CN114499225A - 一种变流器用电压源电流源双模式切换控制方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于自动控制技术领域,涉及一种变流器用电压源电流源双模式切换控制方法。
背景技术
永磁风电机组是目前的主流风电机型,随着风电在微电网中比重的增加,对其运行功能的要求也日益提高。通常情况下,永磁风电机组的控制模式运行于电流源控制模式,机组跟随并网点电压,电流源模式缺乏对微电网***的主动支撑作用,因此风电不能单独作为微电网中的主电源。电压源控制模式是未来风电机组的发展趋势,电压源型模式可以为微电网提供主动支撑,因此电压源型风电机组可以作为微电网中的主电源。当微电网运行于并网模式时,永磁风电机组工作于电流源模式;当微电网运行于离网模式时,可以根据***指令运行在电压源模式或者电流源模式。
以电流源控制切换成电压源控制为例,其将电流源模式中自适应积分控制器输出的幅值作为初始值赋值给电压源模式中自适应积分控制器,以实现切换。
现有技术在切换时将电流源控制模式下自适应积分控制器的输出作为初始值赋值给电压源模式中自适应积分控制器,但在积分控制器的输入上等同于硬切换,在风电机组功率输出上会体现为功率波动。
且在该问题上目前只检索到一个专利相关,该相关专利大篇幅着墨于判断电网是否稳定,风机为双馈风电机组,然而并没有给出具体的控制模式切换的方式。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种变流器用电压源电流源双模式切换控制方法,该方法能够实现微电网中永磁风电机运行模式的切换。
为达到上述目的,本发明所述的变流器用电压源电流源双模式切换控制方法包括:
2)利用虚拟同步环输出角度计算模块、虚拟同步环参考电压幅值E计算模块、网
侧交流电压控制环输出的电流参考值计算模块及机侧交流电压控制环输出的电流
参考值的d轴分量及q轴分量计算模块进行永磁风电机组的电流源控制模式
及电压源控制模式的切换。
虚拟同步环输出角度计算模块包括发电机的定子电压、及输入端、坐
标变换模块(1)、第一PI控制器(2)、第一积分模块(3)、第二积分模块(4)、第三积分模块
(5)、第一减法器、第二减法器、第三减法器、第一加法器、第二加法器、第一开关(K0)、第二
开关(K1)、第三开关(K2)、永磁风电机组输出有功功率输入端、永磁风电机组输出功率参考
值输入端、虚拟转动惯量输入端、第一除法器、频率参考值输入端、有功-频率下垂系数计算
模块(17)、虚拟同步环输出角度输出端及第一惯性系数输入端;
发电机的定子电压、及输入端与坐标变换模块(1)的输入端相连接,坐
标变换模块(1)的q轴分量输出端与第一PI控制器(2)的输入端相连接,第一PI控制器(2)的
输出端与第一积分模块(3)的输入端相连接,第一积分模块(3)的输出端与坐标变换模块
(1)的输入端及第三开关(K2)的第一自由端相连接;
永磁风电机组输出有功功率输入端与永磁风电机组输出功率参考值输入端与第一减法器的输入端相连接,第一减法器的输出端与第一加法器的输入端相连接,第一加法器的输出端及虚拟转动惯量输入端与第一除法器的输入端相连接,第一除法器的输出端与第一开关(K0)的第一自由端相连接,第一开关(K0)的第二自由端悬空,第一开关(K0)的固定端经第二积分模块(4)与第二加法器的输入端相连接,第二加法器的输出端与第二减法器的输入端及第三积分模块(5)的输入端相连接,第三积分模块(5)的输出端与第三开关(K2)的第二自由端相连接,频率参考值输入端与第二减法器的输入端相连接,第二减法器的输出端与有功-频率下垂系数计算模块(17)的输入端相连接,有功-频率下垂系数计算模块(17)的输出端与第一加法器的输入端相连接,第三积分模块(5)的输出端及虚拟同步环输出角度输出端与第三减法器的输入端相连接,第三减法器的输出端及第一惯性系数输入端与第一乘法器的输入端相连接,第一乘法器的输出端与第二开关(K1)的第一自由端相连接,第二开关(K1)的第二自由端悬空,第二开关(K1)的固定端与第二加法器的输入端相连接,第二开关(K1)的固定端与虚拟同步环输出角度输出端相连接。
虚拟同步环参考电压幅值E计算模块包括第三加法器、第四减法器、第五减法器、第六减法器、第一数值缓启动器(6)、无功-电压下垂系数计算模块(7)、永磁风电机组输出无功功率参考值输入端、永磁风电机组输出无功功率输入端、第二惯性系数输入端、第二乘法器、第四开关(K3)、第四积分模块(8)、虚拟同步环参考电压幅值输出端、虚拟同步环输出电压幅值输入端、虚拟同步环输出电压基值输入端及第三惯性系数输入端;
永磁风电机组输出无功功率参考值输入端与第三加法器的输入端相连接,第三加法器的输出端及永磁风电机组输出无功功率输入端与第四减法器的输入端相连接,第四减法器的输出端及第二惯性系数输入端与第二乘法器的输入端相连接,第二乘法器的输出端与第一数值缓启动器(6)的输入端相连接,第一数值缓启动器(6)的输出端与第四开关(K3)的第一自由端相连接,第四开关(K3)的固定端与第四积分模块(8)的输入端相连接,第四积分模块(8)的输出端与虚拟同步环参考电压幅值输出端及第五减法器的输入端相连接,虚拟同步环输出电压幅值输入端与第五减法器的输入端及第六减法器的输入端相连接,虚拟同步环输出电压基值输入端与第六减法器的输入端相连接,第六减法器的输出端与无功-电压下垂系数计算模块(7)的输入端相连接,无功-电压下垂系数计算模块(7)的输出端与第三加法器的输入端相连接,第五减法器的输出端及第三惯性系数输入端与第三乘法器的输入端相连接,第三乘法器的输出端与第一数值缓启动器(6)的输入端及第四开关(K3)的第二自由端相连接。
网侧交流电压控制环输出的电流参考值计算模块包括虚拟同步环输出参
考电压幅值输出端、变流器输出电压d轴分量输入端、第七减法器、第二数值缓启动器(9)、
第五开关(K4)、第二PI控制器(10)、变流器输出电压q轴分量输入端、虚拟同步环输出角频
率输入端、滤波电容输入端、第四乘法器、第八减法器、第九减法器、第十减法器、第十一减
法器、第六开关(K5)、第三数值缓启动器(11)、第三PI控制器(12)、第七开关(K6)及网侧交
流电压控制环输出的电流参考值输出端;
虚拟同步环输出参考电压幅值输出端及变流器输出电压d轴分量输入端与第七减法器的输入端相连接,第七减法器的输出端与第二数值缓启动器(9)的输入端相连接,第二数值缓启动器(9)的输出端与第五开关(K4)的第一自由端相连接,第五开关(K4)的固定端与第二PI控制器(10)的输入端相连接;
变流器输出电压q轴分量输入端、虚拟同步环输出角频率输入端及滤波电容输入端与第四乘法器的输入端相连接,第四乘法器的输出端及第二PI控制器(10)的输出端与第八减法器的输入端相连接,第八减法器的输出端与第九减法器的输入端及第七开关(K6)的第一自由端相连接,网侧交流电压控制环输出电流参考值输出端与第九减法器的输入端相连接,第九减法器的输出端与第二数值缓启动器(9)的输入端及第五开关(K4)的第二自由端相连接,第七开关(K6)的固定端与网侧交流电压控制环输出的电流参考值输出端相连接;
直流电压输入端及直流电压参考值输入端与第十减法器的输入端相连接,第十减法器的输出端与第三数值缓启动器(11)的输入端相连接,第三数值缓启动器(11)的输出端与第六开关(K5)的第一自由端相连接,交流电压控制环输出的电流参考值输出端及第七开关(K6)的第二自由端与第十一减法器的输入端相连接,第十一减法器的输出端与第六开关(K5)的第二自由端及第三PI控制器(12)的输入端相连接,第六开关(K5)的固定端与第三PI控制器(12)的输入端相连接,第三数值缓启动器(11)的输出端与第七开关(K6)的第二自由端相连接,第三PI控制器(12)的输出端与第七开关(K6)的第二自由端相连接。
机侧交流电压控制环输出电流参考值的q轴分量计算模块包括变流器输出
电压的q轴分量输入端、第十二减法器、第四数值缓启动器(13)、第八开关(K7)、第四PI控制
器(14)、变流器输出电压d轴分量输入端、虚拟同步环输出角频率输入端、滤波电容输入端、
第五乘法器、第五加法器、第十二减法器、第十三减法器、第九开关(K8)、机侧交流电压控制
环输出电流参考值的q轴分量输出端、永磁风电机输出无功功率参数值输入端、-2/3
公共连接点三相电压的d轴分量输入端及第六乘法器;
变流器输出电压的q轴分量输入端与第十二减法器的输入端相连接,第十二减法
器的输出端与第四数值缓启动器(13)的输入端相连接,第四数值缓启动器(13)的输出端与
第八开关(K7)的第一自由端相连接,第八开关(K7)的固定端与第四PI控制器(14)的输入端
相连接,变流器输出电压d轴分量输入端、虚拟同步环输出角频率输入端及滤波电容输入端
与第五乘法器的输入端相连接,第五乘法器的输出端及第四PI控制器(14)的输出端与第五
加法器的输入端相连接,第五加法器的输出端与第十三减法器的输入端及第九开关(K8)的
第一自由端相连接,第九开关(K8)的固定端与机侧交流电压控制环输出电流参考值的q轴
分量输出端相连接,机侧交流电压控制环输出电流参考值的q轴分量输出端
与第十三减法器的输入端相连接,第十三减法器的输出端与第四数值缓启动器(13)的输入
端及第八开关(K7)的第二自由端相连接;
机侧交流电压控制环输出的电流参考值的d轴分量计算模块包括直流电压
参考值输入端、直流电压输入端、第十四减法器、第五数值缓启动器(15)、第十开关(K9)、第
五PI控制器(16)、第十一开关(K10)、机侧交流电压控制环输出的电流参考值的d轴分量输出端、第十五减法器、永磁风电机输出无功功率参考值输入端、-2/3公共连接点三
相电压的d轴分量输入端及第七乘法器;
直流电压参考值输入端与直流电压输入端与第十四减法器的输入端相连接,第十
四减法器的输出端与第五数值缓启动器(15)的输入端相连接,第五数值缓启动器(15)的输
出端与第十开关(K9)的第一自由端相连接,第十开关(K9)的固定端与第五PI控制器(16)的
输入端相连接,第五PI控制器(16)的输出端与第十一开关(K10)的第二自由端及第十五减
法器的输入端相连接,机侧交流电压控制环输出的电流参考值的d轴分量输出端与
第十一开关(K10)的固定端及第十五减法器的输入端相连接,第十五减法器的输出端与第
四PI控制器(14)的输入端及第十开关(K9)的第二自由端相连接;
将第一开关(K0)中的第二自由端闭合,第二开关(K1)中的第一自由端闭合,第三
开关(K2)中的第一自由端闭合,第四开关(K3)中的第二自由端闭合,第五开关(K4)中的第
二自由端闭合,第六开关(K5)中的第一自由端闭合,第七开关(K6)中的第二自由端闭合,第
八开关(K7)中的第二自由端闭合,第九开关(K8)中的第二自由端闭合,第十开关(K9)中的
第二自由端闭合,第十一开关(K10)中的第一自由端闭合,根据此时的虚拟同步环输出角度、虚拟同步环参考电压幅值E、网侧交流电压控制环输出的电流参考值及机侧交流
电压控制环输出的电流参考值的d轴分量及q轴分量对永磁风电机进行控制,
使得永磁风电机工作于电流源控制模式下。
将第一开关(K0)中的第一自由端闭合,第二开关(K1)中的第二自由端闭合,第三
开关(K2)中的第二自由端闭合,第四开关(K3)中的第一自由端闭合,第五开关(K4)中的第
一自由端闭合,第六开关(K5)中的第二自由端闭合,第七开关(K6)中的第一自由端闭合,第
八开关(K7)中的第一自由端闭合,第九开关(K8)中的第一自由端闭合,第十开关(K9)中的
第一端闭合,第十一开关(K10)中的第二自由端闭合,根据此时的虚拟同步环输出角度、
虚拟同步环参考电压幅值E、网侧交流电压控制环输出的电流参考值及机侧交流电
压控制环输出的电流参考值的d轴分量及q轴分量对永磁风电机进行控制,使
得永磁风电机工作于电压源控制模式下。
当需要切换至电压源控制模式下时,先对磁风电机组进行角度同步控制,然后再切换至电压源控制模式下。
本发明具有以下有益效果:
本发明所述的变流器用电压源电流源双模式切换控制方法在具体操作时,先构建
虚拟同步环输出角度计算模块、虚拟同步环参考电压幅值E计算模块、网侧交流电压控制
环输出的电流参考值计算模块及机侧交流电压控制环输出的电流参考值的d轴分
量及q轴分量计算模块,再根据虚拟同步环输出角度计算模块、虚拟同步
环参考电压幅值E计算模块、网侧交流电压控制环输出的电流参考值计算模块及机
侧交流电压控制环输出的电流参考值的d轴分量及q轴分量计算模块进行永
磁风电机组的电流源控制模式及电压源控制模式的切换,以实现微电网中永磁风电机运行
模式的切换,操作简单、方便,实用性极强,需要说明的是,本发明能够使永磁风电机组依据
***指令在电流源控制模式与电压源控制模式下往复切换,同时消除永磁风电机组在控制
模式切换时的功率波动。
附图说明
图1为永磁风机并网发电主电路图;
图2为永磁风机网侧变换器电压源控制模式控制框图;
图3为永磁风机机侧变换器电流源控制模式控制框图;
图4为有功频率控制环角度同步控制结构框图;
图5为无功电压环切换控制结构框图;
图6为网侧变换器交流电压环d轴控制切换框图;
图7为网侧变换器交流电压环q轴控制切换框图;
图8为机侧变换器模式切换控制框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,不是全部的实施例,而并非要限制本发明公开的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的,其中为了清楚表达的目的,放大了某些细节,并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的,实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差,并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
图1为永磁风机并网发电主电路图,图1中,分别为变流器输
出三相电压、公共连接点三相电压以及电网三相电压;及分别为电感电流和输出
电流;为直流电压;和分别为输出滤波电感和滤波电容;为线路阻抗可以
表示成;分别为经过坐标变换
后的d轴和q轴分量;三相电压表示发电机的定子电
压,表示变流器输出电流,为其在dq坐系标下的分量,表示变流器输出电压,为其在dq坐系标下的分量。永磁风电机
组的控制策略都可以通过改变转子侧变换器与网侧变换器的控制方法来实现。
对电压源控制方式下的风电机组,风电机组的控制目标是输出电压的幅值和相位,具体实现方法是改变风电机组的控制策略,从而使其对外表现为电压源特性,风电机组的功率可以随着负荷的波形而做出调整,从而使风电机组具有和传统同步发电机类似的惯量支撑特点,目前的主要实现方式是采用虚拟同步机控制。
图2为永磁风电机组网侧变换器具有电压电流内环电压式虚拟同步机控制结构
图,图2中,P、Q、及分别为永磁风电机组输出有功功率、无功功率及其参考值;
为虚拟同步环输出角频率,为频率参考值;U为输出电压幅值,为输出电压基值;为有功-频率下垂系数,为无功-电压下垂系数;J为虚拟转动惯量,K为惯性系数;
和E分别为虚拟同步环输出角度和参考电压幅值;电压电流双闭环中分别为变流器输出电压的d轴和q轴分量;分别为电
感电流的d轴和q轴分量;分别为交流电压控制环输出的电流参考值;、
分别为控制器输出的电压参考的dq轴分量;为***基波角频率;分别为交流电压环和电流环的PI参数。
参考图1,本发明所述的变流器用电压源电流源双模式切换控制方法包括:
2)利用虚拟同步环输出角度计算模块、虚拟同步环参考电压幅值E计算模块、网
侧交流电压控制环输出的电流参考值计算模块及机侧交流电压控制环输出的电
流参考值的d轴分量及q轴分量计算模块进行永磁风电机组的电流源控制
模式及电压源控制模式的切换。
参考图4,所述虚拟同步环输出角度计算模块包括发电机的定子电压、
及输入端、坐标变换模块1、第一PI控制器2、第一积分模块3、第二积分模块4、第三积分
模块5、第一减法器、第二减法器、第三减法器、第一加法器、第二加法器、第一开关K0、第二
开关K1、第三开关K2、永磁风电机组输出有功功率输入端、永磁风电机组输出功率参考值输
入端、虚拟转动惯量输入端、第一除法器、频率参考值输入端、有功-频率下垂系数计算模块
17、虚拟同步环输出角度输出端及第一惯性系数输入端;
发电机的定子电压、及输入端与坐标变换模块1的输入端相连接,坐
标变换模块1的q轴分量输出端与第一PI控制器2的输入端相连接,第一PI控制器2的输出端
与第一积分模块3的输入端相连接,第一积分模块3的输出端与坐标变换模块1的输入端及
第三开关K2的第一自由端相连接;
永磁风电机组输出有功功率输入端与永磁风电机组输出功率参考值输入端与第一减法器的输入端相连接,第一减法器的输出端与第一加法器的输入端相连接,第一加法器的输出端及虚拟转动惯量输入端与第一除法器的输入端相连接,第一除法器的输出端与第一开关K0的第一自由端相连接,第一开关K0的第二自由端悬空,第一开关K0的固定端经第二积分模块4与第二加法器的输入端相连接,第二加法器的输出端与第二减法器的输入端及第三积分模块5的输入端相连接,第三积分模块5的输出端与第三开关K2的第二自由端相连接,频率参考值输入端与第二减法器的输入端相连接,第二减法器的输出端与有功-频率下垂系数计算模块17的输入端相连接,有功-频率下垂系数计算模块17的输出端与第一加法器的输入端相连接,第三积分模块5的输出端及虚拟同步环输出角度输出端与第三减法器的输入端相连接,第三减法器的输出端及第一惯性系数输入端与第一乘法器的输入端相连接,第一乘法器的输出端与第二开关K1的第一自由端相连接,第二开关K1的第二自由端悬空,第二开关K1的固定端与第二加法器的输入端相连接,第二开关K1的固定端与虚拟同步环输出角度输出端相连接;
参考图5,虚拟同步环参考电压幅值E计算模块包括第三加法器、第四减法器、第五减法器、第六减法器、第一数值缓启动器6、无功-电压下垂系数计算模块7、永磁风电机组输出无功功率参考值输入端、永磁风电机组输出无功功率输入端、第二惯性系数输入端、第二乘法器、第四开关K3、第四积分模块8、虚拟同步环参考电压幅值输出端、虚拟同步环输出电压幅值输入端、虚拟同步环输出电压基值输入端及第三惯性系数输入端;
永磁风电机组输出无功功率参考值输入端与第三加法器的输入端相连接,第三加法器的输出端及永磁风电机组输出无功功率输入端与第四减法器的输入端相连接,第四减法器的输出端及第二惯性系数输入端与第二乘法器的输入端相连接,第二乘法器的输出端与第一数值缓启动器6的输入端相连接,第一数值缓启动器6的输出端与第四开关K3的第一自由端相连接,第四开关K3的固定端与第四积分模块8的输入端相连接,第四积分模块8的输出端与虚拟同步环参考电压幅值输出端及第五减法器的输入端相连接,虚拟同步环输出电压幅值输入端与第五减法器的输入端及第六减法器的输入端相连接,虚拟同步环输出电压基值输入端与第六减法器的输入端相连接,第六减法器的输出端与无功-电压下垂系数计算模块7的输入端相连接,无功-电压下垂系数计算模块7的输出端与第三加法器的输入端相连接,第五减法器的输出端及第三惯性系数输入端与第三乘法器的输入端相连接,第三乘法器的输出端与第一数值缓启动器6的输入端及第四开关K3的第二自由端相连接。
参考图6,网侧交流电压控制环输出的电流参考值计算模块包括虚拟同
步环输出参考电压幅值输出端、变流器输出电压d轴分量输入端、第七减法器、第二数值缓
启动器9、第五开关K4、第二PI控制器10、变流器输出电压q轴分量输入端、虚拟同步环输出
角频率输入端、滤波电容输入端、第四乘法器、第八减法器、第九减法器、第十减法器、第十
一减法器、第六开关K5、第三数值缓启动器11、第三PI控制器12、第七开关K6及网侧交流电
压控制环输出的电流参考值输出端;
虚拟同步环输出参考电压幅值输出端及变流器输出电压d轴分量输入端与第七减法器的输入端相连接,第七减法器的输出端与第二数值缓启动器9的输入端相连接,第二数值缓启动器9的输出端与第五开关K4的第一自由端相连接,第五开关K4的固定端与第二PI控制器10的输入端相连接;
变流器输出电压q轴分量输入端、虚拟同步环输出角频率输入端及滤波电容输入端与第四乘法器的输入端相连接,第四乘法器的输出端及第二PI控制器10的输出端与第八减法器的输入端相连接,第八减法器的输出端与第九减法器的输入端及第七开关K6的第一自由端相连接,网侧交流电压控制环输出电流参考值输出端与第九减法器的输入端相连接,第九减法器的输出端与第二数值缓启动器9的输入端及第五开关K4的第二自由端相连接,第七开关K6的固定端与网侧交流电压控制环输出的电流参考值输出端相连接;
直流电压输入端及直流电压参考值输入端与第十减法器的输入端相连接,第十减法器的输出端与第三数值缓启动器11的输入端相连接,第三数值缓启动器11的输出端与第六开关K5的第一自由端相连接,交流电压控制环输出的电流参考值输出端及第七开关K6的第二自由端与第十一减法器的输入端相连接,第十一减法器的输出端与第六开关K5的第二自由端及第三PI控制器12的输入端相连接,第六开关K5的固定端与第三PI控制器12的输入端相连接,第三数值缓启动器11的输出端与第七开关K6的第二自由端相连接,第三PI控制器12的输出端与第七开关K6的第二自由端相连接;
参考图7,机侧交流电压控制环输出电流参考值的q轴分量计算模块包括变
流器输出电压的q轴分量输入端、第十二减法器、第四数值缓启动器13、第八开关K7、第四PI
控制器14、变流器输出电压d轴分量输入端、虚拟同步环输出角频率输入端、滤波电容输入
端、第五乘法器、第五加法器、第十二减法器、第十三减法器、第九开关K8、机侧交流电压控
制环输出电流参考值的q轴分量输出端、永磁风电机输出无功功率参数值输入端、-
2/3公共连接点三相电压的d轴分量输入端及第六乘法器;
变流器输出电压的q轴分量输入端与第十二减法器的输入端相连接,第十二减法
器的输出端与第四数值缓启动器13的输入端相连接,第四数值缓启动器13的输出端与第八
开关K7的第一自由端相连接,第八开关K7的固定端与第四PI控制器14的输入端相连接,变
流器输出电压d轴分量输入端、虚拟同步环输出角频率输入端及滤波电容输入端与第五乘
法器的输入端相连接,第五乘法器的输出端及第四PI控制器14的输出端与第五加法器的输
入端相连接,第五加法器的输出端与第十三减法器的输入端及第九开关K8的第一自由端相
连接,第九开关K8的固定端与机侧交流电压控制环输出电流参考值的q轴分量输出
端相连接,机侧交流电压控制环输出电流参考值的q轴分量输出端与第十三减法器
的输入端相连接,第十三减法器的输出端与第四数值缓启动器13的输入端及第八开关K7的
第二自由端相连接;
参考图8,机侧交流电压控制环输出的电流参考值的d轴分量计算模块包括
直流电压参考值输入端、直流电压输入端、第十四减法器、第五数值缓启动器15、第十开关
K9、第五PI控制器16、第十一开关K10、机侧交流电压控制环输出的电流参考值的d轴分量输出端、第十五减法器、永磁风电机输出无功功率参考值输入端、-2/3公共连接点三
相电压的d轴分量输入端及第七乘法器;
直流电压参考值输入端与直流电压输入端与第十四减法器的输入端相连接,第十
四减法器的输出端与第五数值缓启动器15的输入端相连接,第五数值缓启动器15的输出端
与第十开关K9的第一自由端相连接,第十开关K9的固定端与第五PI控制器16的输入端相连
接,第五PI控制器16的输出端与第十一开关K10的第二自由端及第十五减法器的输入端相
连接,机侧交流电压控制环输出的电流参考值的d轴分量输出端与第十一开关K10
的固定端及第十五减法器的输入端相连接,第十五减法器的输出端与第四PI控制器14的输
入端及第十开关K9的第二自由端相连接;
根据虚拟同步环输出角度计算模块、虚拟同步环参考电压幅值E计算模块、网侧
交流电压控制环输出的电流参考值计算模块及机侧交流电压控制环输出的电流
参考值的d轴分量及q轴分量计算模块进行永磁风电机组的电流源控制模式
及电压源控制模式的切换的具体过程为:
将第一开关K0中的第二自由端闭合,第二开关K1中的第一自由端闭合,第三开关
K2中的第一自由端闭合,第四开关K3中的第二自由端闭合,第五开关K4中的第二自由端闭
合,第六开关K5中的第一自由端闭合,第七开关K6中的第二自由端闭合,第八开关K7中的第
二自由端闭合,第九开关K8中的第二自由端闭合,第十开关K9中的第二自由端闭合,第十一
开关K10中的第一自由端闭合,根据此时的虚拟同步环输出角度、虚拟同步环参考电压
幅值E、网侧交流电压控制环输出的电流参考值及机侧交流电压控制环输出的电
流参考值的d轴分量及q轴分量对永磁风电机进行控制,使得永磁风电机
工作于电流源控制模式下;
将第一开关K0中的第一自由端闭合,第二开关K1中的第二自由端闭合,第三开关
K2中的第二自由端闭合,第四开关K3中的第一自由端闭合,第五开关K4中的第一自由端闭
合,第六开关K5中的第二自由端闭合,第七开关K6中的第一自由端闭合,第八开关K7中的第
一自由端闭合,第九开关K8中的第一自由端闭合,第十开关K9中的第一端闭合,第十一开关
K10中的第二自由端闭合,根据此时的虚拟同步环输出角度、虚拟同步环参考电压幅值E、
网侧交流电压控制环输出的电流参考值及机侧交流电压控制环输出的电流参考
值的d轴分量及q轴分量对永磁风电机进行控制,使得永磁风电机工作于电
压源控制模式下。
另外,需要说明的是,在首次启动永磁风电机组时,先进行启动角度同步控制,启动前将第一开关K0中的第二自由端闭合,将第二开关K1中的第一自由端闭合,将第三开关K2中的第一自由端闭合,此时可以以电流源控制模式直接启动永磁直驱风机,也可待同步结束后以电压源控制模式启动永磁风机。
另外,由电流源控制模式切换为电压源控制模式时,数值缓启动器进行动作,数值
缓启动器获取相应节点处数值Kn_x,n=3,4,7,9;x=1,2,下标n代表位置编号,下标x代表状
态编号,通过数值缓启动器控制方程(n=3,4,7,9),完成Kn
(n=3,4,7,9)的切换。其中,为数值缓启动器的设定步长,,T为缓启时间。
Claims (9)
2.根据权利要求1所述的变流器用电压源电流源双模式切换控制方法,其特征在于,虚
拟同步环输出角度计算模块包括发电机的定子电压、及输入端、坐标变换模块
(1)、第一PI控制器(2)、第一积分模块(3)、第二积分模块(4)、第三积分模块(5)、第一减法
器、第二减法器、第三减法器、第一加法器、第二加法器、第一开关(K0)、第二开关(K1)、第三
开关(K2)、永磁风电机组输出有功功率输入端、永磁风电机组输出功率参考值输入端、虚拟
转动惯量输入端、第一除法器、频率参考值输入端、有功-频率下垂系数计算模块(17)、虚拟
同步环输出角度输出端及第一惯性系数输入端;
发电机的定子电压、及输入端与坐标变换模块(1)的输入端相连接,坐标变
换模块(1)的q轴分量输出端与第一PI控制器(2)的输入端相连接,第一PI控制器(2)的输出
端与第一积分模块(3)的输入端相连接,第一积分模块(3)的输出端与坐标变换模块(1)的
输入端及第三开关(K2)的第一自由端相连接;
永磁风电机组输出有功功率输入端与永磁风电机组输出功率参考值输入端与第一减法器的输入端相连接,第一减法器的输出端与第一加法器的输入端相连接,第一加法器的输出端及虚拟转动惯量输入端与第一除法器的输入端相连接,第一除法器的输出端与第一开关(K0)的第一自由端相连接,第一开关(K0)的第二自由端悬空,第一开关(K0)的固定端经第二积分模块(4)与第二加法器的输入端相连接,第二加法器的输出端与第二减法器的输入端及第三积分模块(5)的输入端相连接,第三积分模块(5)的输出端与第三开关(K2)的第二自由端相连接,频率参考值输入端与第二减法器的输入端相连接,第二减法器的输出端与有功-频率下垂系数计算模块(17)的输入端相连接,有功-频率下垂系数计算模块(17)的输出端与第一加法器的输入端相连接,第三积分模块(5)的输出端及虚拟同步环输出角度输出端与第三减法器的输入端相连接,第三减法器的输出端及第一惯性系数输入端与第一乘法器的输入端相连接,第一乘法器的输出端与第二开关(K1)的第一自由端相连接,第二开关(K1)的第二自由端悬空,第二开关(K1)的固定端与第二加法器的输入端相连接,第二开关(K1)的固定端与虚拟同步环输出角度输出端相连接。
3.根据权利要求2所述的变流器用电压源电流源双模式切换控制方法,其特征在于,虚拟同步环参考电压幅值E计算模块包括第三加法器、第四减法器、第五减法器、第六减法器、第一数值缓启动器(6)、无功-电压下垂系数计算模块(7)、永磁风电机组输出无功功率参考值输入端、永磁风电机组输出无功功率输入端、第二惯性系数输入端、第二乘法器、第四开关(K3)、第四积分模块(8)、虚拟同步环参考电压幅值输出端、虚拟同步环输出电压幅值输入端、虚拟同步环输出电压基值输入端及第三惯性系数输入端;
永磁风电机组输出无功功率参考值输入端与第三加法器的输入端相连接,第三加法器的输出端及永磁风电机组输出无功功率输入端与第四减法器的输入端相连接,第四减法器的输出端及第二惯性系数输入端与第二乘法器的输入端相连接,第二乘法器的输出端与第一数值缓启动器(6)的输入端相连接,第一数值缓启动器(6)的输出端与第四开关(K3)的第一自由端相连接,第四开关(K3)的固定端与第四积分模块(8)的输入端相连接,第四积分模块(8)的输出端与虚拟同步环参考电压幅值输出端及第五减法器的输入端相连接,虚拟同步环输出电压幅值输入端与第五减法器的输入端及第六减法器的输入端相连接,虚拟同步环输出电压基值输入端与第六减法器的输入端相连接,第六减法器的输出端与无功-电压下垂系数计算模块(7)的输入端相连接,无功-电压下垂系数计算模块(7)的输出端与第三加法器的输入端相连接,第五减法器的输出端及第三惯性系数输入端与第三乘法器的输入端相连接,第三乘法器的输出端与第一数值缓启动器(6)的输入端及第四开关(K3)的第二自由端相连接。
4.根据权利要求3所述的变流器用电压源电流源双模式切换控制方法,其特征在于,网
侧交流电压控制环输出的电流参考值计算模块包括虚拟同步环输出参考电压幅值
输出端、变流器输出电压d轴分量输入端、第七减法器、第二数值缓启动器(9)、第五开关
(K4)、第二PI控制器(10)、变流器输出电压q轴分量输入端、虚拟同步环输出角频率输入端、
滤波电容输入端、第四乘法器、第八减法器、第九减法器、第十减法器、第十一减法器、第六
开关(K5)、第三数值缓启动器(11)、第三PI控制器(12)、第七开关(K6)及网侧交流电压控制
环输出的电流参考值输出端;
虚拟同步环输出参考电压幅值输出端及变流器输出电压d轴分量输入端与第七减法器的输入端相连接,第七减法器的输出端与第二数值缓启动器(9)的输入端相连接,第二数值缓启动器(9)的输出端与第五开关(K4)的第一自由端相连接,第五开关(K4)的固定端与第二PI控制器(10)的输入端相连接;
变流器输出电压q轴分量输入端、虚拟同步环输出角频率输入端及滤波电容输入端与第四乘法器的输入端相连接,第四乘法器的输出端及第二PI控制器(10)的输出端与第八减法器的输入端相连接,第八减法器的输出端与第九减法器的输入端及第七开关(K6)的第一自由端相连接,网侧交流电压控制环输出电流参考值输出端与第九减法器的输入端相连接,第九减法器的输出端与第二数值缓启动器(9)的输入端及第五开关(K4)的第二自由端相连接,第七开关(K6)的固定端与网侧交流电压控制环输出的电流参考值输出端相连接;
直流电压输入端及直流电压参考值输入端与第十减法器的输入端相连接,第十减法器的输出端与第三数值缓启动器(11)的输入端相连接,第三数值缓启动器(11)的输出端与第六开关(K5)的第一自由端相连接,交流电压控制环输出的电流参考值输出端及第七开关(K6)的第二自由端与第十一减法器的输入端相连接,第十一减法器的输出端与第六开关(K5)的第二自由端及第三PI控制器(12)的输入端相连接,第六开关(K5)的固定端与第三PI控制器(12)的输入端相连接,第三数值缓启动器(11)的输出端与第七开关(K6)的第二自由端相连接,第三PI控制器(12)的输出端与第七开关(K6)的第二自由端相连接。
5.根据权利要求4所述的变流器用电压源电流源双模式切换控制方法,其特征在于,机
侧交流电压控制环输出电流参考值的q轴分量计算模块包括变流器输出电压的q轴
分量输入端、第十二减法器、第四数值缓启动器(13)、第八开关(K7)、第四PI控制器(14)、变
流器输出电压d轴分量输入端、虚拟同步环输出角频率输入端、滤波电容输入端、第五乘法
器、第五加法器、第十二减法器、第十三减法器、第九开关(K8)、机侧交流电压控制环输出电
流参考值的q轴分量输出端、永磁风电机输出无功功率参数值输入端、-2/3公共连接
点三相电压的d轴分量输入端及第六乘法器;
变流器输出电压的q轴分量输入端与第十二减法器的输入端相连接,第十二减法器的
输出端与第四数值缓启动器(13)的输入端相连接,第四数值缓启动器(13)的输出端与第八
开关(K7)的第一自由端相连接,第八开关(K7)的固定端与第四PI控制器(14)的输入端相连
接,变流器输出电压d轴分量输入端、虚拟同步环输出角频率输入端及滤波电容输入端与第
五乘法器的输入端相连接,第五乘法器的输出端及第四PI控制器(14)的输出端与第五加法
器的输入端相连接,第五加法器的输出端与第十三减法器的输入端及第九开关(K8)的第一
自由端相连接,第九开关(K8)的固定端与机侧交流电压控制环输出电流参考值的q轴分量输出端相连接,机侧交流电压控制环输出电流参考值的q轴分量输出端与第
十三减法器的输入端相连接,第十三减法器的输出端与第四数值缓启动器(13)的输入端及
第八开关(K7)的第二自由端相连接;
6.根据权利要求5所述的变流器用电压源电流源双模式切换控制方法,其特征在于,机
侧交流电压控制环输出的电流参考值的d轴分量计算模块包括直流电压参考值输入
端、直流电压输入端、第十四减法器、第五数值缓启动器(15)、第十开关(K9)、第五PI控制器
(16)、第十一开关(K10)、机侧交流电压控制环输出的电流参考值的d轴分量输出端、
第十五减法器、永磁风电机输出无功功率参考值输入端、-2/3公共连接点三相电压的d轴分
量输入端及第七乘法器;
直流电压参考值输入端与直流电压输入端与第十四减法器的输入端相连接,第十四减
法器的输出端与第五数值缓启动器(15)的输入端相连接,第五数值缓启动器(15)的输出端
与第十开关(K9)的第一自由端相连接,第十开关(K9)的固定端与第五PI控制器(16)的输入
端相连接,第五PI控制器(16)的输出端与第十一开关(K10)的第二自由端及第十五减法器
的输入端相连接,机侧交流电压控制环输出的电流参考值的d轴分量输出端与第十
一开关(K10)的固定端及第十五减法器的输入端相连接,第十五减法器的输出端与第四PI
控制器(14)的输入端及第十开关(K9)的第二自由端相连接;
7.根据权利要求6所述的变流器用电压源电流源双模式切换控制方法,其特征在于,将
第一开关(K0)中的第二自由端闭合,第二开关(K1)中的第一自由端闭合,第三开关(K2)中
的第一自由端闭合,第四开关(K3)中的第二自由端闭合,第五开关(K4)中的第二自由端闭
合,第六开关(K5)中的第一自由端闭合,第七开关(K6)中的第二自由端闭合,第八开关(K7)
中的第二自由端闭合,第九开关(K8)中的第二自由端闭合,第十开关(K9)中的第二自由端
闭合,第十一开关(K10)中的第一自由端闭合,根据此时的虚拟同步环输出角度、虚拟同
步环参考电压幅值E、网侧交流电压控制环输出的电流参考值及机侧交流电压控制
环输出的电流参考值的d轴分量及q轴分量对永磁风电机进行控制,使得永磁
风电机工作于电流源控制模式下。
8.根据权利要求6所述的变流器用电压源电流源双模式切换控制方法,其特征在于,将
第一开关(K0)中的第一自由端闭合,第二开关(K1)中的第二自由端闭合,第三开关(K2)中
的第二自由端闭合,第四开关(K3)中的第一自由端闭合,第五开关(K4)中的第一自由端闭
合,第六开关(K5)中的第二自由端闭合,第七开关(K6)中的第一自由端闭合,第八开关(K7)
中的第一自由端闭合,第九开关(K8)中的第一自由端闭合,第十开关(K9)中的第一端闭合,
第十一开关(K10)中的第二自由端闭合,根据此时的虚拟同步环输出角度、虚拟同步环参
考电压幅值E、网侧交流电压控制环输出的电流参考值及机侧交流电压控制环输出
的电流参考值的d轴分量及q轴分量对永磁风电机进行控制,使得永磁风电机
工作于电压源控制模式下。
9.根据权利要求6所述的变流器用电压源电流源双模式切换控制方法,其特征在于,当需要切换至电压源控制模式下时,先对磁风电机组进行角度同步控制,然后再切换至电压源控制模式下。
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CN111431208A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-07-17 | 浙江运达风电股份有限公司 | 风电机组的电压源和电流源双模自适应协调控制方法 |
CN113938076A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-01-14 | 哈尔滨工业大学 | 双馈风电机组电压源电流源双模式运行切换控制方法 |
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- 2022-04-06 CN CN202210355534.0A patent/CN114499225B/zh active Active
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李明等: "弱电网下基于电网阻抗自适应的双模式并网稳定控制策略", 《太阳能学报》 * |
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