CN116316858B - 一种海上风电机组构网型控制方法、***、设备和介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电机组构网型控制方法、***、设备和介质，通过电压幅值控制器和无功功率控制器采用风电机组对应的运行数据进行数据转换，生成交流电压幅值指令值和交流电压频率。通过电压控制器和电流控制器采用交流电压幅值指令值和电压控制器轴数据进行差值控制转换，生成第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值。将交流电压频率进行积分，生成网侧换流器参考相位。采用网侧换流器参考相位对第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值进行转换操作，生成风电机组对应的网侧换流器控制指令。通过电压幅值控制器，仅改变构网型风电机组的网侧换流器的控制策略，机侧换流器仍沿用原有的控制策略，该控制实施简单、可靠性高。

Description

一种海上风电机组构网型控制方法、***、设备和介质

技术领域

本发明涉及海上风电机组构网型控制技术领域，尤其涉及一种海上风电机组构网型控制方法、***、设备和介质。

背景技术

海上风能具有巨大的开发潜力，近年来国内外风电发展的重心逐渐由陆上转向海上。相比于近海风电场，远海风电场具有更加丰富稳定的风能资源。远距离海上风电的经济可靠并网是亟待研究的关键技术。风电机组采用跟网型控制，必须接入有源电网才能运行。在海上风电工频交流送出***中，由陆上电网为跟网型风电机组提供支撑电压。在海上风电柔性直流送出***中，由采用定交流电压幅值/频率控制的模块化多电平整流器为跟网型风电机组提供支撑电压。其中，工频交流送出***受输电距离的制约。而海上风电柔性直流送出***需要建设大型海上换流平台，导致投资和运维成本较高。

由于二极管不控整流器投资成本低、功率损耗低、运行可靠性高，能够提高远海风电并网***的经济性和可靠性。因此，通常采用二极管不控整流器替代模块化多电平换流器。但二极管不控整流器必须由外部支撑电压源为其提供换相电压才能运行。所以风电机组需要运行于构网型控制模式，建立海上交流***的交流电压幅值和频率。

现有的海上风电机组构网型控制方法通过风电机组的网侧换流器控制风电机组输出交流电压幅值和频率，通过风电机组的机侧换流器控制风电机组换流器直流电压。由于该海上风电机组构网型控制方法需要同时改变常规跟网型风电机组机侧换流器和网侧换流器的控制策略，实施复杂，导致可靠性低。

发明内容

本发明提供了一种海上风电机组构网型控制方法、***、设备和介质，解决了现有的海上风电机组构网型控制方法需要同时改变常规跟网型风电机组机侧换流器和网侧换流器的控制策略，实施复杂，导致可靠性低的技术问题。

本发明提供的一种海上风电机组构网型控制方法，包括：

当接收到风电机组对应的运行数据和电压控制器轴数据时，通过电压幅值控制器和无功功率控制器采用所述运行数据进行数据转换，生成所述风电机组对应的交流电压幅值指令值和交流电压频率；

通过电压控制器和电流控制器采用所述交流电压幅值指令值和所述电压控制器轴数据进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值；

将所述交流电压频率进行积分，生成所述风电机组对应的网侧换流器参考相位；

采用所述网侧换流器参考相位对所述第一轴阀侧电压指令值和所述第二轴阀侧电压指令值进行转换操作，生成所述风电机组对应的网侧换流器控制指令。

可选地，所述运行数据包括风电机组换流器直流电压实际值、风电机组输出无功功率实际值、风电机组换流器直流电压指令值和风电机组输出无功功率指令值；所述通过电压幅值控制器和无功功率控制器采用所述运行数据进行数据转换，生成所述风电机组对应的交流电压幅值指令值和交流电压频率的步骤，包括：

计算所述风电机组换流器直流电压实际值与所述风电机组换流器直流电压指令值之间的差值，生成换流器直流电压差值；

计算所述风电机组输出无功功率实际值与所述风电机组输出无功功率指令值之间的差值，生成无功功率差值；

通过电压幅值控制器采用比例积分环节串联超前滞后环节对所述换流器直流电压差值进行转换，生成所述风电机组对应的交流电压幅值指令值；

所述比例积分环节串联超前滞后环节对应的第一传递函数为：

；

其中，为第一比例系数；/>为积分环节时间常数；/>为拉普拉斯算子；/>为第一超前环节时间常数；/>为第二滞后环节时间常数；

通过无功功率控制器采用比例微分环节串联超前滞后环节对所述无功功率差值进行转换，生成所述风电机组对应的频率偏差；

所述比例微分环节串联超前滞后环节对应的第二传递函数为：

；

其中，其中为第二比例系数；/>为微分环节时间常数；/>为拉普拉斯算子；为第二超前环节时间常数；/>为第二滞后环节时间常数；

计算所述频率偏差与对应的额定频率之间的和值，生成所述风电机组对应的交流电压频率。

可选地，所述电压控制器轴数据包括第一轴电压实际值和第二轴电压实际值；所述通过电压控制器和电流控制器采用所述交流电压幅值指令值和所述电压控制器轴数据进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值的步骤，包括：

将所述交流电压幅值指令值作为第一轴电压指令值；

计算所述第一轴电压指令值与所述第一轴电压实际值之间的差值，生成第一轴电压指令差值；

按照预设指令阈值，设置第二轴电压指令值；

计算所述第二轴电压指令值与所述第二轴电压实际值之间的差值，生成第二轴电压指令差值；

将所述第一轴电压指令差值依次通过电压控制器和电流控制器进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值；

将所述第二轴电压指令差值依次通过所述电压控制器和所述电流控制器进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第二轴阀侧电压指令值。

可选地，所述采用所述网侧换流器参考相位对所述第一轴阀侧电压指令值和所述第二轴阀侧电压指令值进行转换操作，生成所述风电机组对应的网侧换流器控制指令的步骤，包括：

采用所述网侧换流器参考相位对所述第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值进行坐标转换，生成三相阀侧电压指令值；

将所述三相阀侧电压指令值进行脉冲宽度调制，生成所述风电机组对应的网侧换流器控制指令。

本发明还提供了一种海上风电机组构网型控制***，包括：

交流电压幅值指令值和交流电压频率生成模块，用于当接收到风电机组对应的运行数据和电压控制器轴数据时，通过电压幅值控制器和无功功率控制器采用所述运行数据进行数据转换，生成所述风电机组对应的交流电压幅值指令值和交流电压频率；

第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值生成模块，用于通过电压控制器和电流控制器采用所述交流电压幅值指令值和所述电压控制器轴数据进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值；

网侧换流器参考相位生成模块，用于将所述交流电压频率进行积分，生成所述风电机组对应的网侧换流器参考相位；

网侧换流器控制指令生成模块，用于采用所述网侧换流器参考相位对所述第一轴阀侧电压指令值和所述第二轴阀侧电压指令值进行转换操作，生成所述风电机组对应的网侧换流器控制指令。

可选地，所述运行数据包括风电机组换流器直流电压实际值、风电机组输出无功功率实际值、风电机组换流器直流电压指令值和风电机组输出无功功率指令值；所述交流电压幅值指令值和交流电压频率生成模块包括：

换流器直流电压差值生成模块，用于计算所述风电机组换流器直流电压实际值与所述风电机组换流器直流电压指令值之间的差值，生成换流器直流电压差值；

无功功率差值生成模块，用于计算所述风电机组输出无功功率实际值与所述风电机组输出无功功率指令值之间的差值，生成无功功率差值；

交流电压幅值指令值生成模块，用于通过电压幅值控制器采用比例积分环节串联超前滞后环节对所述换流器直流电压差值进行转换，生成所述风电机组对应的交流电压幅值指令值；

所述比例积分环节串联超前滞后环节对应的第一传递函数为：

；

其中，为第一比例系数；/>为积分环节时间常数；/>为拉普拉斯算子；/>为第一超前环节时间常数；/>为第二滞后环节时间常数；

频率偏差生成模块，用于通过无功功率控制器采用比例微分环节串联超前滞后环节对所述无功功率差值进行转换，生成所述风电机组对应的频率偏差；

所述比例微分环节串联超前滞后环节对应的第二传递函数为：

；

其中，其中为第二比例系数；/>为微分环节时间常数；/>为拉普拉斯算子；为第二超前环节时间常数；/>为第二滞后环节时间常数；

交流电压频率生成模块，用于计算所述频率偏差与对应的额定频率之间的和值，生成所述风电机组对应的交流电压频率。

可选地，所述电压控制器轴数据包括第一轴电压实际值和第二轴电压实际值；所述第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值生成模块包括：

第一轴电压指令值设置模块，用于将所述交流电压幅值指令值作为第一轴电压指令值；

第一轴电压指令差值生成模块，用于计算所述第一轴电压指令值与所述第一轴电压实际值之间的差值，生成第一轴电压指令差值；

第二轴电压指令值设置模块，用于按照预设指令阈值，设置第二轴电压指令值；

第二轴电压指令差值生成模块，用于计算所述第二轴电压指令值与所述第二轴电压实际值之间的差值，生成第二轴电压指令差值；

第一轴阀侧电压指令值生成模块，用于将所述第一轴电压指令差值依次通过电压控制器和电流控制器进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值；

第二轴阀侧电压指令值生成模块，用于将所述第二轴电压指令差值依次通过所述电压控制器和所述电流控制器进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第二轴阀侧电压指令值。

可选地，所述网侧换流器控制指令生成模块包括：

三相阀侧电压指令值生成模块，用于采用所述网侧换流器参考相位对所述第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值进行坐标转换，生成三相阀侧电压指令值；

网侧换流器控制指令生成子模块，用于将所述三相阀侧电压指令值进行脉冲宽度调制，生成所述风电机组对应的网侧换流器控制指令。

本发明还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行实现如上述任一项海上风电机组构网型控制方法的步骤。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一项海上风电机组构网型控制方法。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明通过当接收到风电机组对应的运行数据和电压控制器轴数据时，通过电压幅值控制器和无功功率控制器采用运行数据进行数据转换，生成风电机组对应的交流电压幅值指令值和交流电压频率。通过电压控制器和电流控制器采用交流电压幅值指令值和电压控制器轴数据进行差值控制转换，生成风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值。将交流电压频率进行积分，生成风电机组对应的网侧换流器参考相位，然后采用网侧换流器参考相位对第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值进行转换操作，生成风电机组对应的网侧换流器控制指令。解决了现有的海上风电机组构网型控制方法需要同时改变常规跟网型风电机组机侧换流器和网侧换流器的控制策略，实施复杂，导致可靠性低的技术问题。通过电压幅值控制器能够同时控制风电机组换流器直流电压和风电机组输出交流电压幅值，使构网型风电机组的机侧换流器仍然可以沿用常规跟网型风电机组机侧换流器的控制策略，该控制实施简单、可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种海上风电机组构网型控制方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例一提供的基于二极管不控整流的海上风电送出***的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的一种海上风电机组构网型控制方法的步骤流程图；

图4为本发明实施例二提供的海上风电机组构网型控制方法的流程框图；

图5为本发明实施例二提供的电压幅值控制器的结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的无功功率控制器的结构示意图；

图7为本发明实施例二提供的风电机组输出有功功率和无功功率的仿真波形示意图；

图8为本发明实施例二提供的风电机组输出交流电压频率的仿真波形示意图；

图9为本发明实施例二提供的整流站交流电压有效值的仿真波形示意图；

图10为本发明实施例二提供的二极管不控整流器吸收有功功率和无功功率的仿真波形示意图；

图11为本发明实施例二提供的直流输电***直流电压的仿真波形示意图；

图12为本发明实施例二提供的直流输电***直流电流的仿真波形示意图；

图13本发明实施例三提供的一种海上风电机组构网型控制***的结构框图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种海上风电机组构网型控制方法、***、设备和介质，用于解决现有的海上风电机组构网型控制方法需要同时改变常规跟网型风电机组机侧换流器和网侧换流器的控制策略，实施复杂，导致可靠性低的技术问题。

本发明的海上风电机组构网型控制方法使用在基于二极管不控整流的海上风电送出***中，用于控制海上风电场即控制风电机组的运行状态，仅改变网侧换流器的控制策略，使构网型风电机组的机侧换流器仍然可以沿用常规跟网型风电机组机侧换流器的控制策略。

如图2所示，基于二极管不控整流的海上风电送出***由海上风电场、交流集电海缆、整流站、直流送出海缆、逆变站、陆上电网依次连接组成。海上风电场包含有2个风电机组，每个风电机组由风力机、发电机、机侧换流器、网侧换流器、LC滤波器、升压变压器依次连接组成。整流站包括交流滤波器和二极管不控整流器。逆变站包括模块化多电平换流器。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例一提供的一种海上风电机组构网型控制方法的步骤流程图。

本发明实施例一提供的一种海上风电机组构网型控制方法，包括：

步骤101、当接收到风电机组对应的运行数据和电压控制器轴数据时，通过电压幅值控制器和无功功率控制器采用运行数据进行数据转换，生成风电机组对应的交流电压幅值指令值和交流电压频率。

运行数据是指海上风电机组在运行时对应的全部数据，包括风电机组换流器直流电压实际值、风电机组输出无功功率实际值、风电机组换流器直流电压指令值和风电机组输出无功功率指令值。

电压控制器轴数据是指电压控制器各轴对应的运行数据，包括第一轴电压实际值和第二轴电压实际值。

在本发明实施例中，若接收到风电机组对应的运行数据和电压控制器轴数据，则计算风电机组换流器直流电压实际值与风电机组换流器直流电压指令值之间的差值，生成换流器直流电压差值。并计算风电机组输出无功功率实际值与风电机组输出无功功率指令值之间的差值，生成无功功率差值。通过电压幅值控制器采用比例积分环节串联超前滞后环节对换流器直流电压差值进行转换，生成风电机组对应的交流电压幅值指令值。通过无功功率控制器采用比例微分环节串联超前滞后环节对无功功率差值进行转换，生成风电机组对应的频率偏差，然后，计算频率偏差与对应的额定频率之间的和值，生成风电机组对应的交流电压频率。

步骤102、通过电压控制器和电流控制器采用交流电压幅值指令值和电压控制器轴数据进行差值控制转换，生成风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值。

在本发明实施例中，通过将交流电压幅值指令值作为第一轴电压指令值，并计算第一轴电压指令值与第一轴电压实际值之间的差值，生成第一轴电压指令差值。按照预设指令阈值，设置第二轴电压指令值，并计算第二轴电压指令值与第二轴电压实际值之间的差值，生成第二轴电压指令差值。通过将第一轴电压指令差值依次通过电压控制器和电流控制器进行差值控制转换，生成风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值。通过将第二轴电压指令差值依次通过电压控制器和电流控制器进行差值控制转换，生成风电机组对应的第二轴阀侧电压指令值。

步骤103、将交流电压频率进行积分，生成风电机组对应的网侧换流器参考相位。

在本发明实施例中，通过将交流电压频率f进行积分变换，从而得到风电机组的网侧换流器参考相位。其中，将交流电压频率f进行积分变换所采用的积分公式为：

；

式中，为网侧换流器参考相位；f为交流电压频率。

步骤104、采用网侧换流器参考相位对第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值进行转换操作，生成风电机组对应的网侧换流器控制指令。

在本发明实施例中，通过采用网侧换流器参考相位对第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值进行坐标转换，生成三相阀侧电压指令值。然后将三相阀侧电压指令值进行脉冲宽度调制，生成风电机组对应的网侧换流器控制指令。

在本发明实施例中，通过当接收到风电机组对应的运行数据和电压控制器轴数据时，通过电压幅值控制器和无功功率控制器采用运行数据进行数据转换，生成风电机组对应的交流电压幅值指令值和交流电压频率。通过电压控制器和电流控制器采用交流电压幅值指令值和电压控制器轴数据进行差值控制转换，生成风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值。将交流电压频率进行积分，生成风电机组对应的网侧换流器参考相位，然后采用网侧换流器参考相位对第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值进行转换操作，生成风电机组对应的网侧换流器控制指令。解决了现有的海上风电机组构网型控制方法需要同时改变常规跟网型风电机组机侧换流器和网侧换流器的控制策略，实施复杂，导致可靠性低的技术问题。通过电压幅值控制器能够同时控制风电机组换流器直流电压和风电机组输出交流电压幅值，使构网型风电机组的机侧换流器仍然可以沿用常规跟网型风电机组机侧换流器的控制策略，该控制实施简单、可靠性高。

请参阅图3和图4，图3为本发明实施例二提供的一种海上风电机组构网型控制方法的步骤流程图；图4为本发明实施例二提供的海上风电机组构网型控制方法的流程框图即风电机组网侧换流器的控制***原理示意图。

本发明实施例二提供的另一种海上风电机组构网型控制方法的步骤流程图，包括：

步骤301、当接收到风电机组对应的运行数据和电压控制器轴数据时，通过电压幅值控制器和无功功率控制器采用运行数据进行数据转换，生成风电机组对应的交流电压幅值指令值和交流电压频率。

进一步地，运行数据包括风电机组换流器直流电压实际值、风电机组输出无功功率实际值、风电机组换流器直流电压指令值和风电机组输出无功功率指令值，步骤301可以包括以下子步骤S11-S15：

S11、计算风电机组换流器直流电压实际值与风电机组换流器直流电压指令值之间的差值，生成换流器直流电压差值。

S12、计算风电机组输出无功功率实际值与风电机组输出无功功率指令值之间的差值，生成无功功率差值。

S13、通过电压幅值控制器采用比例积分环节串联超前滞后环节对换流器直流电压差值进行转换，生成风电机组对应的交流电压幅值指令值。

比例积分环节串联超前滞后环节对应的第一传递函数为：

；

其中，为第一比例系数；/>为积分环节时间常数；/>为拉普拉斯算子；/>为第一超前环节时间常数；/>为第二滞后环节时间常数；且/>和/>中的n=1，2，3，4。

S14、通过无功功率控制器采用比例微分环节串联超前滞后环节对无功功率差值进行转换，生成风电机组对应的频率偏差。

比例微分环节串联超前滞后环节对应的第二传递函数为：

；

其中，其中为第二比例系数；/>为微分环节时间常数；/>为拉普拉斯算子；为第二超前环节时间常数；/>为第二滞后环节时间常数；且/>和/>中的n=1，2，3，4。

S15、计算频率偏差与对应的额定频率之间的和值，生成风电机组对应的交流电压频率。

在本发明实施例中，电压幅值控制器又称直流电压-交流电压幅值控制器。无功功率控制器又称输入无功功率-频率控制器。通过计算风电机组换流器直流电压实际值与风电机组换流器直流电压指令值之间的差值，从而确定风电机组对应的换流器直流电压差值。通过计算风电机组输出无功功率实际值与风电机组输出无功功率指令值之间的差值，从而确定风电机组对应的无功功率差值。

如图5所示，将换流器直流电压差值输入电压幅值控制器即输入直流电压-交流电压幅值控制器，直流电压-交流电压幅值控制器采用比例积分环节串联超前滞后环节将换流器直流电压差值转换为风电机组输出交流电压幅值指令值/>。即通过第一传递函数将换流器直流电压差值转换为风电机组输出交流电压幅值指令值/>。

如图6所示，无功功率差值输入无功功率控制器即输入无功功率-频率控制器。无功功率-频率控制器采用比例积分环节串联超前滞后环节将无功功率差值转换为风电机组对应的频率偏差/>，即通过第二传递函数将将无功功率差值转换为风电机组对应的频率偏差/>。将频率偏差/>与对应的额定功率/>相加，即可得到风电机组对应的交流电压频率f。

步骤302、通过电压控制器和电流控制器采用交流电压幅值指令值和电压控制器轴数据进行差值控制转换，生成风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值。

进一步地，电压控制器轴数据包括第一轴电压实际值和第二轴电压实际值，步骤302可以包括以下子步骤S21-S26：

S21、将交流电压幅值指令值作为第一轴电压指令值。

S22、计算第一轴电压指令值与第一轴电压实际值之间的差值，生成第一轴电压指令差值。

S23、按照预设指令阈值，设置第二轴电压指令值。

S24、计算第二轴电压指令值与第二轴电压实际值之间的差值，生成第二轴电压指令差值。

S25、将第一轴电压指令差值依次通过电压控制器和电流控制器进行差值控制转换，生成风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值。

S26、将第二轴电压指令差值依次通过电压控制器和电流控制器进行差值控制转换，生成风电机组对应的第二轴阀侧电压指令值。

预设指令阈值是指基于实际需要将第二轴电压指令值设置为指定数值，预设指令阈值通常为0，即。

第一轴电压实际值又称d轴电压实际值，第二电压实际值又称q轴电压实际值。第一轴阀侧电压指令值又称d轴阀侧电压指令值，第二轴阀侧电压指令值又称q轴阀侧电压指令值。

在本发明实施例中，将交流电压幅值指令值作为第一轴电压指令值即令d轴电压指令值。将第二轴电压指令值设置为预设指令阈值即q轴电压指令值/>。

计算第二轴电压指令值与第二轴电压实际值/>之间的差值，得到第一轴电压指令差值/>。计算第二轴电压指令值与第二轴电压实际值之间的差值，得到第二轴电压指令差值/>。

将第一轴电压指令差值和第二轴电压指令差值/>依次经过电压控制器和电流控制器的控制转换，得到风电机组对应的d轴阀侧电压指令值/>和q轴阀侧电压指令值/>。

步骤303、将交流电压频率进行积分，生成风电机组对应的网侧换流器参考相位。

在本发明实施例中，步骤303的具体实施过程与步骤103类似，在此不再赘述。

步骤304、采用网侧换流器参考相位对第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值进行坐标转换，生成三相阀侧电压指令值。

在本发明实施例中，对风电机组输出交流电压频率f进行积分变换得到风电机组网侧换流器参考相位，利用/>对/>和/>进行坐标变换得到abc坐标系下的三相阀侧电压指令值/>。

步骤305、将三相阀侧电压指令值进行脉冲宽度调制，生成风电机组对应的网侧换流器控制指令。

在本发明实施例中，将三相阀侧电压指令值通过PWM调制后，即可生成风电机组对应的网侧换流器控制指令，从而控制风电机组网侧换流器中的换流元件。

假设基于二极管不控整流的海上风电送出***的***参数如表1至表5所示。

/>

在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建相应的仿真平台，对风电机组#1和风电机组#2的风速波动进行仿真。在t=2.0s之前，两台风电机组已经在额定风速12m/s下稳定运行；假设在t=2.0s时，风电机组#1和风电机组#2的风速由12m/s阶跃下降至11m/s。图7和图8给出了风电机组输出有功功率、风电机组输出无功功率、风电机组输出交流电压频率的仿真结果，图9和图10给出了整流站交流母线电压有效值、二极管不控整流器吸收有功功率，无功功率的仿真结果，图11和图12给出直流输电***直流电压和直流输电***直流电流的仿真结果，由图可见，在t=2.0s之后，两台风电机组保持稳定运行，因此，仿真结果证明了本发明实施例提供的控制方法可靠性高。

在本发明实施例中，当接收到风电机组对应的运行数据和电压控制器轴数据时，通过电压幅值控制器采用比例积分环节串联超前滞后环节对换流器直流电压差值进行转换，生成风电机组对应的交流电压幅值指令值/>。通过无功功率控制器采用比例微分环节串联超前滞后环节对无功功率差值/>进行转换，生成风电机组对应的频率偏差f。令电压控制器的d轴电压指令值/>、q轴电压指令值/>，将的差值和/>的差值依次经过电压控制器和电流控制器的控制转换得到d轴阀侧电压指令值/>和q轴阀侧电压指令值/>。对风电机组输出交流电压频率f进行积分变换得到风电机组网侧换流器参考相位/>，利用/>对/>和/>进行坐标变换得到abc坐标系下的三相阀侧电压指令值/>，将/>通过PWM调制后，生成风电机组对应的网侧换流器控制指令，从而触发信号控制风电机组网侧换流器中的换流元件。通过直流电压-交流电压幅值控制器即电压幅值控制器能够同时控制风电机组换流器直流电压和风电机组输出交流电压幅值，使构网型风电机组的机侧换流器仍然可以沿用常规跟网型风电机组机侧换流器的控制策略，该控制实施简单、可靠性高，对风电机组的构网型控制具有指导作用。且本发明适用于基于二极管不控整流的海上风电送出***，无需附加额外的支撑电压源设备，能够降低***的投资和运维成本，在实际工程中有巨大的应用价值。

请参阅图13，图13本发明实施例三提供的一种海上风电机组构网型控制***的结构框图。

本发明实施例三提供一种海上风电机组构网型控制***，包括：

交流电压幅值指令值和交流电压频率生成模块1301，用于当接收到风电机组对应的运行数据和电压控制器轴数据时，通过电压幅值控制器和无功功率控制器采用运行数据进行数据转换，生成风电机组对应的交流电压幅值指令值和交流电压频率。

第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值生成模块1302，用于通过电压控制器和电流控制器采用交流电压幅值指令值和电压控制器轴数据进行差值控制转换，生成风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值。

网侧换流器参考相位生成模块1303，用于将交流电压频率进行积分，生成风电机组对应的网侧换流器参考相位。

网侧换流器控制指令生成模块1304，用于采用网侧换流器参考相位对第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值进行转换操作，生成风电机组对应的网侧换流器控制指令。

可选地，运行数据包括风电机组换流器直流电压实际值、风电机组输出无功功率实际值、风电机组换流器直流电压指令值和风电机组输出无功功率指令值；交流电压幅值指令值和交流电压频率生成模块1301包括：

换流器直流电压差值生成模块，用于计算风电机组换流器直流电压实际值与风电机组换流器直流电压指令值之间的差值，生成换流器直流电压差值。

无功功率差值生成模块，用于计算风电机组输出无功功率实际值与风电机组输出无功功率指令值之间的差值，生成无功功率差值。

交流电压幅值指令值生成模块，用于通过电压幅值控制器采用比例积分环节串联超前滞后环节对换流器直流电压差值进行转换，生成风电机组对应的交流电压幅值指令值。

比例积分环节串联超前滞后环节对应的第一传递函数为：

；

其中，为第一比例系数；/>为积分环节时间常数；/>为拉普拉斯算子；/>为第一超前环节时间常数；/>为第二滞后环节时间常数。

频率偏差生成模块，用于通过无功功率控制器采用比例微分环节串联超前滞后环节对无功功率差值进行转换，生成风电机组对应的频率偏差。

比例微分环节串联超前滞后环节对应的第二传递函数为：

；

其中，其中为第二比例系数；/>为微分环节时间常数；/>为拉普拉斯算子；为第二超前环节时间常数；/>为第二滞后环节时间常数。/>

交流电压频率生成模块，用于计算频率偏差与对应的额定频率之间的和值，生成风电机组对应的交流电压频率。

可选地，电压控制器轴数据包括第一轴电压实际值和第二轴电压实际值；第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值生成模块1302包括：

第一轴电压指令值设置模块，用于将交流电压幅值指令值作为第一轴电压指令值。

第一轴电压指令差值生成模块，用于计算第一轴电压指令值与第一轴电压实际值之间的差值，生成第一轴电压指令差值。

第二轴电压指令值设置模块，用于按照预设指令阈值，设置第二轴电压指令值。

第二轴电压指令差值生成模块，用于计算第二轴电压指令值与第二轴电压实际值之间的差值，生成第二轴电压指令差值。

第一轴阀侧电压指令值生成模块，用于将第一轴电压指令差值依次通过电压控制器和电流控制器进行差值控制转换，生成风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值。

第二轴阀侧电压指令值生成模块，用于将第二轴电压指令差值依次通过电压控制器和电流控制器进行差值控制转换，生成风电机组对应的第二轴阀侧电压指令值。

可选地，网侧换流器控制指令生成模块1304包括：

三相阀侧电压指令值生成模块，用于采用网侧换流器参考相位对第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值进行坐标转换，生成三相阀侧电压指令值。

网侧换流器控制指令生成子模块，用于将三相阀侧电压指令值进行脉冲宽度调制，生成风电机组对应的网侧换流器控制指令。

本发明实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括：存储器及处理器，存储器中储存有计算机程序；计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如上述任一实施例的海上风电机组构网型控制方法。

存储器可以是诸如闪存、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器具有用于执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码的存储空间。例如，用于程序代码的存储空间可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘（CD）、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。这些代码当由计算处理设备运行时，导致该计算处理设备执行上面所描述的海上风电机组构网型控制方法中的各个步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的海上风电机组构网型控制方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种海上风电机组构网型控制方法，其特征在于，包括：

当接收到风电机组对应的运行数据和电压控制器轴数据时，通过电压幅值控制器和无功功率控制器采用所述运行数据进行数据转换，生成所述风电机组对应的交流电压幅值指令值和交流电压频率；

通过电压控制器和电流控制器采用所述交流电压幅值指令值和所述电压控制器轴数据进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值；

将所述交流电压频率进行积分，生成所述风电机组对应的网侧换流器参考相位；

采用所述网侧换流器参考相位对所述第一轴阀侧电压指令值和所述第二轴阀侧电压指令值进行转换操作，生成所述风电机组对应的网侧换流器控制指令；

所述运行数据包括风电机组换流器直流电压实际值、风电机组输出无功功率实际值、风电机组换流器直流电压指令值和风电机组输出无功功率指令值；所述通过电压幅值控制器和无功功率控制器采用所述运行数据进行数据转换，生成所述风电机组对应的交流电压幅值指令值和交流电压频率的步骤，包括：

计算所述风电机组换流器直流电压实际值与所述风电机组换流器直流电压指令值之间的差值，生成换流器直流电压差值；

计算所述风电机组输出无功功率实际值与所述风电机组输出无功功率指令值之间的差值，生成无功功率差值；

通过电压幅值控制器采用比例积分环节串联超前滞后环节对所述换流器直流电压差值进行转换，生成所述风电机组对应的交流电压幅值指令值；

所述比例积分环节串联超前滞后环节对应的第一传递函数为：

；

其中，为第一比例系数；/>为积分环节时间常数；/>为拉普拉斯算子；/>为第一超前环节时间常数；/>为第一滞后环节时间常数；

通过无功功率控制器采用比例微分环节串联超前滞后环节对所述无功功率差值进行转换，生成所述风电机组对应的频率偏差；

所述比例微分环节串联超前滞后环节对应的第二传递函数为：

；

其中，为第二比例系数；/>为微分环节时间常数；/>为拉普拉斯算子；/>为第二超前环节时间常数；/>为第二滞后环节时间常数；

计算所述频率偏差与对应的额定频率之间的和值，生成所述风电机组对应的交流电压频率。

2.根据权利要求1所述的海上风电机组构网型控制方法，其特征在于，所述电压控制器轴数据包括第一轴电压实际值和第二轴电压实际值；所述通过电压控制器和电流控制器采用所述交流电压幅值指令值和所述电压控制器轴数据进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值的步骤，包括：

将所述交流电压幅值指令值作为第一轴电压指令值；

计算所述第一轴电压指令值与所述第一轴电压实际值之间的差值，生成第一轴电压指令差值；

按照预设指令阈值，设置第二轴电压指令值；

计算所述第二轴电压指令值与所述第二轴电压实际值之间的差值，生成第二轴电压指令差值；

将所述第一轴电压指令差值依次通过电压控制器和电流控制器进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值；

将所述第二轴电压指令差值依次通过所述电压控制器和所述电流控制器进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第二轴阀侧电压指令值。

3.根据权利要求1所述的海上风电机组构网型控制方法，其特征在于，所述采用所述网侧换流器参考相位对所述第一轴阀侧电压指令值和所述第二轴阀侧电压指令值进行转换操作，生成所述风电机组对应的网侧换流器控制指令的步骤，包括：

采用所述网侧换流器参考相位对所述第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值进行坐标转换，生成三相阀侧电压指令值；

将所述三相阀侧电压指令值进行脉冲宽度调制，生成所述风电机组对应的网侧换流器控制指令。

4.一种海上风电机组构网型控制***，其特征在于，包括：

交流电压幅值指令值和交流电压频率生成模块，用于当接收到风电机组对应的运行数据和电压控制器轴数据时，通过电压幅值控制器和无功功率控制器采用所述运行数据进行数据转换，生成所述风电机组对应的交流电压幅值指令值和交流电压频率；

第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值生成模块，用于通过电压控制器和电流控制器采用所述交流电压幅值指令值和所述电压控制器轴数据进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值；

网侧换流器参考相位生成模块，用于将所述交流电压频率进行积分，生成所述风电机组对应的网侧换流器参考相位；

网侧换流器控制指令生成模块，用于采用所述网侧换流器参考相位对所述第一轴阀侧电压指令值和所述第二轴阀侧电压指令值进行转换操作，生成所述风电机组对应的网侧换流器控制指令；

所述运行数据包括风电机组换流器直流电压实际值、风电机组输出无功功率实际值、风电机组换流器直流电压指令值和风电机组输出无功功率指令值；所述交流电压幅值指令值和交流电压频率生成模块包括：

换流器直流电压差值生成模块，用于计算所述风电机组换流器直流电压实际值与所述风电机组换流器直流电压指令值之间的差值，生成换流器直流电压差值；

无功功率差值生成模块，用于计算所述风电机组输出无功功率实际值与所述风电机组输出无功功率指令值之间的差值，生成无功功率差值；

交流电压幅值指令值生成模块，用于通过电压幅值控制器采用比例积分环节串联超前滞后环节对所述换流器直流电压差值进行转换，生成所述风电机组对应的交流电压幅值指令值；

所述比例积分环节串联超前滞后环节对应的第一传递函数为：

；

其中，为第一比例系数；/>为积分环节时间常数；/>为拉普拉斯算子；/>为第一超前环节时间常数；/>为第一滞后环节时间常数；

频率偏差生成模块，用于通过无功功率控制器采用比例微分环节串联超前滞后环节对所述无功功率差值进行转换，生成所述风电机组对应的频率偏差；

所述比例微分环节串联超前滞后环节对应的第二传递函数为：

；

其中，为第二比例系数；/>为微分环节时间常数；/>为拉普拉斯算子；/>为第二超前环节时间常数；/>为第二滞后环节时间常数；

交流电压频率生成模块，用于计算所述频率偏差与对应的额定频率之间的和值，生成所述风电机组对应的交流电压频率。

5.根据权利要求4所述的海上风电机组构网型控制***，其特征在于，所述电压控制器轴数据包括第一轴电压实际值和第二轴电压实际值；所述第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值生成模块包括：

第一轴电压指令值设置模块，用于将所述交流电压幅值指令值作为第一轴电压指令值；

第一轴电压指令差值生成模块，用于计算所述第一轴电压指令值与所述第一轴电压实际值之间的差值，生成第一轴电压指令差值；

第二轴电压指令值设置模块，用于按照预设指令阈值，设置第二轴电压指令值；

第二轴电压指令差值生成模块，用于计算所述第二轴电压指令值与所述第二轴电压实际值之间的差值，生成第二轴电压指令差值；

第一轴阀侧电压指令值生成模块，用于将所述第一轴电压指令差值依次通过电压控制器和电流控制器进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第一轴阀侧电压指令值；

第二轴阀侧电压指令值生成模块，用于将所述第二轴电压指令差值依次通过所述电压控制器和所述电流控制器进行差值控制转换，生成所述风电机组对应的第二轴阀侧电压指令值。

6.根据权利要求4所述的海上风电机组构网型控制***，其特征在于，所述网侧换流器控制指令生成模块包括：

三相阀侧电压指令值生成模块，用于采用所述网侧换流器参考相位对所述第一轴阀侧电压指令值和第二轴阀侧电压指令值进行坐标转换，生成三相阀侧电压指令值；

网侧换流器控制指令生成子模块，用于将所述三相阀侧电压指令值进行脉冲宽度调制，生成所述风电机组对应的网侧换流器控制指令。

7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-3任一项所述的海上风电机组构网型控制方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1-3任一项所述的海上风电机组构网型控制方法。