CN112310971B - 半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备 - Google Patents

半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备 Download PDF

Info

Publication number
CN112310971B
CN112310971B CN202010903612.7A CN202010903612A CN112310971B CN 112310971 B CN112310971 B CN 112310971B CN 202010903612 A CN202010903612 A CN 202010903612A CN 112310971 B CN112310971 B CN 112310971B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
compensation device
regulator
direct
reactive power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010903612.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112310971A (zh
Inventor
冯其塔
汤明杰
李战龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jinfeng Technology Co ltd
Original Assignee
Xinjiang Goldwind Science and Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xinjiang Goldwind Science and Technology Co Ltd filed Critical Xinjiang Goldwind Science and Technology Co Ltd
Priority to CN202010903612.7A priority Critical patent/CN112310971B/zh
Publication of CN112310971A publication Critical patent/CN112310971A/zh
Priority to PCT/CN2021/096690 priority patent/WO2022048205A1/zh
Priority to KR1020237010820A priority patent/KR20230054895A/ko
Priority to EP21863275.0A priority patent/EP4203226A4/en
Priority to AU2021336383A priority patent/AU2021336383A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN112310971B publication Critical patent/CN112310971B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/50—Controlling the sharing of the out-of-phase component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/123—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving renewable energy sources

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

本公开提供了一种半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备。所述控制方法包括：当半直驱直流风力发电机组运行在最大功率点跟踪MPPT模式时，确定无功补偿装置的参考输出电压；以确定的无功补偿装置的参考输出电压为目标，控制无功补偿装置的输出电压，以调节连接点处的电压，其中，所述半直驱直流风力发电机组的发电机的输入端连接到齿轮箱，发电机的输出端经由所述连接点分别连接到机侧变压器的原边和无功补偿装置，机侧变压器的副边依次经由整流器和高压开关装置连接到所述半直驱直流风力发电机组的输出端。

Description

半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备
技术领域
本公开总体说来涉及风电技术领域，更具体地讲，涉及一种半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备。
背景技术
海上风电场正吸引越来越多的关注，高压直流电(HVDC)是远距离海上风电场输电的一个合适选择。现有海上升压站为交直升压站，风力发电机组输出交流电后经过升压变压器交流汇集，再经过大型变压器和海上升压站，施工难度大，且经济性差。
发明内容
本公开的示例性实施例在于提供一种半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备，其能够控制无功补偿装置调节连接点处的电压，使得半直驱直流风力发电机组的发电机输出的有功功率经升压变压和整流(例如，不控整流)后能够被输送出去。
根据本公开的示例性实施例，提供一种半直驱直流风力发电机组的控制方法，所述控制方法包括：当半直驱直流风力发电机组运行在最大功率点跟踪MPPT模式时，确定无功补偿装置的参考输出电压；以确定的无功补偿装置的参考输出电压为目标，控制无功补偿装置的输出电压，以调节连接点处的电压，其中，所述半直驱直流风力发电机组的发电机的输入端连接到齿轮箱，发电机的输出端经由所述连接点分别连接到机侧变压器的原边和无功补偿装置，机侧变压器的副边依次经由整流器和高压开关装置连接到所述半直驱直流风力发电机组的输出端。
可选地，确定无功补偿装置的参考输出电压的步骤包括：基于风速、发电机的转速、所述连接点处的电压值、所述连接点处的电流值、无功补偿装置的电压模块的电压值、以及无功补偿装置的电压模块的参考电压之中的至少一项，确定无功补偿装置的参考输出电压，其中，无功补偿装置的电压模块的参考电压是使无功补偿装置能够运行在电压模块电压平衡状态的电压。
可选地，确定无功补偿装置的参考输出电压的步骤包括：基于风速、发电机的转速、所述连接点处的电压值、所述连接点处的电流值、无功补偿装置的电压模块的电压值、以及无功补偿装置的电压模块的参考电压之中的至少一项，通过PI调节确定无功补偿装置的参考输出电压，以使发电机输出的有功功率能够通过所述半直驱直流风力发电机组的输出端向外输出。
可选地，确定无功补偿装置的参考输出电压的步骤包括：基于最优发电机转速、发电机的转速、所述连接点处的电压值、以及所述连接点处的电流值，通过第一组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量；基于无功补偿装置的电压模块的参考电压、无功补偿装置的电压模块的电压值、以及所述连接点处的电流值，通过第二组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量；对在q轴和d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量进行坐标变换，得到在三相静止坐标系下的无功补偿装置的参考输出电压，其中，所述最优发电机转速是基于风速确定的能够实现最大功率点跟踪的发电机转速。
可选地，第一组PI调节器包括第一PI调节器、第二PI调节器、以及第三PI调节器，其中，通过第一组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量的步骤包括：将最优发电机转速与发电机的转速做差后输入到第一PI调节器；将第一PI调节器的输出叠加发电机额定电压后与所述连接点处的电压值之间的差值输入到第二PI调节器；将第二PI调节器的输出与在两相同步旋转坐标系的q轴上的所述连接点处的电流分量做差后输入到第三PI调节器，并通过第三PI调节器输出在两相同步旋转坐标系的q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
可选地，第二组PI调节器包括第四PI调节器和第五PI调节器，其中，通过第二组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量的步骤包括：将无功补偿装置的各个电压模块的电压值均值与无功补偿装置的电压模块的参考电压做差后输入到第四PI调节器；将第四PI调节器的输出与在两相同步旋转坐标系的d轴上的所述连接点处的电流分量做差后输入到第五PI调节器，并通过第五PI调节器输出在两相同步旋转坐标系的d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
可选地，无功补偿装置为以下各项之一：模块化多电平换流器、静止无功发生器、以及静止同步补偿器。
根据本公开的另一示例性实施例，提供一种半直驱直流风力发电机组的控制设备，所述控制设备包括：参考电压确定单元，当半直驱直流风力发电机组运行在最大功率点跟踪MPPT模式时，确定无功补偿装置的参考输出电压；电压控制单元，以确定的无功补偿装置的参考输出电压为目标，控制无功补偿装置的输出电压，以调节连接点处的电压，其中，所述半直驱直流风力发电机组的发电机的输入端连接到齿轮箱，发电机的输出端经由所述连接点分别连接到机侧变压器的原边和无功补偿装置，机侧变压器的副边依次经由整流器和高压开关装置连接到所述半直驱直流风力发电机组的输出端。
可选地，参考电压确定单元基于风速、发电机的转速、所述连接点处的电压值、所述连接点处的电流值、无功补偿装置的电压模块的电压值、以及无功补偿装置的电压模块的参考电压之中的至少一项，确定无功补偿装置的参考输出电压，其中，无功补偿装置的电压模块的参考电压是使无功补偿装置能够运行在电压模块电压平衡状态的电压。
可选地，参考电压确定单元基于风速、发电机的转速、所述连接点处的电压值、所述连接点处的电流值、无功补偿装置的电压模块的电压值、以及无功补偿装置的电压模块的参考电压之中的至少一项，通过PI调节确定无功补偿装置的参考输出电压，以使发电机输出的有功功率能够通过所述半直驱直流风力发电机组的输出端向外输出。
可选地，参考电压确定单元包括：第一分量确定单元，基于最优发电机转速、发电机的转速、所述连接点处的电压值、以及所述连接点处的电流值，通过第一组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量；第二分量确定单元，基于无功补偿装置的电压模块的参考电压、无功补偿装置的电压模块的电压值、以及所述连接点处的电流值，通过第二组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量；变换单元，对在q轴和d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量进行坐标变换，得到在三相静止坐标系下的无功补偿装置的参考输出电压，其中，所述最优发电机转速是基于风速确定的能够实现最大功率点跟踪的发电机转速。
可选地，第一组PI调节器包括第一PI调节器、第二PI调节器、以及第三PI调节器，其中，第一分量确定单元将最优发电机转速与发电机的转速做差后输入到第一PI调节器；将第一PI调节器的输出叠加发电机额定电压后与所述连接点处的电压值之间的差值输入到第二PI调节器；并将第二PI调节器的输出与在两相同步旋转坐标系的q轴上的所述连接点处的电流分量做差后输入到第三PI调节器，并通过第三PI调节器输出在两相同步旋转坐标系的q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
可选地，第二组PI调节器包括第四PI调节器和第五PI调节器，第二分量确定单元将无功补偿装置的各个电压模块的电压值均值与无功补偿装置的电压模块的参考电压做差后输入到第四PI调节器；并将第四PI调节器的输出与在两相同步旋转坐标系的d轴上的所述连接点处的电流分量做差后输入到第五PI调节器，并通过第五PI调节器输出在两相同步旋转坐标系的d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
可选地，所述控制设备集成设置在无功补偿装置中，其中，无功补偿装置为以下各项之一：模块化多电平换流器、静止无功发生器、以及静止同步补偿器。
根据本公开的另一示例性实施例，提供一种半直驱直流风力发电机组，包括如上所述的控制设备。
根据本公开的另一示例性实施例，提供一种半直驱直流风力发电机组的控制设备，所述控制设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的半直驱直流风力发电机组的控制方法。
根据本公开的另一示例性实施例，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的半直驱直流风力发电机组的控制方法。
根据本公开示例性实施例的半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备，能够控制无功补偿装置调节连接点处的电压，使得发电机输出的有功功率经升压变压和整流(例如，不控整流)后能够被输送出去。
将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本公开示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本公开示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的结构框图；
图2示出根据本公开示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的控制方法的流程图；
图3示出根据本公开的示例性实施例的MMC的结构示意图；
图4示出根据本公开的示例性实施例的STATCOM的结构示意图；
图5示出根据本公开的示例性实施例的SVG的结构示意图；
图6示出根据本公开示例性实施例的确定无功补偿装置的参考输出电压的方法的流程图；
图7示出根据本公开示例性实施例的确定无功补偿装置的参考输出电压的示例；
图8示出根据本公开示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的仿真运行图；
图9示出根据本公开示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的控制设备的结构框图。
具体实施方式
现将详细参照本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本公开。
图1示出根据本公开的示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的结构示意图。
如图1所示，根据本公开的示例性实施例的半直驱直流风力发电机组包括：齿轮箱100、发电机200、机侧变压器300、整流器400、无功补偿装置500、以及高压开关装置600。应该理解，根据本公开的示例性实施例的半直驱直流风力发电机组也可包括作为风力发电机组所需的其他部件，例如，叶轮，本公开对此不作限制。
发电机200的输入端连接到齿轮箱100，发电机200的输出端经由连接点分别连接到机侧变压器300的原边和无功补偿装置500；机侧变压器300的副边依次经由整流器400和高压开关装置600连接到半直驱直流风力发电机组的输出端。
这里，所述连接点用于使发电机200的输出端在直接连接到机侧变压器300的同时还能够直接连接到无功补偿装置500。
无功补偿装置500用于调节所述连接点处的电压。作为示例，无功补偿装置500可调节所述连接点处的三相交流电压幅值和相位。作为示例，无功补偿装置500可通过向所述连接点处输出无功，来提升所述连接点处的电压(例如，在由于风速低而导致所述连接点处的电压低的情况)，使得发电机输出的有功功率经升压变压和整流(例如，不控整流)后能够经半直驱直流风力发电机组的输出端被输送出去。根据本公开的示例性实施例，由于在机侧增加无功补偿装置而无需设置变流器，无功补偿装置因补偿无功所需的容量仅相当于背靠背变流器的1/4容量，且造价相较于全功率变流器便宜，降低了风力发电机组的造价。
作为示例，无功补偿装置500可为以下项之一：模块化多电平换流器MMC、静止同步补偿器STATCOM、以及静止无功发生器SVG。应该理解，也可为其他类型的无功补偿装置，本公开对此不作限制。
作为示例，整流器400可包括多个二极管整流桥。作为示例，整流器400可包括至少一组二极管整流桥，每组二极管整流桥包括三个二极管整流桥，每组二极管整流桥中的各个二极管整流桥的第一连接端作为该组二极管整流桥的交流输入端，各组二极管整流桥的交流输入端连接到机侧变压器300的副边。作为示例，当整流器400包括多组二极管整流桥时，所述多组二极管整流桥可依次串联。根据本公开的示例性实施例，使用二极管整流桥而非IGBT来实现整流器400，使得导通关断损耗降低，能够提升***效率。
作为示例，发电机200可为永磁同步发电机。
图2示出根据本公开示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的控制方法的流程图。
参照图2，在步骤S10，当半直驱直流风力发电机组运行在最大功率点跟踪MPPT模式时，确定无功补偿装置的参考输出电压。
作为示例，可基于当前风速(例如，来流风速)、发电机的当前转速、所述连接点处当前的电压值、所述连接点处当前的电流值、无功补偿装置的电压模块当前的电压值、以及无功补偿装置的电压模块的参考电压之中的至少一项，确定无功补偿装置的参考输出电压，其中，无功补偿装置的电压模块的参考电压是使无功补偿装置能够运行在电压模块电压平衡状态的电压。
应该理解，所述风速即半直驱直流风力发电机组的环境风速。
应该理解，无功补偿装置可包括多个电压模块。
应该理解，也可基于半直驱直流风力发电机组的其他类型的运行参数和/或风电场的其他运行参数，来确定无功补偿装置的参考输出电压。
作为示例，可基于风速、发电机的转速、所述连接点处的电压值、所述连接点处的电流值、无功补偿装置的电压模块的电压值、以及无功补偿装置的电压模块的参考电压之中的至少一项，通过PI调节确定无功补偿装置的参考输出电压，以使发电机输出的有功功率能够通过所述半直驱直流风力发电机组的输出端向外输出。
下面将结合图6和图7来详细描述步骤S10的示例性实施例。
在步骤S20，以确定的无功补偿装置的参考输出电压为目标，控制无功补偿装置的输出电压，以调节所述连接点处的电压。从而使得发电机输出的有功功率经升压变压和整流(例如，不控整流)后能够被输送出去，也即，通过控制无功补偿装置的输出电压，能够控制所述连接点处的有功功率，从而控制作用在转子上的电磁转矩，调整转子转速达到最优发电机转速，实现MPPT。
作为示例，可基于确定的无功补偿装置的参考输出电压，确定用于控制无功补偿装置的各个电压模块的PWM脉冲信号，并向各个电压模块发送确定的PWM脉冲信号，以使无功补偿装置的输出电压跟踪参考输出电压。
例如，图3示出根据本公开的示例性实施例的MMC的结构示意图，图3中的SM即指示一个电压模块，图4示出根据本公开的示例性实施例的STATCOM的结构示意图，图5示出根据本公开的示例性实施例的SVG的结构示意图，图4和图5中的上下两个绝缘栅双极型晶体管IGBT(例如，T1和T2)及与其反向并联的续流二极管构成一个电压模块。例如，可通过向各个电压模块中的IGBT发送基于无功补偿装置的参考输出电压确定的PWM脉冲信号，来使无功补偿装置的输出电压跟踪参考输出电压。
图6示出根据本公开示例性实施例的确定无功补偿装置的参考输出电压的方法的流程图。
参照图6，在步骤S101，基于最优发电机转速、发电机的转速、所述连接点处的电压值、以及所述连接点处的电流值，通过第一组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
这里，所述最优发电机转速是基于当前风速确定的能够实现最大功率点跟踪的发电机转速。
在步骤S102，基于无功补偿装置的电压模块的参考电压、无功补偿装置的电压模块的电压值、以及所述连接点处的电流值，通过第二组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
在步骤S103，对在q轴和d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量进行坐标变换，得到在三相静止坐标系下的无功补偿装置的参考输出电压。
图7示出根据本公开示例性实施例的确定无功补偿装置的参考输出电压的示例。
如图7所示，第一组PI调节器可包括第一PI调节器、第二PI调节器、以及第三PI调节器，相应地，步骤S101可包括：将最优发电机转速ω*与发电机的转速ω做差后输入到第一PI调节器；然后，将第一PI调节器的输出叠加发电机额定电压VolRef后与所述连接点处的电压值VolFbk之间的差值输入到第二PI调节器；将第二PI调节器输出的在q轴上的电流内环参考分量IqRef与在q轴上的所述连接点处的电流分量IqFbk做差后输入到第三PI调节器，并通过第三PI调节器输出在q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量Vq。
第二组PI调节器可包括第四PI调节器和第五PI调节器，相应地，步骤S102可包括：将无功补偿装置的各个电压模块的电压值均值SMAvgFbk与无功补偿装置的电压模块的参考电压SMAvgRef做差后输入到第四PI调节器；将第四PI调节器输出的在d轴上的电流内环参考分量IdRef与在d轴上的所述连接点处的电流分量IdFbk做差后输入到第五PI调节器，并通过第五PI调节器输出在d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量Vd。
应该理解，在q轴上的所述连接点处的当前电流分量IqFbk和在d轴上的所述连接点处的当前电流分量IdFbk，可通过对所述连接点处当前的三相电流值进行坐标变换得到。
图8示出根据本公开示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的仿真运行图。
仿真对象为额定功率为6MW的半直驱直流风力发电机组#1和半直驱直流风力发电机组#2，两者串联后经由模块化多电平换流器MMC接入电网，MMC控制***直流电流，其电流值跟踪最大功率半直驱直流风力发电机组。如图5所示，根据本公开示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的控制方法对两者进行控制，仿真运行结果为：半直驱直流风力发电机组#1的有功输出功率基本保持6MW不变，半直驱直流风力发电机组#2的有功输出功率从6MW逐渐减小到0.5MW后再增加到6MW。半直驱直流风力发电机组#1输出的直流电压基本保持30kV不变，半直驱直流风力发电机组#2输出的直流电压逐渐降低，有功输出功率为0.5MW时输出的直流电压为2.22kV，所需无功补偿装置的无功支持为0.359Mvar。当半直驱直流风力发电机组#2的有功输出功率为0.5MW时，半直驱直流风力发电机组#1和半直驱直流风力发电机组#2总共输出的直流电压为32.1kV；当半直驱直流风力发电机组#2的有功输出功率恢复到6MW时，半直驱直流风力发电机组#1和半直驱直流风力发电机组#2总共输出的直流电压为60kV。
图9示出根据本公开示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的控制设备的结构框图。
如图9所示，根据本公开示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的控制设备包括：参考电压确定单元10和电压控制单元20。
具体说来，参考电压确定单元10用于当半直驱直流风力发电机组运行在最大功率点跟踪MPPT模式时，确定无功补偿装置的参考输出电压。
电压控制单元20用于以确定的无功补偿装置的参考输出电压为目标，控制无功补偿装置的输出电压，以调节所述连接点处的电压。
作为示例，参考电压确定单元10可基于风速、发电机的转速、所述连接点处的电压值、所述连接点处的电流值、无功补偿装置的电压模块的电压值、以及无功补偿装置的电压模块的参考电压之中的至少一项，确定无功补偿装置的参考输出电压，其中，无功补偿装置的电压模块的参考电压是使无功补偿装置能够运行在电压模块电压平衡状态的电压。
作为示例，参考电压确定单元10可基于风速、发电机的转速、所述连接点处的电压值、所述连接点处的电流值、无功补偿装置的电压模块的电压值、以及无功补偿装置的电压模块的参考电压之中的至少一项，通过PI调节确定无功补偿装置的参考输出电压，以使发电机输出的有功功率能够通过所述半直驱直流风力发电机组的输出端向外输出。
作为示例，参考电压确定单元10可包括：第一分量确定单元(未示出)、第二分量确定单元(未示出)、以及变换单元(未示出)。
第一分量确定单元用于基于最优发电机转速、发电机的转速、所述连接点处的电压值、以及所述连接点处的电流值，通过第一组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
第二分量确定单元用于基于无功补偿装置的电压模块的参考电压、无功补偿装置的电压模块的电压值、以及所述连接点处的电流值，通过第二组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
变换单元用于对在q轴和d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量进行坐标变换，得到在三相静止坐标系下的无功补偿装置的参考输出电压，其中，所述最优发电机转速是基于风速确定的能够实现最大功率点跟踪的发电机转速。
作为示例，第一组PI调节器可包括第一PI调节器、第二PI调节器、以及第三PI调节器，其中，第一分量确定单元可将最优发电机转速与发电机的转速做差后输入到第一PI调节器；将第一PI调节器的输出叠加发电机额定电压后与所述连接点处的电压值之间的差值输入到第二PI调节器；并将第二PI调节器的输出与在两相同步旋转坐标系的q轴上的所述连接点处的电流分量做差后输入到第三PI调节器，并通过第三PI调节器输出在两相同步旋转坐标系的q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
作为示例，第二组PI调节器可包括第四PI调节器和第五PI调节器，第二分量确定单元可将无功补偿装置的各个电压模块的电压值均值与无功补偿装置的电压模块的参考电压做差后输入到第四PI调节器；并将第四PI调节器的输出与在两相同步旋转坐标系的d轴上的所述连接点处的电流分量做差后输入到第五PI调节器，并通过第五PI调节器输出在两相同步旋转坐标系的d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
作为示例，根据本公开示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的控制设备可集成设置在无功补偿装置中。
作为示例，无功补偿装置可为以下各项之一：模块化多电平换流器、静止无功发生器、以及静止同步补偿器。
应该理解，根据本公开示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的控制设备所执行的具体处理已经参照图1-8进行了详细描述，这里将不再赘述相关细节。
应该理解，根据本公开示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的控制设备中的各个单元可被实现硬件组件和/或软件组件。本领域技术人员根据限定的各个装置所执行的处理，可以例如使用现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现各个装置。
本公开的示例性实施例提供一种半直驱直流风力发电机组，包括如上述示例性实施例所述的半直驱直流风力发电机组的控制设备。
本公开的示例性实施例提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时实现如上述示例性实施例所述的半直驱直流风力发电机组的控制方法。该计算机可读存储介质是可存储由计算机***读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
根据本公开的示例性实施例的半直驱直流风力发电机组的控制设备包括：处理器(未示出)和存储器(未示出)，其中，存储器存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述示例性实施例所述的半直驱直流风力发电机组的控制方法。作为示例，所述控制装置可为风电场的控制器。
虽然已表示和描述了本公开的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (13)

1.一种半直驱直流风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
当半直驱直流风力发电机组运行在最大功率点跟踪MPPT模式时，确定无功补偿装置的参考输出电压；
以确定的无功补偿装置的参考输出电压为目标，控制无功补偿装置的输出电压，以调节连接点处的三相交流电的电压，
其中，所述半直驱直流风力发电机组的发电机的输入端连接到齿轮箱，发电机的输出端经由所述连接点分别连接到机侧变压器的原边和无功补偿装置，机侧变压器的副边依次经由整流器和高压开关装置连接到所述半直驱直流风力发电机组的输出端，
其中，确定无功补偿装置的参考输出电压的步骤包括：
基于最优发电机转速、发电机的转速、所述连接点处的电压值、以及所述连接点处的电流值，通过第一组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量；
基于无功补偿装置的电压模块的参考电压、无功补偿装置的电压模块的电压值、以及所述连接点处的电流值，通过第二组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量；
对在q轴和d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量进行坐标变换，得到在三相静止坐标系下的无功补偿装置的参考输出电压，
其中，所述最优发电机转速是基于风速确定的能够实现最大功率点跟踪的发电机转速。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，无功补偿装置的电压模块的参考电压是使无功补偿装置能够运行在电压模块电压平衡状态的电压。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，第一组PI调节器包括第一PI调节器、第二PI调节器、以及第三PI调节器，
其中，通过第一组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量的步骤包括：
将最优发电机转速与发电机的转速做差后输入到第一PI调节器；
将第一PI调节器的输出叠加发电机额定电压后与所述连接点处的电压值之间的差值输入到第二PI调节器；
将第二PI调节器的输出与在两相同步旋转坐标系的q轴上的所述连接点处的电流分量做差后输入到第三PI调节器，并通过第三PI调节器输出在两相同步旋转坐标系的q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，第二组PI调节器包括第四PI调节器和第五PI调节器，
其中，通过第二组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量的步骤包括：
将无功补偿装置的各个电压模块的电压值均值与无功补偿装置的电压模块的参考电压做差后输入到第四PI调节器；
将第四PI调节器的输出与在两相同步旋转坐标系的d轴上的所述连接点处的电流分量做差后输入到第五PI调节器，并通过第五PI调节器输出在两相同步旋转坐标系的d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，无功补偿装置为以下各项之一：模块化多电平换流器、静止无功发生器、以及静止同步补偿器。
6.一种半直驱直流风力发电机组的控制设备，其特征在于，所述控制设备包括：
参考电压确定单元，当半直驱直流风力发电机组运行在最大功率点跟踪MPPT模式时，确定无功补偿装置的参考输出电压；
电压控制单元，以确定的无功补偿装置的参考输出电压为目标，控制无功补偿装置的输出电压，以调节连接点处的三相交流电的电压，
其中，所述半直驱直流风力发电机组的发电机的输入端连接到齿轮箱，发电机的输出端经由所述连接点分别连接到机侧变压器的原边和无功补偿装置，机侧变压器的副边依次经由整流器和高压开关装置连接到所述半直驱直流风力发电机组的输出端，
其中，参考电压确定单元包括：
第一分量确定单元，基于最优发电机转速、发电机的转速、所述连接点处的电压值、以及所述连接点处的电流值，通过第一组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量；
第二分量确定单元，基于无功补偿装置的电压模块的参考电压、无功补偿装置的电压模块的电压值、以及所述连接点处的电流值，通过第二组PI调节器得到在两相同步旋转坐标系的d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量；
变换单元，对在q轴和d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量进行坐标变换，得到在三相静止坐标系下的无功补偿装置的参考输出电压，
其中，所述最优发电机转速是基于风速确定的能够实现最大功率点跟踪的发电机转速。
7.根据权利要求6所述的控制设备，其特征在于，无功补偿装置的电压模块的参考电压是使无功补偿装置能够运行在电压模块电压平衡状态的电压。
8.根据权利要求6所述的控制设备，其特征在于，第一组PI调节器包括第一PI调节器、第二PI调节器、以及第三PI调节器，
其中，第一分量确定单元将最优发电机转速与发电机的转速做差后输入到第一PI调节器；将第一PI调节器的输出叠加发电机额定电压后与所述连接点处的电压值之间的差值输入到第二PI调节器；并将第二PI调节器的输出与在两相同步旋转坐标系的q轴上的所述连接点处的电流分量做差后输入到第三PI调节器，并通过第三PI调节器输出在两相同步旋转坐标系的q轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
9.根据权利要求6所述的控制设备，其特征在于，第二组PI调节器包括第四PI调节器和第五PI调节器，
第二分量确定单元将无功补偿装置的各个电压模块的电压值均值与无功补偿装置的电压模块的参考电压做差后输入到第四PI调节器；并将第四PI调节器的输出与在两相同步旋转坐标系的d轴上的所述连接点处的电流分量做差后输入到第五PI调节器，并通过第五PI调节器输出在两相同步旋转坐标系的d轴上的无功补偿装置的参考输出电压分量。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的控制设备，其特征在于，所述控制设备集成设置在无功补偿装置中，
其中，无功补偿装置为以下各项之一：模块化多电平换流器、静止无功发生器、以及静止同步补偿器。
11.一种半直驱直流风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求6至10中任一项所述的控制设备。
12.一种半直驱直流风力发电机组的控制设备，其特征在于，所述控制设备包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至5中的任意一项所述的半直驱直流风力发电机组的控制方法。
13.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中的任意一项所述的半直驱直流风力发电机组的控制方法。
CN202010903612.7A 2020-09-01 2020-09-01 半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备 Active CN112310971B (zh)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010903612.7A CN112310971B (zh) 2020-09-01 2020-09-01 半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备
PCT/CN2021/096690 WO2022048205A1 (zh) 2020-09-01 2021-05-28 半直驱直流风力发电机组及其控制方法与设备
KR1020237010820A KR20230054895A (ko) 2020-09-01 2021-05-28 반직접 구동 직류 풍력 터빈 발전기 유닛, 및 그 제어 방법 및 디바이스
EP21863275.0A EP4203226A4 (en) 2020-09-01 2021-05-28 SEMI-DIRECT DRIVE DC WIND TURBINE GENERATOR UNIT AND CONTROL METHOD AND DEVICE THEREOF
AU2021336383A AU2021336383A1 (en) 2020-09-01 2021-05-28 Semi-direct drive direct-current wind turbine generator unit, and control method and device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010903612.7A CN112310971B (zh) 2020-09-01 2020-09-01 半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112310971A CN112310971A (zh) 2021-02-02
CN112310971B true CN112310971B (zh) 2021-08-24

Family

ID=74483837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010903612.7A Active CN112310971B (zh) 2020-09-01 2020-09-01 半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4203226A4 (zh)
KR (1) KR20230054895A (zh)
CN (1) CN112310971B (zh)
AU (1) AU2021336383A1 (zh)
WO (1) WO2022048205A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112310971B (zh) * 2020-09-01 2021-08-24 新疆金风科技股份有限公司 半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备
WO2023183647A1 (en) * 2022-03-25 2023-09-28 Georgia Tech Research Corporation Power conditioning for high-speed machine generator

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103915853A (zh) * 2014-01-06 2014-07-09 清华大学 双馈型风电场无功容量的获取方法
CN103915859A (zh) * 2014-03-26 2014-07-09 华北电力大学（保定） 可提高电网暂态稳定性的双馈风电场控制方法
CN205229348U (zh) * 2015-12-15 2016-05-11 新疆金风科技股份有限公司 风电场电网友好型评估***
KR20170002717A (ko) * 2015-06-29 2017-01-09 현대중공업 주식회사 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치 및 방법
CN110176781A (zh) * 2019-05-24 2019-08-27 上海电力学院 基于隔离型变频变压器的分频输电风力发电***及方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7119452B2 (en) * 2003-09-03 2006-10-10 General Electric Company Voltage control for wind generators
JP2013162623A (ja) * 2012-02-03 2013-08-19 Toshiba Corp 給電システム
KR101423212B1 (ko) * 2014-05-22 2014-07-24 전북대학교산학협력단 풍력발전단지의 계통연계점 전압 제어 시스템 및 방법
WO2019051771A1 (en) * 2017-09-15 2019-03-21 General Electric Company SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING POWER SUPPLY SYSTEMS CONNECTED TO AN ELECTRICAL NETWORK
CN112310971B (zh) * 2020-09-01 2021-08-24 新疆金风科技股份有限公司 半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103915853A (zh) * 2014-01-06 2014-07-09 清华大学 双馈型风电场无功容量的获取方法
CN103915859A (zh) * 2014-03-26 2014-07-09 华北电力大学（保定） 可提高电网暂态稳定性的双馈风电场控制方法
KR20170002717A (ko) * 2015-06-29 2017-01-09 현대중공업 주식회사 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치 및 방법
CN205229348U (zh) * 2015-12-15 2016-05-11 新疆金风科技股份有限公司 风电场电网友好型评估***
CN110176781A (zh) * 2019-05-24 2019-08-27 上海电力学院 基于隔离型变频变压器的分频输电风力发电***及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
并网型双馈感应发电机多重控制的研究;臧克;《东南大学博士学位论文》;20150301;正文第26-27页、第54-56页、第86-87页、第91-92页 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP4203226A1 (en) 2023-06-28
AU2021336383A1 (en) 2023-05-11
EP4203226A4 (en) 2024-03-27
AU2021336383A9 (en) 2024-02-08
KR20230054895A (ko) 2023-04-25
CN112310971A (zh) 2021-02-02
WO2022048205A1 (zh) 2022-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yaramasu et al. PMSG‐based wind energy conversion systems: survey on power converters and controls
US8698335B2 (en) Low cost current source converters for power generation application
US8830705B2 (en) System and method for low speed control of polyphase AC machine
US7095597B1 (en) Distributed static var compensation (DSVC) system for wind and water turbine applications
Abad et al. Three-level NPC converter-based predictive direct power control of the doubly fed induction machine at low constant switching frequency
CN108462203B (zh) 一种海上风电场接入常规高压直流***的协同控制方法
CN112310971B (zh) 半直驱直流风力发电机组及其控制方法及设备
Wang et al. Module power balance control strategy for three-phase cascaded H-bridge PV inverter under unbalanced grid voltage condition
Morren et al. Voltage dip ride-through control of direct-drive wind turbines
El-Khoury et al. A review of modulation and control strategies for matrix converters applied to PMSG based wind energy conversion systems
Rong et al. Transformerless grid connected control of wind turbine based on H-MMC
Almeida et al. Series-DC connection of Offshore wind generating units-modeling, control and galvanic isolation.
Torres Olguin et al. HVDC transmission for offshore wind farms
Hang et al. 5L full‐scale converter with a dc‐link flying‐capacitor auxiliary bridge leg for large direct‐drive wind turbines
Kwon et al. Direct Power Control with ramping rate criterion of complex power in grid adaptive 5MW PMSG MV Wind Turbines
Kwon et al. Automatic command mode transition strategy of direct power control for PMSG MV offshore wind turbines
Tawfiq et al. Wind Energy System with Matrix Converter
Adel et al. Harmonics Reduction using a Modified Controller for Doubly Fed Induction Generator
Himaja et al. A novel control strategy for DVR to improve voltage profile in wind farm
Behera et al. Simulation study of permanent magnet synchronous machine direct drive wind power generator using three level NPC converter system
Nikolic et al. Predictive control of a current source rectifier in wind energy conversion system with PMSG
Sankar et al. Maximum power extraction in grid connected DFIG using multilevel converter
Patel et al. DC distribution system architecture and controls for wind power applications
Hamatwi Control of a permanent magnet synchronous general-based wind energy conversion system.
Gholamian et al. Comparison of Multiphase Active and Passive Rectifiers in Wind Turbine

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 830026 No. 107, Shanghai Road, Urumqi economic and Technological Development Zone, the Xinjiang Uygur Autonomous Region

Patentee after: Jinfeng Technology Co.,Ltd.

Address before: 830026 No. 107, Shanghai Road, Urumqi economic and Technological Development Zone, the Xinjiang Uygur Autonomous Region

Patentee before: XINJIANG GOLDWIND SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd.