風力發電系統并網控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力發電系統并網控制技術。
【背景技術】
[0002]發電機順利安全并網是風力發電系統正常運行的“起點”，其主要要求是限制發電機在并網時的瞬變電流，避免對電網造成過大的沖擊。當電網容量比發電機容量大得多時(大于25倍)，發電機并網時的沖擊電流可以不予考慮。但隨著風力發電技術的發展，系統單機容量不斷增大，目前己經發展到兆瓦級水平，機組并網對電網的沖擊已不能忽視。較大的并網沖擊電流不但會引起電網電壓的大幅下降，而且還會對發電機組各部件造成損壞。更為嚴重的是，長時間的并網沖擊甚至還會造成電力系統的解列，威脅其他發電機組的正常運行。因此，必須通過合理的并網控制策略來抑制發電機并網沖擊電流，并網控制已成為風力發電技術中的一個不可忽視的環節。各種并網方式對轉速控制的要求有細微差別，有的需要控制機組的轉速為同步速(同步發電機)，有的需要控制機組的轉速接近同步速(異步發電機)。因此，現有的并網技術大多是適用于恒速恒頻風力發電機組。變速恒頻風力發電技術是今后發展的方向，變速恒頻發電機組的運行特征和控制特性為發電機的并網控制提供了實現條件，研究變速恒頻風力發電機的并網技術具有重要的現實意義。普通并網方式由于未與本地負載協調，因此可能增大配電網部分線路的損耗，在風速變化較大時會增大電網末端電壓波動。為了克服普通并網方式的不足，研究在并網后不對電網輸出多余功率的運行方式是很有意義的。
【發明內容】
[0003]本發明是為了解決現有的變速恒頻發電機的并網控制裝置和方法對電網的沖擊力大，穩定性差的問題，提出了一種風力發電系統并網控制方法。
[0004]本發明所述的風力發電系統并網控制方法，該方法基于風力發電系統并網控制裝置實現，風力發電系統并網控制裝置，它包括風力機、發電機、整流器、直流調壓負載、逆變器、濾波器、變換器和調節器；風力機將風能轉化為機械能，發電機將風力機獲得的機械能轉化為電能，發電機的定子通過功率繞組接入電網，發電機的轉子通過繞組連接整流器的交流信號輸輸出端，整流器的直流信號輸入輸出端連接直流調壓負載信號輸入輸出端，直流調壓負載信號輸入輸出端連接逆變器的直流信號輸入輸出端，逆變器的交流信號輸輸入輸出端連接濾波器的信號輸入輸出端，濾波器的信號輸入輸出端連接變換器的一個信號輸入輸出端，變換器的另一個信號輸入端連接調節器的調節信號輸入輸出端，變換器的信號輸入輸出端連接電網的另一個電壓信號輸入輸出端，電網為電網負載供電；風力發電系統并網控制方法的具體過程為:
[0005]當風力機的風力小于發電機的啟動風力時，逆變器通過調節器和變換器利用帶電流內環的電壓瞬時值反饋雙閉環控制方法對電網的電壓幅值、相位和頻率信號進行跟蹤；減小發電機啟動時對電網的沖擊；
[0006]當發電機啟動后，發電機向電網負載供電，當發電機輸出電壓大于電網的輸出電壓時，調節器向變換器輸出調節信號，變換器向逆變器輸出占空比調節信號，調節逆變器的輸出電流，調節發電機轉子的勵磁電流頻率使發電機定子電流頻率保持恒定不變，使發電機定子的頻率與電網頻率保持一致，實現風力發電機的變速恒頻控制；
[0007]當發電機輸出電壓小于電網的輸出電壓時，發電機的轉子轉速低于發電機定子旋轉磁場轉速，發電機處于亞同步運行狀態，變換器改變供電方向，電網向發電機轉子供電；發電機轉子轉速高于發電機定子旋轉磁場轉速，電機處于超同步運行狀態；當勵磁電流頻率為零時，發電機同步速運行，發電機的轉子進行直流勵磁，實現對風力發電系統并網的控制。
[0008]本發明所述的風力發電系統并網控制方法，當發電機轉速發生變化時，調節轉子的勵磁電流頻率可使定子電流頻率保持恒定不變，即與電網頻率保持一致，實現風力發電機的變速恒頻控制。當轉子轉速低于定子旋轉磁場轉速，電機處于亞同步運行狀態，功率變換器向轉子供電。轉子轉速高于定子旋轉磁場轉速，電機處于超同步運行狀態，定子和轉子同時向電網供電。當勵磁電流頻率為零時，發電機同步速運行，轉子進行直流勵磁。發電機在并網如進彳丁空載并網控制，在并網后實彳丁最大風能追蹤控制。雙饋風力發電系統并網如根據電網運行參數，調節轉子勵磁電流，控制發電機定子電壓輸出，以滿足并網條件。并網后，電網電壓作為定子電壓的輸入，調節轉子勵磁電流，以實現最大風能捕獲，完成由并網控制到運行控制的過渡過程。減小了發電機并網時對電網的沖擊力大，提高了運行控制的穩定性。且實現了負載功率跟蹤，避免發電機功率輸出被浪費。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明所述的風力發電系統并網控制裝置的結構示意圖；
[0010]圖2為本發明所述方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]【具體實施方式】一、結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的風力發電系統并網控制方法，該方法基于風力發電系統并網控制裝置實現，風力發電系統并網控制裝置，它包括風力機1、發電機2、整流器5、直流調壓負載6、逆變器7、濾波器8、變換器9和調節器10 ;風力機I將風能轉化為機械能，發電機2將風力機I獲得的機械能轉化為電能，發電機2的定子通過功率繞組接入電網3，發電機2的轉子通過繞組連接整流器5的交流信號輸輸出端，整流器5的直流信號輸入輸出端連接直流調壓負載6信號輸入輸出端，直流調壓負載6信號輸入輸出端連接逆變器7的直流信號輸入輸出端，逆變器7的交流信號輸輸入輸出端連接濾波器8的信號輸入輸出端，濾波器8的信號輸入輸出端連接變換器9的一個信號輸入輸出端，變換器9的另一個信號輸入端連接調節器10的調節信號輸入輸出端，變換器9的信號輸入輸出端連接電網3的另一個電壓信號輸入輸出端，電網3為電網負載4供電；風力發電系統并網控制方法的具體過程為:
[0012]當風力機的風力小于發電機2的啟動風力時，逆變器7通過調節器10和變換器9利用帶電流內環的電壓瞬時值反饋雙閉環控制方法對電網3的電壓幅值、相位和頻率信號進行跟蹤；減小發電機2啟動時對電網的沖擊；
[0013]當發電機2啟動后，發電機2向電網負載4供電，當發電機2輸出電壓大于電網3的輸出電壓時，調節器10向變換器9輸出調節信號，變換器9向逆變器7輸出占空比調節信號，調節逆變器7的輸出電流，調節發電機2轉子的勵磁電流頻率使發電機2定子電流頻率保持恒定不變，使發電機2定子的頻率與電網頻率保持一致，實現風力發電機的變速恒頻控制；
[0014]當發電機2輸出電壓小于電網3的輸出電壓時，發電機2的轉子轉速低于發電機2定子旋轉磁場轉速，發電機2處于亞同步運行狀態，變換器9改變供電方向，電網3向發電機2轉子供電；發電機2轉子轉速高于發電機2定子旋轉磁場轉速，電機處于超同步運行狀態；當勵磁電流頻率為零時，發電機2同步速運行，發電機2的轉子進行直流勵磁，實現對風力發電系統并網的控制。
[0015