一种双馈风机与静止无功发生器控制方法、控制器及装置与流程

本发明涉及新能源发电技术中的控制技术领域，具体涉及一种双馈风机与静止无功发生器控制方法、控制器及装置。

背景技术：

随着风电装机容量的不断增大，风电并网系统的交互作用变的越来越复杂；尤其对于大规模风电接入条件下，双馈风电并网系统会表现出多类型振荡现象，而双馈风机控制的非线性和电力电子驱动设备控制的灵活性将对系统振荡特性产生影响。针对风电并网系统振荡问题，国内外学者已经开展了部分研究工作。在机网交互作用机理和振荡特性研究方面，有建立包含磁链、锁相环、变流器及其控制和风力机等详细数学模型研究双馈风机与电网动态耦合相互作用、双馈风机与串补电容之间次同步控制相互作用、风机与同步机动态间交互作用、多facts控制器间交互影响等问题。在风电并网系统振荡抑制研究方面，有双馈风机转子侧变流器控制中附加阻尼控制抑制次同步振荡方法，双馈风机定子侧变流器控制中附加阻尼控制的方法序贯优化算法设计阻尼控制器参数等。

但是目前的研究主要基于并网系统传统次同步振荡发生机理及阻尼措施研究，缺乏对双馈风电与静止无功发生器强交互作用引起新的振荡类型的认识，且缺乏相适应的有效抑制措施。

技术实现要素：

本发明提供了一种双馈风机与静止无功发生器控制方法、控制器及装置，其目的是为了有效阻尼风电并网系统的次同步振荡现象，进一步提高系统的稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种双馈风机与静止无功发生器控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：

在风电并网系统运行过程中，获取双馈风机和静止无功发生器的次同步振荡电流分量；

根据所述双馈风机和静止无功发生器的次同步振荡电流分量确定双馈风机和静止无功发生器的次同步阻尼信号；

利用所述双馈风机的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的控制电压信号，利用所述静止无功发生器的次同步阻尼信号修正所述静止无功发生器的触发脉冲信号。

进一步的，所述获取双馈风机或静止无功发生器的次同步振荡电流分量，包括：

将所述双馈风机的d轴电流或q轴电流通过二阶高通滤波器滤波，当所述二阶高通滤波器存在输出信号时，则所述输出信号为所述双馈风机的次同步振荡电流d轴分量或q轴分量；

将所述静止无功发生器的q轴电流通过二阶高通滤波器滤波，当所述二阶高通滤波器存在输出信号时，则所述输出信号为所述静止无功发生器的次同步振荡电流q轴分量。

进一步的，所述二阶高通滤波器传递函数为：其中，ωn为该高通滤波器固有频率，ωn＝25hz；ζ为阻尼系数，ζ＝1；s为复变量。

进一步的，所述根据所述双馈风机或静止无功发生器的次同步振荡电流分量确定双馈风机或静止无功发生器的次同步阻尼信号，包括：

按下式确定所述次同步阻尼信号：

δuj＝(kpj+αkdjs)ij

其中，j＝1，2或3；α＝0或1，当kdj和ij同号时α＝1，否则α＝0；s为复变量；

当j＝1时，δu1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的次同步阻尼信号；kp1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的附加阻尼控制比例系数，kd1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的附加阻尼控制微分系数，i1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的次同步振荡电流分量；

当j＝2时，δu2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的次同步阻尼信号；kp2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的附加阻尼控制比例系数，kd2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的附加阻尼控制微分系数，i2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的次同步振荡电流分量；

当j＝3时，δu3为所述静止无功发生器的次同步阻尼信号；kp3为所述静止无功发生器的附加阻尼控制比例系数，kd3为所述静止无功发生器的附加阻尼控制微分系数，i3为所述静止无功发生器的次同步振荡电流分量。

进一步的，所述利用所述双馈风机的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的控制电压信号，利用所述静止无功发生器的次同步阻尼信号修正所述静止无功发生器的触发脉冲信号，包括：

利用所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的d轴控制电压信号；

利用所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的q轴控制电压信号；

利用所述静止无功发生器的次同步阻尼信号修正所述静止无功发生器的q轴触发脉冲信号。

一种所述双馈风机与静止无功发生器控制方法的控制器，其改进之处在于，所述控制器包括：高通滤波器、比例控制器、微分控制器、逻辑控制器、加法器和限幅控制器；

所述高通滤波器，用于对所述双馈风机的q轴电流、所述双馈风机的d轴电流或静止无功发生器的q轴电流进行滤波，获取次同步振荡电流分量ij；

所述比例控制器，用于对所述次同步振荡电流分量ij附加比例控制；

所述微分控制器，用于对所述次同步振荡电流分量ij附加微分控制；

所述逻辑控制器，用于判断所述微分控制器的附加阻尼控制微分系数和所述次同步振荡电流分量ij是否同号时，若是，则所述逻辑控制器的输出量为kdjsij，若否，则抑制所述微分控制器的微分控制，所述逻辑控制器的输出量为0，其中，kdj为所述微分控制器的附加阻尼控制微分系数；

所述加法器的输入端分别与所述比例控制器的输出端和所述逻辑控制器的输出端相连，所述加法器的输出端与所述限幅控制器相连。

优选的，所述高通滤波器的传递函数为：其中，ωn为该高通滤波器固有频率，ωn＝25hz；ζ为阻尼系数，ζ＝1；s为复变量。

优选的，所述加法器的输入信号包括：所述逻辑控制器的输出量和所述比例控制器的输出量；

其中，所述比例控制器的输出量为kpjij，kpj为所述比例控制器的附加阻尼控制比例系数。

一种双馈风机与静止无功发生器控制装置，其改进之处在于，所述装置包括：

获取模块：用于在风电并网系统运行过程中，获取双馈风机和静止无功发生器的次同步振荡电流分量；

确定模块：用于根据所述双馈风机和静止无功发生器的次同步振荡电流分量确定双馈风机和静止无功发生器的次同步阻尼信号；

修正模块：用于利用所述双馈风机的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的控制电压信号，利用所述静止无功发生器的次同步阻尼信号修正所述静止无功发生器的触发脉冲信号。

优选的，所述获取模块，用于：

将所述双馈风机的d轴电流或q轴电流通过二阶高通滤波器滤波，当所述二阶高通滤波器存在输出信号时，则所述输出信号为所述双馈风机的次同步振荡电流d轴分量或q轴分量；

将所述静止无功发生器的q轴电流通过二阶高通滤波器滤波，当所述二阶高通滤波器存在输出信号时，则所述输出信号为所述静止无功发生器的次同步振荡电流q轴分量。

优选的，所述二阶高通滤波器传递函数为：其中，ωn为该高通滤波器固有频率，ωn＝25hz；ζ为阻尼系数，ζ＝1。

优选的，所述确定模块，包括：

按下式确定所述次同步阻尼信号：

δuj＝(kpj+αkdjs)ij

其中，j＝1，2或3；α＝0或1，当kdj和ij同号时α＝1，否则α＝0；s为复变量；

当j＝1时，δu1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的次同步阻尼信号；kp1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的附加阻尼控制比例系数，kd1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的附加阻尼控制微分系数，i1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的次同步振荡电流分量；

当j＝2时，δu2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的次同步阻尼信号；kp2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的附加阻尼控制比例系数，kd2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的附加阻尼控制微分系数，i2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的次同步振荡电流分量；

当j＝3时，δu3为所述静止无功发生器的次同步阻尼信号；kp3为所述静止无功发生器的附加阻尼控制比例系数，kd3为所述静止无功发生器的附加阻尼控制微分系数，i3为所述静止无功发生器的次同步振荡电流分量。

优选的，所述修正模块，用于：

利用所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的d轴控制电压信号；

利用所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的q轴控制电压信号；

利用所述静止无功发生器的次同步阻尼信号修正所述静止无功发生器的q轴触发脉冲信号。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种双馈风机与静止无功发生器控制方法、控制器及装置，能够通过获取双馈风机或静止无功发生器的次同步振荡电流分量确定双馈风机或静止无功发生器的次同步阻尼信号，并修正双馈风机的控制电压信号和静止无功发生器的触发脉冲信号。本发明提供的技术方案能够解决因双馈风机和静止无功发生器的强交互作用引起的次同步振荡问题，提高双馈风电并网系统的抗扰能力及系统稳定性。

附图说明

图1为本发明提供的一种双馈风机与静止无功发生器控制方法的流程图；

图2为本发明提供的一种双馈风机与静止无功发生器控制方法的控制器图；

图3为本发明提供的一种一种双馈风机与静止无功发生器控制装置图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

本发明提供了一种双馈风机与静止无功发生器控制方法，如图1所示，所述方法包括：

在风电并网系统运行过程中，获取双馈风机和静止无功发生器的次同步振荡电流分量；

根据所述双馈风机和静止无功发生器的次同步振荡电流分量确定双馈风机和静止无功发生器的次同步阻尼信号；

利用所述双馈风机的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的控制电压信号，利用所述静止无功发生器的次同步阻尼信号修正所述静止无功发生器的触发脉冲信号。

具体的，所述获取双馈风机或静止无功发生器的次同步振荡电流分量，包括：

将所述双馈风机的d轴电流或q轴电流通过二阶高通滤波器滤波，当所述二阶高通滤波器存在输出信号时，则所述输出信号为所述双馈风机的次同步振荡电流d轴分量或q轴分量；

将所述静止无功发生器的q轴电流通过二阶高通滤波器滤波，当所述二阶高通滤波器存在输出信号时，则所述输出信号为所述静止无功发生器的次同步振荡电流q轴分量。

具体的，所述二阶高通滤波器传递函数为：其中，ωn为该高通滤波器固有频率，ωn＝25hz；ζ为阻尼系数，ζ＝1；s为复变量。

具体的，所述根据所述双馈风机或静止无功发生器的次同步振荡电流分量确定双馈风机或静止无功发生器的次同步阻尼信号，包括：

按下式确定所述次同步阻尼信号：

δuj＝(kpj+αkdjs)ij

其中，j＝1，2或3；α＝0或1，当kdj和ij同号时α＝1，否则α＝0；s为复变量；

当j＝1时，δu1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的次同步阻尼信号；kp1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的附加阻尼控制比例系数，kd1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的附加阻尼控制微分系数，i1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的次同步振荡电流分量；

当j＝2时，δu2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的次同步阻尼信号；kp2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的附加阻尼控制比例系数，kd2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的附加阻尼控制微分系数，i2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的次同步振荡电流分量；

当j＝3时，δu3为所述静止无功发生器的次同步阻尼信号；kp3为所述静止无功发生器的附加阻尼控制比例系数，kd3为所述静止无功发生器的附加阻尼控制微分系数，i3为所述静止无功发生器的次同步振荡电流分量。

具体的，所述利用所述双馈风机的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的控制电压信号，利用所述静止无功发生器的次同步阻尼信号修正所述静止无功发生器的触发脉冲信号，包括：

利用所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的d轴控制电压信号；

利用所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的q轴控制电压信号；

利用所述静止无功发生器的次同步阻尼信号修正所述静止无功发生器的q轴触发脉冲信号。

本发明提供了一种所述双馈风机与静止无功发生器控制方法的控制器，如图2所示，所述控制器包括：高通滤波器、比例控制器、微分控制器、逻辑控制器、加法器和限幅控制器；

所述高通滤波器，用于对所述双馈风机的q轴电流、所述双馈风机的d轴电流或静止无功发生器的q轴电流进行滤波，获取次同步振荡电流分量ij；

所述比例控制器，用于对所述次同步振荡电流分量ij附加比例控制；

所述微分控制器，用于对所述次同步振荡电流分量ij附加微分控制；

所述逻辑控制器，用于判断所述微分控制器的附加阻尼控制微分系数和所述次同步振荡电流分量ij是否同号时，若是，则所述逻辑控制器的输出量为kdjsij，若否，则抑制所述微分控制器的微分控制，所述逻辑控制器的输出量为0，其中，kdj为所述微分控制器的附加阻尼控制微分系数；

所述加法器的输入端分别与所述比例控制器的输出端和所述逻辑控制器的输出端相连，所述加法器的输出端与所述限幅控制器相连。

具体的，所述高通滤波器的传递函数为：其中，ωn为该高通滤波器固有频率，ωn＝25hz；ζ为阻尼系数，ζ＝1；s为复变量。

具体的，所述加法器的输入信号包括：所述逻辑控制器的输出量和所述比例控制器的输出量；

其中，所述比例控制器的输出量为kpjij，kpj为所述比例控制器的附加阻尼控制比例系数；δuj为次同步阻尼信号。

一种双馈风机与静止无功发生器控制装置，如图3所示，所述装置包括：

获取模块：用于在风电并网系统运行过程中，获取双馈风机和静止无功发生器的次同步振荡电流分量；

确定模块：用于根据所述双馈风机和静止无功发生器的次同步振荡电流分量确定双馈风机和静止无功发生器的次同步阻尼信号；

修正模块：用于利用所述双馈风机的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的控制电压信号，利用所述静止无功发生器的次同步阻尼信号修正所述静止无功发生器的触发脉冲信号。

具体的，所述获取模块，用于：

将所述双馈风机的d轴电流或q轴电流通过二阶高通滤波器滤波，当所述二阶高通滤波器存在输出信号时，则所述输出信号为所述双馈风机的次同步振荡电流d轴分量或q轴分量；

将所述静止无功发生器的q轴电流通过二阶高通滤波器滤波，当所述二阶高通滤波器存在输出信号时，则所述输出信号为所述静止无功发生器的次同步振荡电流q轴分量。

具体的，所述二阶高通滤波器传递函数为：其中，ωn为该高通滤波器固有频率，ωn＝25hz；ζ为阻尼系数，ζ＝1。

具体的，所述确定模块，包括：

按下式确定所述次同步阻尼信号：

δuj＝(kpj+αkdjs)ij

其中，j＝1，2或3；α＝0或1，当kdj和ij同号时α＝1，否则α＝0；s为复变量；

当j＝1时，δu1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的次同步阻尼信号；kp1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的附加阻尼控制比例系数，kd1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的附加阻尼控制微分系数，i1为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的次同步振荡电流分量；

当j＝2时，δu2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的次同步阻尼信号；kp2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的附加阻尼控制比例系数，kd2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的附加阻尼控制微分系数，i2为所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的次同步振荡电流分量；

当j＝3时，δu3为所述静止无功发生器的次同步阻尼信号；kp3为所述静止无功发生器的附加阻尼控制比例系数，kd3为所述静止无功发生器的附加阻尼控制微分系数，i3为所述静止无功发生器的次同步振荡电流分量。

具体的，所述修正模块，用于：

利用所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的d轴电流的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的d轴控制电压信号；

利用所述双馈风机的次同步振荡电流分量中双馈风机的q轴电流的次同步阻尼信号修正所述双馈风机的q轴控制电压信号；

利用所述静止无功发生器的次同步阻尼信号修正所述静止无功发生器的q轴触发脉冲信号。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。