一种直流并网风机组变流器的控制方法

本发明涉及变流器控制技术，具体涉及一种直流并网风机组变流器的控制方法。

背景技术：

1、直流并网风机组变流器是一种将风力发电机产生的交流电转换为直流电，并将其与电网中的直流电相连接的装置。它是风力发电系统中的核心部件之一，可以控制风机组输出的电能并将其稳定地注入电网中。直流并网风机组变流器主要由整流器、逆变器和滤波器等组成，其中整流器将风机组输出的交流电转换为直流电，逆变器将直流电转换为交流电并与电网相连接，滤波器则用于消除电网中的谐波干扰和噪声；该设备的运行状态和性能对风力发电系统的运行稳定性和电能质量有着重要的影响；同时为了1、调节电能注入电网：风力发电机组的输出功率会随着风速的变化而发生波动，为了保证稳定的电网供电，需要通过控制变流器来调节电能的注入。当风速较高时，变流器可以将更多的电能注入电网；当风速较低或风机组需要维护时，变流器可以降低电能注入电网；2、平滑电能输出：风力发电机组输出的电能具有脉动性，通过控制变流器，可以对电能进行平滑处理，使其满足电网的稳定性和质量要求；3、频率和电压调节：变流器可以通过调节输出频率和电压来匹配电网的要求，确保风力发电系统与电网的同步运行；4、保护风机组和电网：变流器具备过载保护、短路保护等功能，可以在发生故障或异常情况时及时断开连接，保护风机组和电网免受损害；因此需要通过合理有效地变流器控制方法来实现直流并网风机组变流器的稳定运行。

2、现有的直流并网风机组变流器的控制方法在进行使用时，由于多电平电流器之间的单元开关动作存在差异，导致变流器在转换电能过程中极易出现不平衡的能量流量，且变流器在运行中容易存在的零序电流回路的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种直流并网风机组变流器的控制方法，以解决现有技术中的上述不足之处。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种直流并网风机组变流器的控制方法，具体包括以下步骤：

3、s1、参数数据获取：通过安装在风力发电机组上的传感器组进行实时监测，同时传感器组获取到风机组工作时的外部参数数据和风机组参数数据后，将获取到的参数数据进行整合并输送至风机组变流器中的控制模型模块内，用以向控制模型模块输入风机组运行的初始数据；

4、s2、建立多电平变流器功率参数控制模型：再利用s1中的参数数据建立风机组多电平变流器气流功率参数模型和风力损耗功率参数控制模型；

5、s3、接收变流器启动指令；

6、s4、最大功率点跟踪：此时根据外部参数数据和风机组参数数据，控制模型模块通过其内的最大功率点跟踪算法来确定当前最佳工作点，以提取最大的风能；

7、s5、电流、电压控制：接着根据电网的电流、电压要求和系统预设的阈值配置，配合控制模型模块内的pi控制算法控制调节变流器的输出电流、电压；

8、s6、频率控制：此时控制模型模块通过其内的锁相环控制算法来确保变流器的输出频率与电网频率同步；

9、s7、并网保护控制：再接着控制模型模块通过传感器组监测风机组和变流器的运行状态，并在出现异常情况时立即采取相应的措施，以确保风机组和变流器的安全运行；

10、s8、变流器谐振自适应控制：最后输出风机组变流器运行中的积分信号，用于消除前端输出电能的稳态误差；并在此基础上，建立电能传递模型用于对电能的转换过程进行表述；与此同时，同步建立谐波自适应调节模型，用以谐波的无差自适应调节；其中控制模型模块根据电流偏差和积分误差来计算并调整变流器的电流输出。

11、进一步地，所述s1中的传感器组包括环境空气密度传感器、自由风速传感器、桨距角传感器、叶尖速度比传感器、电流传感器、电压传感器和漏电流传感器。

12、进一步地，所述s1中的外部参数数据和风机组参数数据具体包括：环境空气密度、叶片扫过的有效面积、自由风速、桨距角、叶尖速度比、电流、电压和漏电流。

13、进一步地，所述s2中的风机组多电平变流器气流功率参数模型如下所示：

14、

15、其中：m表示风机组多电平变流器气流功率参数；q表示环境空气密度，计算单位为kg/m3；r表示叶片扫过的有效面积，计算单位为m2；n表示自由风速，计算单位为m/s。

16、进一步地，所述s2中的风力损耗功率参数控制模型如下所示：

17、

18、其中：m1表示风力损耗功率参数，x表示功率系数，β表示桨距角，λ表示叶尖速度比；q表示环境空气密度，计算单位为kg/m3；r表示叶片扫过的有效面积，计算单位为m2；n表示自由风速，计算单位为m/s。

19、进一步地，所述s8中的电能传递模型如下所示：

20、j1(a)＝j2(a－vg)+j3(a+vg)；

21、其中：j1表示积分控制器的电能转换过程；j2表示非理想积分控制条件；a表示传输函数；v表示截止频率；g表示积分系数；j3表示电流信号通用积分器。

22、进一步地，所述s8中的谐波自适应调节模型如下所示：

23、

24、其中：l表示误差自适应调节；a表示传输函数；bq表示比例系数；bo表示谐波增益系数；g表示积分系数；f表示谐波阶数。

25、与现有技术相比，本发明提供的一种直流并网风机组变流器的控制方法，可以在控制电流谐波幅值的基础上，控制谐波发生次数，减少并控制变流器在运行中存在的零序电流回路状况，有效提高变流器的电能转换质量，以满足数字化控制需求，保证供电稳定、连续的基础上，降低定子运行中电流谐波的限制，提高风电机组有效使用寿命。

技术特征：

1.一种直流并网风机组变流器的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种直流并网风机组变流器的控制方法，其特征在于，所述s1中的传感器组包括环境空气密度传感器、自由风速传感器、桨距角传感器、叶尖速度比传感器、电流传感器、电压传感器和漏电流传感器。

3.根据权利要求1所述的一种直流并网风机组变流器的控制方法，其特征在于，所述s1中的外部参数数据和风机组参数数据具体包括：环境空气密度、叶片扫过的有效面积、自由风速、桨距角、叶尖速度比、电流、电压和漏电流。

4.根据权利要求1所述的一种直流并网风机组变流器的控制方法，其特征在于，所述s2中的风机组多电平变流器气流功率参数模型如下所示：

5.根据权利要求1所述的一种直流并网风机组变流器的控制方法，其特征在于，所述s2中的风力损耗功率参数控制模型如下所示：

6.根据权利要求1所述的一种直流并网风机组变流器的控制方法，其特征在于，所述s8中的电能传递模型如下所示：

7.根据权利要求1所述的一种直流并网风机组变流器的控制方法，其特征在于，所述s8中的谐波自适应调节模型如下所示：

技术总结
本发明公开了一种直流并网风机组变流器的控制方法，涉及变流器控制领域，具体包括以下步骤：S1、参数数据获取：通过安装在风力发电机组上的传感器组进行实时监测，同时传感器组获取到风机组工作时的外部参数数据和风机组参数数据后，将获取到的参数数据进行整合并输送至风机组变流器中的控制模型模块内，用以向控制模型模块输入风机组运行的初始数据；该直流并网风机组变流器的控制方法，可以在控制电流谐波幅值的基础上，控制谐波发生次数，减少并控制变流器在运行中存在的零序电流回路状况，有效提高变流器的电能转换质量，以满足数字化控制需求，保证供电稳定、连续的基础上，降低定子运行中电流谐波的限制。

技术研发人员：陈依,尹诚
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：2024/5/6