標(biāo)調(diào)整三相電壓生成PWM信號，對逆變器進(jìn)行控制。在實際應(yīng)用中，可以采用SVPWM(空間矢量脈寬調(diào)制)調(diào)制電路生成PWM信號。
[0074]本實用新型實施例提供的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制裝置，在現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器內(nèi)增設(shè)了直流儲能電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)檢測到的并網(wǎng)點處的電壓，對并網(wǎng)點的運行狀態(tài)進(jìn)行判斷，針對三種不同的運行狀態(tài)，實施不同的變流器的控制策略，能夠有效地應(yīng)對并網(wǎng)點電壓的各種變化情況。尤其是在并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)下，通過對逆變器、直流儲能電路和直流Chopper電路的綜合控制，使得直流儲能電路和直流Chopper電路能夠?qū)χ绷髂妇€上多余能量進(jìn)行轉(zhuǎn)移/消耗，從而將直流母線電壓控制在合理范圍內(nèi)，并且將并網(wǎng)點處的電壓拉低，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓穿越。另外，由于本實用新型實施例利用了直流儲能電路進(jìn)行儲能，也避免了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障運行時的能量損失，實現(xiàn)了故障后有功功率輸出的平滑控制。
[0075]實施例二
[0076]圖5是本實用新型實施例二的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制方法流程圖之一。本實施例著重描述了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在高電壓穿越狀態(tài)下的變流器控制機(jī)制，如圖5所示，基于上述圖1的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本實施例提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制方法流程圖具體包括如下步驟:
[0077]第一檢測步驟100:檢測電網(wǎng)側(cè)的實測三相電壓Uabc和實測三相電流Iab。、變流器側(cè)的實測直流母線電壓Udc,并根據(jù)所述實測三相電壓Uabc和實測三相電流Iabe計算電網(wǎng)側(cè)的實測有功功率Pfid和實測無功功率Qgm。
[0078]根據(jù)實測三相電壓Uabc對并網(wǎng)點的運行狀態(tài)進(jìn)行判斷，如果并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)(即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要運行在高電壓穿越狀態(tài))，則執(zhí)行步驟110?130(圖5中未示出該判斷步驟)。其中，在本實施例中，并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)可以為實測三相電壓Uab。大于110%額定電壓，但是，本實用新型不限于此，按照中國國標(biāo)GB/T 19963-2011《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》之規(guī)定，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定電壓的90% -110%之間時應(yīng)能正常運行；當(dāng)風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓超過額定電壓的110%時，風(fēng)電場的運行狀態(tài)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能確定，即進(jìn)入高電壓穿越狀態(tài)的閾值也可以根據(jù)具體風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能而靈活設(shè)定，同理對于進(jìn)入低電壓穿越狀態(tài)的閾值同樣如此。
[0079]逆變器控制步驟110:根據(jù)實測三相電壓Uab。、實測三相電流Iab。、實測直流母線電壓Ud。、直流母線電壓給定值Udrarf、實測無功功率Qfid以及無功功率控制指令QMf對變流器的逆變器進(jìn)行控制。其中，直流母線電壓給定值Udcref和無功功率控制指令QMf是在并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)時，根據(jù)電網(wǎng)及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以正常穩(wěn)定運行所需要的條件確定的。其中，與實施例樣，在本實施例中，在并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)或者低電壓運行狀態(tài)下，無功功率控制指令Qref可以通過上述式(5)計算，而在并網(wǎng)點處于正常運行狀態(tài)下無功功率控制指令QMf為外部無功功率控制指令。
[0080]具體的，逆變器控制步驟可以包括:
[0081]第一計算步驟:根據(jù)實測三相電壓Uab。和實測三相電流Iab。，計算兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)側(cè)的d軸實測電流分量id和電網(wǎng)側(cè)的q軸實測電流分量i,以及電網(wǎng)側(cè)的d軸實測電壓分量Usd和電網(wǎng)側(cè)的q軸實測電壓分量11<在本步驟中，主要通過坐標(biāo)變換把三相電壓的三相靜止坐標(biāo)系變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，從而可以實現(xiàn)無功電流和有功電流的解耦控制。
[0082]第二計算步驟:根據(jù)d軸實測電流分量id、，軸實測電流分量i,以及實測無功功率Qmd與無功功率控制指令Q?f之間的偏差生成變流器的q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量U,。具體地，首先根據(jù)實測無功功率Qmd與無功功率控制指令Qref之間的偏差生成無功電流給定值I_f，然后根據(jù)無功電流給定值與q軸實測電流分量的偏差生成逆變器側(cè)交流感抗的q軸電壓分量ulq，最后可以通過上式(6)計算q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量U,。
[0083]其中，在上述無功功率QgHd與無功功率控制指令Qraf之間的偏差控制和無功電流給定值與q軸實測電流分量i,的偏差控制是通過Pi (比例積分)控制相關(guān)算法實現(xiàn)；在上式中Ls為逆變器交流側(cè)感抗的電感分量，Ns為電網(wǎng)電壓的電磁轉(zhuǎn)速。在上式中，電網(wǎng)側(cè)的q軸實測電壓分量Usq —般為零。
[0084]第三計算步驟:根據(jù)d軸實測電流分量id、q軸實測電流分量i,以及實測直流母線電壓Udc與直流母線電壓給定值Udcref之間的偏差生成變流器的d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Ud ；具體地，首先根據(jù)實測直流母線電壓Udc與直流母線電壓給定值Udcref之間的偏差生成有功電流給定值Itof，然后根據(jù)有功電流給定值Itof與d軸實測電流分量id之間的偏差生成逆變器側(cè)交流感抗的d軸電壓分量Uld，最后可以通過上式(7)計算d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量ud。
[0085]此外，根據(jù)實測直流母線電壓Udc與直流母線電壓給定值Udcref之間的偏差生成有功電流給定值Itof可以通過PI (比例積分)控制器來完成，在實際應(yīng)用中，還需要合理確定PI (比例積分)控制器相關(guān)參數(shù)，從而能夠合理地控制實測直流母線電壓Ud。與直流母線電壓給定值Udraef之間的偏差與有功電流給定值Itof之間的對應(yīng)關(guān)系。具體的參數(shù)確定方式可以采用理論計算整定法和工程整定法等，該部分屬于現(xiàn)有技術(shù)范疇，再次不再贅述。
[0086]第四計算步驟:根據(jù)d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Ud和q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Uq計算逆變器的目標(biāo)調(diào)整三相電壓。
[0087]第一子控制步驟:根據(jù)目標(biāo)調(diào)整三相電壓生成PWM信號，對逆變器進(jìn)行控制。在這一步驟中，PWM信號對逆變器進(jìn)行控制主要是通過控制逆變器中的IGBT模塊開通和關(guān)閉來實現(xiàn)對逆變器的有功電流和無功電流進(jìn)行控制。在高電壓穿越狀態(tài)時，優(yōu)先對逆變器的無功電流進(jìn)行控制，拉低電網(wǎng)側(cè)電壓，同時根據(jù)直流母線電壓Udc的變化情況執(zhí)行逆變器的有功電流控制、直流Chopper電路控制以及直流儲能電路控制，直流Chopper電路控制和直流儲能電路控制將在下面的步驟中執(zhí)行。
[0088]直流Chopper電路控制步驟120:根據(jù)實測直流母線電壓Udc和直流母線電壓給定值Udraef對直流Chopper電路進(jìn)行控制。具體地，直流Chopper電路控制步驟包括:根據(jù)實測直流母線電壓Udc和直流母線電壓給定值Udcref之間的偏差，生成PWM信號(該步驟也可以通過PI控制器來完成)，對直流Chopper電路4進(jìn)行控制。直流Chopper電路包括IGBT模塊和卸荷電阻，PWM信號對直流Chopper電路4進(jìn)行控制是通過控制直流Chopper電路中的IGBT模塊的開通和閉合來控制直流Chopper電路吸收高電壓穿越時系統(tǒng)多余的能量。
[0089]第二檢測步驟130:檢測儲能模塊充放電實測電流Is。
[0090]直流儲能電路控制步驟140:根據(jù)實測直流母線電壓Ud。、直流母線電壓給定值Udcref以及儲能模塊充放電實測電流Is對直流儲能電路的充放電進(jìn)行控制。具體地，直流儲能電路控制步驟可以包括:首先根據(jù)實測直流母線電壓Udc、直流母線電壓給定值Udcref生成儲能模塊充放電電流給定值Isref (該步驟也可以通過PI控制器來完成)，然后根據(jù)儲能模塊充放電電流給定值Isref與儲能模塊充放電實測電流Is之間的偏差，生成PWM信號(該步驟也可以通過PI控制器來完成)，從而對直流儲能電路的充放電進(jìn)行控制。
[0091]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，上述步驟110?步驟130并不必然按照一定順序執(zhí)行，也就是說，本實用新型實施例對上述步驟110?步驟130的執(zhí)行順序沒有嚴(yán)格限制，在實際應(yīng)用中，步驟110、步驟120以及步驟140作為三個控制分支是并行執(zhí)行的。
[0092]本實用新型實施例提供的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制方法，在現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器內(nèi)增設(shè)了直流儲能電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)檢測到的并網(wǎng)點處的電壓，判定出并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)進(jìn)而通過對逆變器、直流儲能電路和直流Chopper電路的綜合控制，使得直流儲能電路和直流Chopper電路能夠?qū)χ绷髂妇€上多余能量進(jìn)行轉(zhuǎn)移/消耗，從而將直流母線電壓控制在合理范圍內(nèi)，并且將并網(wǎng)點處的電壓拉低，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓穿越。另外，由于本實用新型實施例利用了直流儲能電路進(jìn)行儲能，也避免了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障運行時的能量損失，實現(xiàn)了故障后有功功率輸出的平滑控制。
[0093]圖6是本實用新型實施例二的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制方法流程圖之二。在本實施例中，根據(jù)實測三相電壓Uabc對并網(wǎng)點的運行狀態(tài)進(jìn)行判斷，確定出并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)、正常運行狀態(tài)以及低電壓運行狀態(tài)中的哪種狀態(tài)，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的變流器控制。
[0094]如圖6所示，本實施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制方法包括如下步驟:
[0095]步驟100:執(zhí)行第一檢測步驟，檢測電網(wǎng)側(cè)的實測三相電壓Uab。和實測三相電流Iabc、變流器側(cè)的實測直流母線電壓Udc,并根據(jù)所述實測三相電壓Uabc和實測三相電流Iabc計算電網(wǎng)側(cè)的實測有功功率Pfid和實測無功功率Qgm。
[0096]步驟100:根據(jù)實測三相電壓Uab。對并網(wǎng)點的運行狀態(tài)進(jìn)行判斷，該判斷將會出現(xiàn)三種結(jié)果:
[0097]如果并網(wǎng)點處于正常運行狀態(tài)，則執(zhí)行步驟110，只不過與實施例的高電壓穿越時不同之處在于，無功功率控制指令Qref直接采用外部無功功率控制指令，而不需要通過式
(5)計算；
[0098]如果并網(wǎng)點處于低電壓運行狀態(tài)，則執(zhí)行步驟110和步驟120，并且無功功率控制指令Qm采用式(5)計算；
[0099]如果并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)，則同實施例一樣，執(zhí)行步驟110至步驟140，且無功功率控制指令Qm采用式(5)計算。
[0100]本實用新型實施例提供的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制方法及裝置，通過根據(jù)檢測到的并網(wǎng)點處的電壓，對并網(wǎng)點所處的狀態(tài)進(jìn)行了判斷，進(jìn)而實施不同的變流器的控制策略，能夠有效地應(yīng)對并網(wǎng)點電壓的各種變化情況。
[0101]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器控制裝置，其特征在于，所述變流器包括并聯(lián)在直流母線上的直流儲能電路和直流Chopper電路，所述變流器控制裝置包括: 第一檢測電路，用于檢測電網(wǎng)側(cè)的實測三相電壓Uabc和實測三相電流Iab。、變流器側(cè)的實測直流母線電壓Udc,并根據(jù)所述實測三相電壓Uabc和實測三相電流Iabe計算電網(wǎng)側(cè)的實測有功功率P#id和實測無功功率Qmd ; 運行狀態(tài)判定電路，與所述第一檢測電路連接，用于根據(jù)所述實測三相電壓Uabc對并網(wǎng)點的運行狀態(tài)進(jìn)行判斷，確定所述并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)、正常運行狀態(tài)或低電壓運行狀態(tài)； 逆變器控制電路，與所述第一檢測電路和所述運行狀態(tài)判定電路連接，用于根據(jù)實測三相電壓Uab。、實測三相電流Iab。、實測直流母線電壓Ud。、直流母線電壓給定值Uttoef、實測無功功率Qfid以及無功功率控制指令Qref對所述變流器的逆變器進(jìn)行控制； 直流Chopper電路控制電路，與所述第一檢測電路和所述運行狀態(tài)判定電路連接，用于在所述并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)或者低電壓運行狀態(tài)下，根據(jù)實測直流母線電壓Ud。和直流母線電壓給定值Udraef對直流Chopper電路進(jìn)行控制； 第二檢測電路:用于在所述并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)下，檢測儲能模塊充放電實測電流Is ; 直流儲能電路控制電路:與所述第一檢測電路、所述運行狀態(tài)判定電路以及所述第二檢測電路連接，用于在所述并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)下，根據(jù)實測直流母線電壓Ud。、直流母線電壓給定值Udcref以及儲能模塊充放電實測電流Is對直流儲能電路的充放電進(jìn)行控制， 其中，在所述并網(wǎng)點處于高電壓運行狀態(tài)或者低電壓運行狀態(tài)下，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組視在功率Sn和所述實測有功功率Pfid計算所述無功功率控制指令Q&，在所述并網(wǎng)點處于正常運行狀態(tài)下，所述無功功率控制指令QMf為外部無功功率控制指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流器控制裝置，其特征在于，所述逆變器控制電路包括: 第一運算器:用于根據(jù)所述實測三相電壓Uabc和實測三相電流Iab。，計算兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)側(cè)的d軸實測電流分量id和電網(wǎng)側(cè)的q軸實測電流分量i,以及電網(wǎng)側(cè)的d軸實測電壓分量Usd和電網(wǎng)側(cè)的q軸實測電壓分量Usq ； 第二運算器:與所述第一運算器連接，用于根據(jù)所述d軸實測電流分量id、所述q軸實測電流分量i,以及所述實測無功功率Q-d與所述無功功率控制指令Qref之間的偏差生成變流器的q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Uq ； 第三運算器:與所述第一運算器連接，用于根據(jù)所述d軸實測電流分量id、所述q軸實測電流分量i,以及所述實測直流母線電壓Ud。與所述直流母線電壓給定值Udrarf之間的偏差生成變流器的d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Ud ； 第四運算器:與所述第二運算器和所述第三運算器連接，用于根據(jù)所述d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Ud和所述q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Uq計算逆變器的目標(biāo)調(diào)整三相電壓； 第一子控制電路:與所述第四運算器連接，用于根據(jù)所述目標(biāo)調(diào)整三相電壓生成PWM信號，對所述逆變器進(jìn)行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變流器控制裝置，其特征在于，所述第二運算器包括: 無功電流給定值生成單元，用于根據(jù)所述實測無功功率Q#id與所述無功功率控制指令Qraf之間的偏差生成無功電流給定值Itffeif ； 逆變器側(cè)交流感抗的q軸電壓分量生成單元，與所述無功電流給定值生成單元連接，用于根據(jù)所述無功電流給定值I_f與所述q軸實測電流分量i,的偏差生成逆變器側(cè)交流感抗的q軸電壓分量Ulq ； q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量計算單元，與所述逆變器側(cè)交流感抗的q軸電壓分量生成單元連接，用于計算所述q軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量U,。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變流器控制裝置，其特征在于，所述第三運算器包括: 有功電流給定值生成單元，用于根據(jù)所述實測直流母線電壓Udc與所述直流母線電壓給定值Udcref之間的偏差生成有功電流給定值Itof ； 逆變器側(cè)交流感抗的d軸電壓分量生成單元，與所述有功電流給定值生成單元連接，用于根據(jù)所述有功電流給定值Itof與所述d軸實測電流分量id之間的偏差生成逆變器側(cè)交流感抗的d軸電壓分量Uld ； d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量計算單元，與所述逆變器側(cè)交流感抗的d軸電壓分量生成單元連接，用于計算所述d軸目標(biāo)調(diào)整電壓分量Ud。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流器控制裝置，其特征在于，在所述直流Chopper電路控制電路中，所述根據(jù)實測直流母線電壓Udc和所述直流母線電壓給定值Udcref對直流Chopper電路進(jìn)行控制包括: 根據(jù)所述實測直流母線電壓Udc和所述直流母線電壓給定值Udcref之間的偏差，生成PWM信號，對直流Chopper電路進(jìn)行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流器控制裝置，其特征在于，所述直流儲能電路控制電路包括: 儲能模塊充放電電流給定值生成單元，用于根據(jù)所述實測直流母線電壓Ud。、所述直流母線電壓給定值Udcref生成儲能模塊充放電電流給定值ISMf ； 儲能模塊目標(biāo)調(diào)整電壓生成單元，與所述儲能模塊充放電電流給定值生成單元連接，用于根據(jù)所述儲能模塊充放電電流給定值iSMf與所述儲能模塊充放電實測電流Is之間的偏差，生成儲能模塊目標(biāo)調(diào)整電壓Uds ； 第二子控制電路，與所述儲能模塊目標(biāo)調(diào)整電壓生成單元連接，用于根據(jù)所述儲能模塊目標(biāo)調(diào)整電壓Uds生成PWM信號，對直流儲能電路的充放電進(jìn)行控制。
【文檔編號】H02J3/38GK204030631SQ201420498326
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月31日
【發(fā)明者】艾斯卡爾, 王海龍, 喬元, 黃遠(yuǎn)彥, 劉漢民, 馬力, 王銀明, 牛虎, 何紅光, 任巍曦 申請人:新疆金風(fēng)科技股份有限公司, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)新源張家口風(fēng)光儲示范電站有限公司