基于相角自生成策略的构网型风电场电压源控制方法与流程

本发明涉及风电场的构网型功能领域，具体是一种基于相角自生成策略的构网型风电场电压源控制方法。

背景技术：

1、随着新能源装机占比的不断提高，电网安全稳定问题将更加严峻。我国电网将由同步发电机主导，逐步转变为新能源电力电子控制主导。但在同步发电机电源和新能源发电并存的交流电网中，“同步”依然是电网能够稳定运行的必要条件。因此，为保障我国更大规模新能源的发展及电网安全稳定运行需求，新能源自身也需具备对电网惯量、频率以及电压支撑能力，尤其是构建电力系统的能力，并共同与常规电源保证高比例新能源电力系统的稳定运行。

2、现阶段已有相关文献及专利提出了全功率型风机虚拟同步发电控制策略，但相关的技术主要存在两个问题，无法直接应用于现场实际。一是现有的虚拟同步发电技术仍采用锁相环控制，无法自生成相角，导致在弱交流系统中无法自主建立频率和电压，只能提供主动支撑能力，无法构建电网；二是现有的电压源策略未考虑实际风机直流电容较小，简单将其直流母线电容动态特性类比同步发电机的转子运动方程，实际中直流电容的物理惯量很小，导致直流电压随电网频率变化过低过高时会导致变换器出现过调制或增加功率器件电压应力。

3、同时，对于含自生成相角的电压源风机，一方面由于存在多机并联问题，需要对其进行协调控制，防止站内功率振荡；另一方面由于电压源风机变桨距比较慢，风机只有无功电压下垂特性，没有频率有功下垂，且常规新能源电站的一次调频调压为开环控制，做主电源时会产生静差，因此构网型风电场需要采用风电集群协调控制实现调频、调压，并采用闭环控制消除频率和电压静差。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述难题，提出一种基于相角自生成策略的构网型风电场电压源控制方法，其采用网侧控制直流电压，机侧控制转子动能、自适应减载的机网协调控制器及风电机群整站电压源构网型风电场频率-有功闭环、电压-无功闭环控制，同时构建了宽频振荡监测与抑制系统，用来保护风电场电气设备；本发明能够满足风电场整站构网型功能要求，有效提高了能量利用率。

2、为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于相角自生成策略的构网型风电场电压源控制方法，包括以下步骤：

4、步骤一、采用机网协调控制器在网侧控制直流电压同步，在机侧控制转子动能以及自适应减载；

5、步骤二、对风电机群整站电压源构网型风电场频率-有功闭环、电压-无功闭环进行控制。

6、进一步的，步骤一中所述机网协调控制器包括直流电压自同步控制器和虚拟阻抗控制器，直流电压自同步控制器中的直流电压自同步算法的表达式表示为：

7、

8、其中kt及kd为外环控制器pi参数，mq为无功-电压下垂系数，有功功率pg以及无功功率qg的标幺值作为输入，ωb＝2πf以及udc0为给定的基准角频率及直流母线电压，相位θ，角频率ω以及交流电压uref为外环控制器的输出，s为积分算子；

9、所述虚拟阻抗控制器进行虚拟阻抗控制的表达式为：

10、

11、其中lv及r为虚拟阻抗的电感及电阻，ud及uq为逆变器经过滤波电路后内部输出的d轴及q轴电压，id及iq为逆变器经过滤波电路后内部输出的d轴及q轴电流。

12、进一步的，步骤一中在机侧控制转子动能以及自适应减载，由转子动能控制算法及自适应减载的改进mppt控制算法构成，其中转子动能控制算法表示为：

13、

14、式中，1/ts+1为低通滤波器，t为时延常数，kd为比例常数同时考虑±δpmax的机侧惯量功率支撑上下限值，ps为机侧的电磁功率，pd-mppt为自适应减载的改进mppt控制算法产生的有功功率给定值，自适应减载的改进mppt控制算法的自适应减载算法曲线设定的策略为：加速过程比减速过程需要更长的时间。

15、进一步的，步骤二具体包括以下步骤：

16、步骤2.1：风电机群整站电压源频率-有功闭环控制

17、场站协控装置根据并网点频率，按照公式(4)进行闭环频率-有功控制并计算场站有功功率目标功率值δp，经过场站协调控制装置考虑网损后，发给风机能量管理平台以及逆变器，实现有功功率的快速调节：

18、

19、其中：fn为系统额定频率，通常为50hz；fpcc为并网点频率，单位hz；kf为频率闭环比例下垂系数，ki为频率积分下垂系数；s为积分算子；

20、步骤2.2：风电机群整站电压源电压-无功闭环控制

21、通过调度avc主站下发的电压目标指令值，根据电压下垂变换控制，计算风机场无功目标值δq，根据无功目标值调节35kv母线上的svg的无功出力；场站电压满足调度指令后，逐步利用风机的无功调节能量，置换svg的无功出力，当并网点电压upcc大于设定的电压偏差上下死区ud+、ud-时，执行公式(5)：

22、

23、其中un为avc电压指令值；upcc为并网点电压；qn为场站额定最大无功容量，为全部风机、逆变器以及svg设备无功上限之和；kq为无功-比例下垂系数，kqi为无功-积分下垂系数。

24、进一步的，还包括设置风电机群整站宽频振荡抑制系统，所述风电机群整站宽频振荡抑制系统包括宽频测量装置、宽频监控服务器、振荡抑制模块；

25、所述宽频测量装置，用于对电压电流信号进行信号进行采集并处理分解，得到各波动信号频段；

26、所述宽频监控服务器，用于对从宽频测量装置测算到的各波动信号频段进行存储、计算及分析，判断是否超过初设阈值；

27、所述振荡抑制模块，用于计算分析下发风机能量管理平台的功率指令执行值，进而实现场站宽频振荡抑制。

28、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

29、(1)本发明所提出的风电机组网侧控制直流电压，机侧控转子动能、自适应减载的机网协调控制器，可以风电机组相角自生成、惯性响应特性，有效解决了实际风电机组电容小能量存储少、有功ms级响应惯量的需求；

30、(2)通过本发明提出的一种风电机群协调控制系统及控制策略，实现了整站电压源构网型风电场频率-有功闭环、电压-无功闭环控制，同时构建了宽频振荡监测与抑制系统，用来保护风电场电气设备；

31、(3)通过本发明提供的方法，能够避免因风机一次调频动作慢导致系统频率失控的危害，可以实现风电场整站构网性能，构建100％新能源新型电力系统，稳定支撑系统频率和电压。

技术特征：

1.一种基于相角自生成策略的构网型风电场电压源控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于相角自生成策略的构网型风电场电压源控制方法，其特征在于：步骤一中所述机网协调控制器包括直流电压自同步控制器和虚拟阻抗控制器，直流电压自同步控制器中的直流电压自同步算法的表达式表示为：

3.如权利要求1所述的基于相角自生成策略的构网型风电场电压源控制方法，其特征在于：步骤一中在机侧控制转子动能以及自适应减载，由转子动能控制算法及自适应减载的改进mppt控制算法构成，其中转子动能控制算法表示为：

4.如权利要求1所述的基于相角自生成策略的构网型风电场电压源控制方法，其特征在于：步骤二具体包括以下步骤：

5.如权利要求1所述的基于相角自生成策略的构网型风电场电压源控制方法，其特征在于：还包括设置风电机群整站宽频振荡抑制系统，所述风电机群整站宽频振荡抑制系统包括宽频测量装置、宽频监控服务器、振荡抑制模块；

技术总结
本发明提供一种基于相角自生成策略的构网型风电场电压源控制方法，针对风机电压源提出网侧控制直流电压，机侧控转子动能、自适应减载的机网协调控制器，实现了风电机组相角自生成、惯性响应特性，有效解决了实际风电机组电容小能量存储少、有功ms级响应惯量的需求；为解决风机变桨系统调节速度较慢，风机机侧实际实现一次调频较困难的技术难题，提出风电机群协调控制系统及控制策略，结合风机本体一次调压能力，实现了整站电压源构网型风电场频率‑有功闭环、电压‑无功闭环控制。通过本发明提出的控制算法及装置系统，可以实现风电场整站构网性能，构建100％新能源新型电力系统，稳定支撑系统频率和电压。

技术研发人员：胡畔,江克证,冀肖彤,柳丹,曹侃,叶畅,肖繁,邓万婷,熊平,康逸群,李哲,宿磊,游力,熊昊哲,熊亮雳,王伟,陈孝明,刘巨,程绳,冯万里,李猎,熬禹琦,徐驰
受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15