一种提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统

本发明属于风力发电，更具体地，涉及一种提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统。

背景技术：

1、随着风电并网容量不断增加，风电渗透率不断提升，电力系统持续安全稳定运行面临着诸多挑战。特别的，大型风电场通常位于偏远地区，并通过高阻抗的长输电线与交流电网相连，这会显著降低电网强度，使得风电机组更容易受到电网动态扰动的影响，降低系统的同步稳定性。

2、为了减轻双馈风机在弱电网下的小扰动宽频振荡问题，最常见的做法是调节优化锁相环参数，减小锁相环的带宽来提升稳定性，然而改变锁相环的结构会增加锁相环的复杂程，降低锁相环的动态性能。除了更改锁相环，还可以通过在转子侧电流控制器中附加前馈通道实现主动阻尼控制。但是双馈风机的转子侧电流环控制通常包括各种emf及前馈项，对转子侧控制结构进行改进，会增加转子侧变换器控制结构的复杂程度，导致转子侧变换器容量不足。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统，其目的在于充分利用网侧变换器的容量，通过对网侧控制结构的调整实现振荡抑制。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统，包括网侧变换器和为所述网侧变换器提供三相电压的网侧控制结构，所述网侧控制结构包括锁相环、阻尼控制模块和网侧变换器电流控制环，其中，

3、所述锁相环包含park变换模块、锁相pi控制器和积分器，所述park变换模块用于将并网点三相电压usabc进行park变换，得到d轴和q轴的直流电压usd和usq；所述锁相pi控制器用于根据q轴直流电压usq计算锁相环坐标系相对于基准坐标系之间的锁相环频率误差信号ωerr，所述积分器用于对所述锁相环频率误差信号ωerr进行积分得到输出角θpll并反馈给所述park变换模块；

4、所述阻尼控制模块用于根据所述锁相环频率误差信号ωerr输出补偿电压udamp，所述阻尼控制模块的传递函数为其中，ω0是角速度基准值，kw是附加阻尼增益系数，s为拉普拉斯算子；

5、所述网侧变换器电流控制环包含电压计算模块和park逆变换模块，所述电压计算模块用于根据网侧变换器电流参考值和电流实际值计算网侧d轴电压ugd和初始网侧q轴电压并在初始网侧q轴电压上叠加所述补偿电压udamp得到网侧q轴电压ugq；所述park逆变换模块用于对所述网侧d轴电压ugd和网侧q轴电压ugq进行park逆变换得到输入所述网侧变换器的三相电压。

6、在其中一个实施例中，锁相pi控制器输出锁相环频率误差信号ωerr的表达式为：

7、ωerr＝kpusq+ki∫usqdt

8、其中，kp是pi控制器的比例系数，ki是pi控制器的积分系数。

9、在其中一个实施例中，在所述网侧变换器电流控制环中，网侧q轴电压ugq的表达式为：

10、ugq＝ggpi(igq_ref-igq)+ωsl1igd+udamp

11、其中，ggpi表示网侧电流控制环中的pi控制器，igq_ref表示网点q轴电流的参考值，igq表示网点q轴电流的实际值，ωsl1igd代表交叉解耦项，其中的ωs、l1、igd分别表示额定角频率、网侧滤波电感和网侧d轴电流；

12、网侧d轴电压ugd的表达式为：

13、ugd＝ggpi(igd_ref-igd)+ωsl1igq

14、其中igd_ref表示网点d轴电流的参考值，igd表示网点d轴电流的实际值，ωsl1igq代表交叉解耦项

15、在其中一个实施例中，igq_ref取值为0。

16、在其中一个实施例中，所述网侧控制结构还包括：

17、隔离模块，设置于所述阻尼控制模块和所述锁相环之间，在所述锁相环频率误差信号ωerr输入所述阻尼控制模块之前，通过所述隔离模块对所述锁相环频率误差信号ωerr进行滤波后再输入所述阻尼控制模块，当双馈风电机组处于稳态时，所述隔离模块隔断所述锁相环频率误差信号ωerr，当双馈风电机组受到扰动时，所述隔离模块使所述锁相环频率误差信号ωerr通过。

18、在其中一个实施例中，所述隔离模块的传递函数为其中，tw是隔离环节时间常数，s为拉普拉斯算子。

19、在其中一个实施例中，tw取值范围为1s～20s。

20、在其中一个实施例中，在阻尼控制模块中，角速度基准值ω0为314，附加阻尼增益系数kw的取值范围为50～200。

21、在其中一个实施例中，以并网点三相电流作为所述网侧变换器的输入电流。

22、在其中一个实施例中，所述控制系统还包括转子侧变换器和为转子侧变换器提供三相电压的转子侧控制结构。

23、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

24、1、本发明通过引出锁相环频率误差信号并输入具有特定设计的阻尼控制模块，阻尼控制模块的传递函数为输出特定的补偿电压udamp，并反馈至网侧变换器电流控制环中，可以补偿双馈风电风电机组的系统阻尼，确保系统阻尼系数为正，从而抑制系统小干扰振荡。

25、2、本发明对网侧控制结构进行改变，能够充分利用双馈风机网侧变换器容量，避免增加转子侧变换器控制结构的复杂程度。

26、3.网侧变换器控制器参数变化对于系统稳定性的影响更大，因此本发明的网侧附加阻尼控制器控制效果比机侧更强。

技术特征：

1.一种提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统，其特征在于，包括网侧变换器和为所述网侧变换器提供三相电压的网侧控制结构，所述网侧控制结构包括锁相环、阻尼控制模块和网侧变换器电流控制环，其中，

2.如权利要求1所述的提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统，其特征在于，锁相pi控制器输出锁相环频率误差信号ωerr的表达式为：

3.如权利要求1所述的提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统，其特征在于，在所述网侧变换器电流控制环中，网侧q轴电压ugq的表达式为：

4.如权利要求3所述的提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统，其特征在于，igq_ref取值为0。

5.如权利要求1所述的提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统，其特征在于，所述网侧控制结构还包括：

6.如权利要求5所述的提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统，其特征在于，所述隔离模块的传递函数为其中，tw是隔离环节时间常数，s为拉普拉斯算子。

7.如权利要求6所述的提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统，其特征在于，tw取值范围为1s～20s。

8.如权利要求1所述的提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统，其特征在于，在阻尼控制模块中，角速度基准值ω0为314，附加阻尼增益系数kw的取值范围为50～200。

9.如权利要求1所述的提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统，其特征在于，以并网点三相电流作为所述网侧变换器的输入电流。

10.如权利要求1所述的提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括转子侧变换器和为转子侧变换器提供三相电压的转子侧控制结构。

技术总结
本发明公开了一种提升双馈风电机组同步稳定性的附加阻尼控制系统，其网侧控制结构包括锁相环、阻尼控制模块和网侧变换器电流控制环，其中，锁相环中的PI控制器用于根据q轴直流电压u<subgt;sq</subgt;计算锁相环坐标系相对于基准坐标系之间的锁相环频率误差信号ω<subgt;err</subgt;；阻尼控制模块用于根据锁相环频率误差信号ω<subgt;err</subgt;输出补偿电压U<subgt;damp</subgt;并叠加至网侧变换器电流控制环中的q轴电流控制器的输出端以实现扰动抑制，其中，阻尼控制模块的传递函数为其中，ω<subgt;0</subgt;是角速度基准值，K<subgt;w</subgt;是附加阻尼增益系数，s为拉普拉斯算子。

技术研发人员：杨怡航,朱东海,邹旭东,胡家兵,迟永宁,康勇
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12