一種雙饋風力發電機并入直流輸配電網的并網系統及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙饋風力發電機并入直流輸配電網的并網系統及其控制方法，屬于分布式能源發電、并網領域，所述并網系統包括雙饋風力發電機、本地負荷、二極管不控整流換流器和交流濾波器；所述雙饋風力發電機發出的電能中一部分通過交流母線供給本地負荷，所述雙饋風力發電機發出的電能中剩余部分通過所述交流母線連接所述二極管不控整流換流器后匯入直流配電網中的匯流母線，所述交流濾波器連接在所述交流母線上。其控制方法是雙饋風力發電機通過二極管不控整流換流器并入直流配電網中的匯流母線，通過改變雙饋風力發電機的轉子側換流器的控制策略實現并網。本發明的優點是低成本、高效率、高可靠性。
【專利說明】
-種雙饋風力發電機并入直流輸配電網的并網系統及其控制 方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種雙饋風力發電機并入直流輸配電網的并網系統及其控制方法，屬 于分布式能源發電、并網領域。
【背景技術】
[0002] 隨著分布式能源在電力系統中的不斷發展，W及國內外學者對直流輸配電技術研 究的日益深入，如何實現分布式能源低成本、高效率、高可靠性的并入直流輸配電網引起了 人們的廣泛關注。
[0003] -般而言，當雙饋風力發電機(DFIG)作為分布式電源存在于直流配電網中時，其 發出的電能一部分用于供給本地負荷，剩余部分通過電壓源型換流器匯入直流配網系統 中。由于電壓源型換流器可W控制其所連交流系統的電壓和頻率，雙饋風力發電機(DFIG) 無需對其輸出電壓的幅值和頻率進行控制。但采用電壓源型換流器將雙饋風力發電機 (DFIG)進行并網，成本高、安裝復雜。

【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供了一種低成本、高效率、高可靠性的雙饋風力 發電機并入直流輸配電網的并網系統及其控制方法。
[0005] 本發明所采用的技術方案如下：
[0006] 一種雙饋風力發電機并入直流輸配電網的并網系統，其包括雙饋風力發電機、本 地負荷、二極管不控整流換流器和交流濾波器;所述雙饋風力發電機發出的電能中一部分 通過交流母線供給本地負荷，所述雙饋風力發電機發出的電能中剩余部分通過所述交流母 線連接所述二極管不控整流換流器后匯入直流配電網中的匯流母線，所述交流濾波器連接 在所述交流母線上。
[0007] 進一步的，所述二極管不控整流換流器為雙橋十二脈沖不控整流換流器。
[000引一種雙饋風力發電機并入直流輸配電網的并網控制方法如下:所述雙饋風力發電 機通過二極管不控整流換流器并入直流配電網中的匯流母線，通過改變雙饋風力發電機的 轉子側換流器的控制策略實現并網，其具體步驟如下：
[0009]步驟1、根據公式(1)~公式(4)計算出轉子電壓(1軸分量的參考值11^1^
[0010]首先，利用公式（1)求得等效勵磁電流ims，公式（1)如下：
[0011]
(1)
[001^ 其中，山為定子偵師電壓幅值；
[0013] COe為定子側相電壓頻率；
[0014] Lm為dq坐標系下等效定子繞組與轉子繞組間的互感；
[001引利用公式(2)求得等效勵磁電流的參考值i\s，公式(2)如下：
[0016]
U)
[0017]其中，Kp為控制參數；
[0018] *^^為定子側相電壓頻率的參考值；
[0019] COe為定子側相電壓頻率；
[0020] 將公式（1)求得的等效勵磁電流ims和公式(2)求得的等效勵磁電流的參考值i\s代 入公式(3)得到雙饋風力發電機轉子電流(1軸分量的參考值1^1,，公式(3)如下：
[0021]
(3)
[0022] 其中，Kpi、Kn均為控制參數；
[0023] 將公式(3)求得的雙饋風力發電機轉子電流(1軸分量的參考值1^1,代入公式(4)得 到轉子電壓d軸分量的參考值扣。公式(4)如下：
[0024]
(4)
[002引其中，Kp2、Ki2均為控制參數；
[00%] A Udr為轉子電壓d軸分量參考值的修正量；
[0027] 步驟2、由風力發電機的轉子轉速Or和最大功率跟蹤曲線獲得風力發電輸出功率 的參考值內，再根據公式(5)~公式(6)計算出轉子電壓q軸分量的參考值uV;
[0028] 首先，利用公式(5)求得雙饋風力發電機轉子電流q軸分量的參考值i%r，公式(5) 如下：
[0029]
巧）
[0030] 其中，Kp3、Ki3均為控制參數；
[0031] P*c為風力發電輸出功率的參考值；
[0032] Pg為雙饋風力發電機的輸出功率；
[0033] 將公式(5)求得的雙饋風力發電機轉子電流q軸分量的參考值代入公式(6)得 到轉子電壓q軸分量的參考值uV，公式(6)如下：
[0034]
(6，)
[00對其中，Kp4、Ki期為控制參數；
[0036] iqr為雙饋風力發電機轉子電流的q軸分量；
[0037] A Uqr為轉子電壓q軸分量參考值的修正量；
[0038] 步驟3、對轉子電壓(1軸分量的參考值11^1,和轉子電壓〇軸分量的參考值11%,進行派 克反變換，得到風力發電機轉子=相電壓的參考值，然后采用脈沖寬度調制獲得轉子側換 流器的觸發脈沖信號。
[0039] 本發明的有益效果如下：
[0040] 由于通過雙饋風力發電機的轉子側換流器對其輸出電壓的幅值和頻率進行控制， 使得雙饋風力發電機可W通過二極管不控整流換流器并入直流配電網，從而大大降低了雙 饋風力發電機的并網成本，并使其并網系統的可靠性和效率均有所提高;此外，本發明還可 W保證對雙饋風力發電機輸出功率的最大功率跟蹤控制。
【附圖說明】
[0041] 圖1為本發明中雙饋風力發電機通過二極管不控整流換流器并入直流配電網的并 網系統結構示意圖。
[0042] 圖2為本發明中雙饋風力發電機的轉子側換流器的控制框圖。
[0043] 圖3-a為本發明中雙饋風力發電機在輸入風速突變時，雙饋風力發電機的輸出電 壓的幅值變化曲線圖。
[0044] 圖3-b為本發明中雙饋風力發電機在輸入風速突變時，雙饋風力發電機的輸出電 壓的頻率變化曲線圖。
[0045] 圖3-C為本發明中測得的直流配電網中的匯流母線的電壓變化曲線圖。
[0046] 圖3-d為本發明中雙饋風力發電機輸出的無功功率變化曲線圖。
[0047] 圖3-e為本發明中雙饋風力發電機在輸入風速突變時，雙饋風力發電機輸出的有 功功率及其參考值的變化曲線圖。
[004引其中，1雙饋風力發電機、1-1轉子側換流器、1-2網側換流器、2本地負荷、3二極管 不控整流換流器、4交流濾波器、5交流母線、6直流配電網中的匯流母線。
【具體實施方式】
[0049] 下面結合圖1、圖2、圖3-a~圖3-eW及實施例對本發明做進一步的描述。
[0050] 本實施例所采用的并網系統包括雙饋風力發電機1、本地負荷2、二極管不控整流 換流器3和交流濾波器4;所述雙饋風力發電機1發出的電能中一部分通過交流母線5供給本 地負荷2,所述雙饋風力發電機1發出的電能中剩余部分通過所述交流母線5連接所述二極 管不控整流換流器3后匯入直流配電網中的匯流母線6，所述交流濾波器4連接在所述交流 母線5上。
[0051 ]進一步的，所述二極管不控整流換流器3為雙橋十二脈沖不控整流換流器。
[0052] 圖2是風力發電機轉子側換流器的控制原理圖，轉子側換流器的控制策略的實現 過程為：
[0053] 利用上述并網系統完成的針對雙饋風力發電機并入直流輸配電網的并網控制方 法如下:所述雙饋風力發電機通過二極管不控整流換流器3并入直流配電網中的匯流母線 6,通過改變雙饋風力發電機1的轉子側換流器1-1的控制策略實現并網，其具體步驟如下：
[0054] 步驟1、根據公式（1)~公式(4)計算出轉子電壓(1軸分量的參考值11^1,，該過程通過 圖2中所示控制框圖的上半部分實現：
[0055] 首先，利用公式(1)求得等效勵磁電流ims，公式（1)如下：
[0化6]
(1；
[0057]其中，山為定子側相電壓幅值；
[005引 Oe為定子側相電壓頻率；
[0059] Lm為dq坐標系下等效定子繞組與轉子繞組間的互感；
[0060] 利用公式(2)求得等效勵磁電流的參考值i\s，公式(2)如下：
[0061 ]
(2}
[0062] 具甲，Kp刃括制寥效；
[0063] *^^為定子側相電壓頻率的參考值；
[0064] Oe為定子側相電壓頻率；
[0065] 將公式（1)求得的等效勵磁電流ims和公式(2)求得的等效勵磁電流的參考值i\s代 入公式(3)得到雙饋風力發電機轉子電流(1軸分量的參考值1^1,，公式(3)如下：
[0066]
(3)
[0067] 其中，Kpi、Kii均為控制參數；
[0068] 將公式(3)求得的雙饋風力發電機轉子電流(1軸分量的參考值1^1,代入公式(4)得 到轉子電壓d軸分量的參考值扣。公式(4)如下：
[0069]r4 >
[0070] 其中，Kp2、Ki2均為控制參數；
[0071 ] A Udr為轉子電壓d軸分量參考值的修正量；
[0072] 步驟2、由風力發電機的轉子轉速COr和最大功率跟蹤曲線獲得風力發電輸出功率 的參考值護G，再根據公式(5)~公式(6)計算出轉子電壓q軸分量的參考值lAr，該過程通過 圖2中所示控制框圖的下半部分實現：
[0073] 首先，利用公式(5)求得雙饋風力發電機轉子電流q軸分量的參考值i%r，公式(5) 如下：
[0074]
(5)
[00對其中，Kp3、Ki3均為控制參數；
[0076] P*c為風力發電輸出功率的參考值；
[0077] Pg為雙饋風力發電機的輸出功率；
[0078] 將公式(5)求得的雙饋風力發電機轉子電流q軸分量的參考值代入公式(6)得 到轉子電壓q軸分量的參考值uV，公式(6)如下：
[0079]
(6)
[0080] 其中，Kp4、Ki期為控制參數；
[0081 ] iqr為雙饋風力發電機轉子電流的q軸分量；
[0082] A Uqr為轉子電壓q軸分量參考值的修正量；
[0083] 步驟3、對轉子電壓(1軸分量的參考值11^1,和轉子電壓〇軸分量的參考值11%,進行派 克反變換，得到風力發電機轉子=相電壓的參考值，然后采用脈沖寬度調制獲得轉子側換 流器的觸發脈沖信號。
[0084] 如圖1所示，雙饋風力發電機通過二極管不控整流換流器并入直流配電網時的系 統結構示意圖，雙饋風力發電機及其并網系統主要包括：1、一臺雙饋風力發電機組1;2、一 個雙橋十二脈波不控整流換流3;3、一套交流濾波裝4;4、若干本地負荷2;5、兩臺變壓器。
[0085] 圖1中的雙饋風力發電機包括一個轉子側換流器和一個網側換流器，本發明通過 改變轉子側換流器的控制策略來實現對風力發電機輸出電壓的頻率控制和電壓控制，同時 實現對風力發電機輸出功率的最大功率跟蹤。
[0086] 圖3-a~圖3-e為轉子側換流器采用本發明所公開的控制方法時，風力發電機在輸 入風速突變情況下的仿真結果。圖3-a中，可W看出輸入風速變化時，風力發電機輸出電壓 的幅值有所變化，但是始終維持在額定值附近。圖3-b中，可W看出輸入風速變化時，風力發 電機輸出電壓的頻率基本上可W保持在額定值。圖3-e中，可W看出輸入風速變化時，風力 發電機輸出的有功功率能夠跟蹤其參考值，說明實現了對風力發電機輸出功率的最大功率 跟蹤控制。圖3-C為測得的直流配電網匯流母線電壓，圖3-d為風力發電機輸出的無功功率。
[0087] 當然，本技術領域內的一般技術人員應當認識到，上述實施例僅是用來說明本發 明，而并非用作對本發明的限定，只要在本發明的實質精神范圍內，對上述實施例的變化、 變型等都將落在本發明權利要求的范圍內。
【主權項】
1. 一種雙饋風力發電機并入直流輸配電網的并網系統，其特征在于：其包括雙饋風力 發電機(1)、本地負荷(2)、二極管不控整流換流器(3)和交流濾波器(4);所述雙饋風力發電 機(1)發出的電能中一部分通過交流母線巧)供給本地負荷(2)，所述雙饋風力發電機(1)發 出的電能中剩余部分通過所述交流母線(5)連接所述二極管不控整流換流器(3)后匯入直 流配電網中的匯流母線(6 )，所述交流濾波器(4)連接在所述交流母線(5)上。2. 根據權利要求1所述的一種雙饋風力發電機并入直流輸配電網的并網系統，其特征 在于:所述二極管不控整流換流器(3)為雙橋十二脈沖不控整流換流器。3. -種雙饋風力發電機并入直流輸配電網的并網控制方法，其特征在于:所述雙饋風 力發電機通過二極管不控整流換流器(3)并入直流配電網中的匯流母線(6)，通過改變雙饋 風力發電機(1)的轉子側換流器(1-1)的控制策略實現并網，其具體步驟如下： 步驟1、根據公式(1)~公式(4)計算出轉子電壓d軸分量的參考值ιΛ?τ: 首先，利用公式(1)求得等效勵磁電流ims，公式(1)如下：(：1) 其中，山為定子側相電壓幅值； ωβ為定子側相電壓頻率； Lm為dq坐標系下等效定子繞組與轉子繞組間的互感； 利用公式(2)求得等效勵磁電流的參考值i\s，公式(2)如下：(2) 其中，Kp為控制參數； *^^為定子側相電壓頻率的參考值； ωβ為定子側相電壓頻率； 將公式（1)求得的等效勵磁電流ims和公式(2)求得的等效勵磁電流的參考值i\s代入公 式(3)得到雙饋風力發電機轉子電流(1軸分量的參考值1^1,，公式(3)如下：(3) 其中，Κρι、Κη均為控制參數； 將公式(3)求得的雙饋風力發電機轉子電流(1軸分量的參考值1^1,代入公式(4)得到轉 子電壓d軸分量的參考值ιΛ?τ，公式(4)如下：(4) 其中，ΚΡ2、ΚΙ2均為控制參數； A Udr為轉子電壓d軸分量參考值的修正量； 步驟2、由風力發電機的轉子轉速ω r和最大功率跟蹤曲線獲得風力發電輸出功率的參 考值P^，再根據公式巧)~公式(6)計算出轉子電壓q軸分量的參考值uV; 首先，利用公式巧)求得雙饋風力發電機轉子電流q軸分量的參考值i%r，公式巧)如下：其中，ΚΡ3、ΚΙ3均為控制參數； 口^；為風力發電輸出功率的參考值； Pc為雙饋風力發電機的輸出功率； 將公式(5)求得的雙饋風力發電機轉子電流q軸分量的參考值代入公式(6)得到轉 子電壓q軸分量的參考值uV，公式(6)如下：(6) 其中，Kp4、Ki期為控制參數； iqr為雙饋風力發電機轉子電流的q軸分量； Δ Uqr為轉子電壓q軸分量參考值的修正量； 步驟3、對轉子電壓d軸分量的參考值ιΛ?τ和轉子電壓q軸分量的參考值lAr進行派克反 變換，得到風力發電機轉子Ξ相電壓的參考值，然后采用脈沖寬度調制獲得轉子側換流器 的觸發脈沖信號。
【文檔編號】H02J1/10GK106099903SQ201610595949
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月25日 公開號201610595949.X, CN 106099903 A, CN 106099903A, CN 201610595949, CN-A-106099903, CN106099903 A, CN106099903A, CN201610595949, CN201610595949.X
【發明人】胡文平, 郭捷, 王磊, 段曉波, 周文, 馬慧卓
【申請人】國網河北省電力公司電力科學研究院, 國家電網公司, 河北省電力建設調整試驗所