CN117955166A - 风电变流器的构网控制方法及风电变流器*** - Google Patents

风电变流器的构网控制方法及风电变流器*** Download PDF

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CN117955166A CN202310617808.3A CN202310617808A CN117955166A CN 117955166 A CN117955166 A CN 117955166A CN 202310617808 A CN202310617808 A CN 202310617808A CN 117955166 A CN117955166 A CN 117955166A
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Abstract

本申请提供一种风电变流器的构网控制方法及风电变流器***。风电变流器包括直流侧并联连接的机侧变流器、网侧变流器，网侧变流器包含交流滤波器。机侧变流器保持常规交流电流控制策略不变，网侧变流器同时控制其直流电压和交流电压。网侧变流器将直流电压控制环输出作为网侧电流d轴正序分量目标值，利用正负序电压分别定向矢量控制方法，分别对交流滤波器的电容支路电压、电流和网侧电流的正负序分量进行闭环控制。利用交流滤波器的电容支路电压和直流电压幅值控制环，修正机侧电流指令值，平衡机侧与网侧之间的功率传输。本申请保持机侧控制策略不变，仅通过修改网侧控制算法实现风机构网，可在网侧不平衡下持续运行，提升风机的电网支撑能力。

Description

风电变流器的构网控制方法及风电变流器***
技术领域
本申请涉及电力电子变流技术领域，具体而言，涉及一种风电变流器构网的控制方法及风电变流器***。
背景技术
风力发电作为目前最具开发前景的可再生能源类型之一，已成为我国除火电和水电以外的第三大电源。受资源禀赋限制，我国的大规模风电基地通常位于风力资源丰富、但与主电网电气距离较远的地区，容易形成弱电网并网环境，而该运行工况会给***安全稳定运行带来严峻挑战。
风电变流器的传统控制方法为电流源跟网型控制方式，此类方法在弱电网中的稳定运行以及构建和支撑电网方面的能力有限，无法满足未来新型电力***对新能源的要求。鉴于此，以模拟同步发电机并网和运行特性为主要特点的电压源风电变流器构网控制技术得到广泛关注。风电变流器通常采用背靠背AC-DC-AC拓扑结构，在传统控制算法架构中，网侧变流器控制直流电压，机侧变流器接受风机主控下发的指令，实现最大风能追踪控制(Maximum Power Point Tracking control，MPPT)。现有风电变流器构网控制策略为使网侧变流器具备电网构建和支撑功能，需要由机侧变流器来控制直流电压，并将部分风机主控功能下放至网侧变流器的控制算法当中，这就需要对现有风电变流器控制算法架构进行大幅调整，不利于对已有风电机组进行构网型控制算法升级改造。
鉴于此，亟需一种新的风电变流器构网控制方法，在较大程度保持原有控制算法架构的前提下，实现构网功能，提升风电变流器电网支撑能力，并便于进行已有风电机组升级改造。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提出一种风电变流器的构网控制方法及风电变流器***。
根据本申请的第一方面，本申请的至少一个实施例提供了一种风电变流器构网控制方法，所述风电变流器包括控制装置和直流侧并联连接的机侧变流器、网侧变流器，所述网侧变流器的交流端连接于公共连接点，所述网侧变流器包含交流滤波器，其特征在于，所述构网控制方法用于所述控制装置，所述构网控制方法包括：
根据所述网侧变流器的直流电压、所述网侧变流器的网侧电流、所述交流滤波器电容支路的电压和电流的指令值和实际值，生成网侧参考电压值；
根据所述网侧变流器的直流电压幅值和所述交流滤波器的电容支路正序电压幅值，生成所述机侧变流器的q轴电流修正量指令值，平衡所述机侧变流器与所述网侧变流器之间的有功功率传输。
根据本申请的第二方面，本申请的至少一个实施例提供了一种风电变流器，所述风电变流器采用AC/DC和DC/AC的背靠背架构，所述风电变流器包括：直流侧并联连接的机侧变流器和网侧变流器，所述网侧变流器包含交流滤波器；所述网侧变流器的交流端连接于所述公共连接点；控制装置用于执行如第一方面所述的方法，以构建或支撑公共连接点的电压，平衡所述机侧变流器与所述网侧变流器之间的有功功率传输。
根据本申请的第三方面，本申请的至少一个实施例提供了一种风电变流器***，所述风电变流器***包括至少两个如第二方面所述的风电变流器，其中：
所述至少两个风电变流器的网侧变流器交流端并联于所述公共连接点，向电网单元和负荷单元供电；
所述至少两个风电变流器在运行的情况下，通过下垂控制或者虚拟同步机算法确定运行的风电变流器中的交流滤波器的电容支路的电压指令值，以保证每台风电变流器按照容量比例向所述电网单元或者所述负荷单元输出功率。
例如，在本申请的一些实施例中，所述根据所述网侧变流器的直流电压、所述网侧变流器的网侧电流、所述交流滤波器的电容支路的电压和电流的指令值和实际值，生成网侧参考电压值，包括：
采集所述交流滤波器的电容支路的电压和电流以及所述网侧变流器的网侧电流和直流电压；
提取所述交流滤波器的电容支路的电压、所述交流滤波器的电容支路的电流和所述网侧电流的正负序分量；
根据所述直流电压、所述网侧电流的正负序分量、所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量和所述交流滤波器的电容支路电流的正负序分量的指令值和实际值，生成网侧参考电压值。
例如，在本申请的一些实施例中，所述根据所述网侧变流器的直流电压、所述网侧电流的正负序分量、所述交流滤波器电容的支路电压的正负序分量和所述交流滤波器的电容支路电流的正负序分量的指令值和实际值，生成网侧参考电压值，包括：
调节所述网侧变流器的直流电压的目标值与实际值之差，得到第一输出值；
将所述网侧电流的正负序分量中的d轴正序分量的指令值设置为所述第一输出值，将所述网侧电流的正负序分量中的q轴正序分量的指令值设置为所述网侧电流的正负序分量中的q轴正序分量的实际值，并将所述网侧电流的正负序分量中的d轴负序分量的指令值和q轴负序分量的指令值分别设置为零；
将所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量中的d轴负序分量的指令值和q轴负序分量的指令值分别设置为零；
调节所述网侧电流的正负序分量中的d轴正序分量的指令值、q轴正序分量的指令值、d轴负序分量的指令值和q轴负序分量的指令值与所述网侧电流dq轴的正负序分量之差，生成第二输出值；
调节所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量中的d轴正序分量的指令值、q轴正序分量的指令值、d轴负序分量的指令值和q轴负序分量的指令值与所述交流滤波器的电容支路电压dq轴的正负序分量之差，输出值作为所述交流滤波器的电容支路电流目标值，调节所述交流滤波器的电容支路电流目标值与所述交流滤波器的电容支路电流dq轴的正负序分量之差，生成第三输出值；
对所述第二输出值和所述第三输出值进行处理，生成所述网侧参考电压值。
例如，在本申请的一些实施例中，还包括：
根据工况对所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量中的d轴正序分量的指令值和q轴正负序分量的指令值赋值；或者
通过闭环控制、下垂控制和虚拟同步机算法中的至少一种产生所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量中的d轴正序分量的指令值和q轴正负序分量的指令值。
例如，在本申请的一些实施例中，包括：
以所述公共连接点的电压角频率正向旋转dq坐标系和反向旋转dq坐标系；
对所述网侧电流的正负序分量和正负序分量指令值中的正序分量在正向旋转的dq坐标系中进行控制，以及对所述网侧电流的正负序分量和正负序分量指令值中的负序分量在反向旋转的dq坐标系中进行控制，生成所述第二输出值；
对所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量和正负序分量指令值中的正序分量以及所述交流滤波器的电容支路电流的正负序分量中的正序分量在正向旋转的dq坐标系中进行控制，以及所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量和正负序分量指令值中的负序分量以及所述交流滤波器的电容支路电流的正负序分量中的负序分量在反向旋转的dq坐标系中进行控制，生成所述第三输出值。
例如，在本申请的一些实施例中，所述电压角频率为固定值，或者由下垂控制和/或虚拟同步机算法生成。
例如，在本申请的一些实施例中，所述对所述第二输出值和所述第三输出值进行处理，生成所述网侧参考电压值，包括：
对所述第二输出值和所述第三输出值中的正序分量中的d轴分量求和，得到第四输出值；
对所述第二输出值和所述第三输出值中的正序分量中的q轴分量求和，得到第五输出值；
对所述第二输出值和所述第三输出值中的负序分量中的d轴分量求和，得到第六输出值；
对所述第二输出值和所述第三输出值中的负序分量中的q轴分量求和，得到第七输出值；
通过正向逆旋转坐标变换将所述第四输出值和所述第五输出值转化为基于两相静止αβ坐标系的正序分量，通过反向逆旋转坐标变换将所述第六输出值和所述第七输出值转化为基于两相静止αβ坐标系的负序分量；
将α轴的正负序分量相加，β轴的正负序分量相加，获得所述网侧参考电压值。
例如，在本申请的一些实施例中，还包括：
根据所述机侧变流器的q轴电流修正量指令值、所述机侧变流器的交流电流的dq轴电流的指令值和实际值，生成机侧参考电压αβ轴分量；
根据所述机侧参考电压αβ轴分量生成所述机侧变流器驱动控制信号，以控制所述机侧变流器。
例如，在本申请的一些实施例中，所述风电变流器的机侧变流器连接发电机，所述根据所述机侧变流器的q轴电流修正量指令值和所述机侧变流器的交流电流的dq轴电流的指令值和实际值，生成机侧参考电压αβ轴分量，包括：
采集所述机侧变流器的交流电流；
提取所述发电机的转子位置电角度值；
基于所述转子位置电角度值，提取所述机侧变流器的交流电流的d轴电流和q轴电流的指令值和实际值；
根据所述q轴电流修正量指令值、所述机侧变流器的交流电流的d轴电流的实际值、d轴电流指令值、q轴电流的实际值与q轴电流指令值，生成所述机侧参考电压αβ轴分量。
例如，在本申请的一些实施例中，所述机侧变流器或所述网侧变流器包括两电平拓扑电路的电压源变流器或三电平拓扑电路的电压源变流器。
例如，在本申请的一些实施例中，所述交流滤波器包括LC滤波器、LCL滤波器或者串联连接的LC滤波器与变压器。
例如，在本申请的一些实施例中，所述风电变流器通过控制所述网侧变流器的所述交流滤波器的电容支路电压来构建或支撑公共连接点的电压。
通过上述示例实施例，本申请提供的一种风电变流器的构网控制方法，机侧变流器保持原有控制架构不变，网侧变流器同时控制其交流电压和直流电压，最大限度减小对现有控制架构的调整，便于推广应用和对已有风电机组进行构网功能升级改造。
通过上述示例实施例，本申请提供的一种风电变流器的构网控制方法，在网侧变流器采用正负序电压分别定向矢量控制方法，可有效应对三相交流***出现的不平衡，提高风电变流器的电网适应能力和持续运行能力。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，而不是对本申请的限制。
图1示出一示例性实施例的风电变流器的构网控制方法示意图；
图2示出一示例性实施例的机侧变流器的控制方法；
图3示出一示例性实施例的网侧变流器的控制方法；
图4A示出一示例性实施例的变流器示意图；
图4B示出示例性的变流器示意图的又一实施例；
图5A示出一示例性实施例的交流滤波器结构的示意图；
图5B示出示例性的交流滤波器结构示意图的又一实施例；
图5C示出示例性的交流滤波器结构示意图的又一实施例；
图6A示出一示例性实施例的正序分量指令值获取方法示意图；
图6B示出示例性的正序分量指令值获取方法示意图的又一实施例；
图7A示出一示例性实施例的闭环控制结构示意图；
图7B示出示例性的闭环控制结构示意图的又一实施例；
图7C示出示例性的闭环控制结构示意图的又一实施例；
图7D示出示例性的闭环控制结构示意图的又一实施例；
图7E示出示例性的闭环控制结构示意图的又一实施例；
图7F示出示例性的闭环控制结构示意图的又一实施例；
图8示出一示例性实施例的交流端电压参考值产生方法示意图；
图9示出一示例性实施例的风电变流器***示意图；
图10示出一示例性实施例的使用本申请提供的风电变流器构网控制方法后的波形示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。
图1示出一示例性实施例的风电变流器的构网控制方法示意图。
参见图1，风电变流器采用AC/DC+DC/AC背靠背结构，包括机侧变流器20、网侧变流器30和控制装置50。网侧变流器30的交流端连接于公共连接点。网侧变流器30包括交流滤波器40。风电变流器通过机侧变流器20与发电机10的定子侧绕组相连。机侧变流器20的直流正负极与网侧变流器30的直流正负极分别相连。网侧变流器30经交流滤波器40与电网单元和负荷单元在PCC点相连。
控制装置50用于执行风电变流器***的多目标控制方法，以构建或支撑公共连接点PCC点的电压，平衡机侧变流器20与网侧变流器30之间的有功功率传输。
根据一些实施例，如图1所示，风电变流器构网控制方法包括对机侧变流器进行控制和对网侧变流器进行控制。
如图2所示，机侧变流器控制方案与常规风电变流器机侧控制方案保持一致，在dq坐标系下利用转子位置定向矢量控制分别对发电机d轴和q轴电流id、iq进行控制，生成机侧参考电压矢量和/>对机侧变流器进行控制的方法包括：
在步骤S101中，采集机侧变流器的交流电流iabc。
在步骤S102中，通过编码器或者参数辨识算法提取发电机的转子位置电角度θr。
在步骤S103中，基于转子位置电角度值θr，通过Park坐标变换，提取机侧变流器交流电流iabc的dq轴分量的d轴电流实际值id、d轴电流指令值q轴电流实际值iq和q轴电流指令值/>
在步骤S104中，根据网侧变流器的直流电压幅值和滤波器电容支路正序电压，生成机侧变流器的q轴电流修正量指令值；根据机侧变流器的q轴电流修正量指令值和机侧变流器的交流电流的d轴电流和q轴电流的指令值和实际值，生成机侧参考电压αβ轴分量。
根据示例实施例，根据示例实施例，网侧变流器同时控制其直流电压和交流电压，其中控制直流电压的方法为：采集网侧变流器的直流电压幅值和滤波器电容支路电压幅值/>控制网侧变流器的直流电压幅值/>与直流电压实际值udc之差经过PI控制器，产生第一结果值。滤波器电容支路正序电压幅值/>与正序电压实际值ucamp之差经过PI控制器，产生第二结果值。第一结果值和第二结果值求和，生成机侧变流器的q轴电流修正量指令值/>以平衡机侧变流器与网侧变流器之间的有功功率传输。根据一些实施例，交流滤波器的电容支路正序电压幅值/>计算方式为：
滤波器电容支路正序电压ucamp计算方式为：
其中，ucdp、ucqp为交流滤波器的电容支路电压的d轴和q轴正序分量，为交流滤波器的电容支路电压的d轴正序分量指令值和q轴正序分量指令值。
根据一些实施例，通过风电变流器输出的有功功率和无功功率刻获取滤波器电容支路电压的d轴正序分量指令值和q轴正序分量指令值，如图6A所示和图6B所示，包括如下步骤：
采集风电变流器的有功功率P和无功功率Q。
根据有功功率P和无功功率Q，输出交流滤波器的电容支路的电压相位角指令值δ*和交流滤波器的电容支路正序电压幅值
如图6A所示，控制有功功率幅值P*与有功功率P之差经过PI控制器，得到相位角指令值δ*。将无功功率幅值Q*与无功功率Q之差经过PI控制器，得到滤波器电容支路正序电压幅值
如图6B所示，使用下垂控制算法调节有功功率幅值P*与有功功率P之差，得到相位角指令值δ*。使用下垂控制算法调节无功功率幅值Q*与无功功率Q之差，并将输出值与交流滤波器的电容支路正序电压设定值ucamp_set相加，得到交流滤波器的电容支路正序电压幅值
根据电压相位角指令值δ*和交流滤波器的电容支路正序电压幅值经三角函数计算获得交流滤波器的电容支路电压的正负序分量中的d轴正序分量的指令值/>和q轴正序分量的指令值/>
根据一些实施例，图6A和图6B中的风电变流器的最大风能捕获控制(MaximumPower Point Tracking control，MPPT)功能和无功分配功能均由风机主控实现。
根据一些实施例，MPPT算法通过获取机侧变流器q轴电流目标值实现，q轴电流目标值/>由风机主控下发，与传统风电变流器控制方案保持一致。
根据一些实施例，交流滤波器的电容支路的电压相位角指令值δ*和交流滤波器的电容支路正序电压幅值可自行设定，本申请仅以通过上述算法获取为例，但本申请不限于此。
控制q轴电流修正量指令值与q轴电流指令值/>之和q轴电流iq经过转子模块定向矢量控制模块，得到机侧参考电压q轴分量/>控制d轴电流指令值/>d轴电流id经过转子模块定向矢量控制模块，得到机侧参考电压d轴分量/>
控制机侧参考电压q轴分量机侧参考电压d轴分量/>和转子位置电角度值θr，通过正向逆旋转坐标变换，转化到两相静止αβ坐标系，生成机侧参考电压αβ轴分量/>
在步骤S105中，根据机侧参考电压αβ轴分量生成机侧变流器驱动控制信号，以控制机侧变流器。
根据示例实施例，通过PWM调制算法，使机侧参考电压αβ轴分量生成机侧变流器驱动控制信号，以控制机侧变流器，通过调整机侧变流器的输出功率，实现风电变流器内部有功功率平衡，稳定直流电压。
如图3所示，对网侧变流器控制方法是：在dq坐标系下，以直流电压udc和交流滤波器的电容支路电压dq轴正序分量为控制目标，生成网侧参考电压值和/>对网侧变流器进行控制的方法包括：
在步骤S201中，采集交流滤波器的电容支路电压ucabc、交流滤波器的电容支路电流ifabc、网侧变流器的网侧电流i2abc和直流电压udc。
根据示例实施例，网侧变流器同时控制其直流电压和交流电压，其中控制交流电压的方法为：采集交流滤波器的电容支路电压ucabc、交流滤波器的电容支路电流ifabc、网侧电流i2abc和直流电压udc。
在步骤S202中，对公共连接点电压角频率积分，得到电网电压相位角。
根据示例实施例，利用纯积分环节对公共连接点电压角频率ω0进行积分，生成电网电压相位角θ。
在步骤S203中，提取交流滤波器的电容支路的电压、交流滤波器的电容支路的电流和网侧电流的正负序分量。
根据示例实施例，利用正负序分解算法结合Park坐标变换，提取交流滤波器的电容支路电压ucabc、电流ifabc和网侧电流i2abc的dq轴正负序分量，得到交流滤波器的电容支路电压ucabc的dq轴正负序分量ucdp、ucqp、ucdn和ucqn，交流滤波器的电容支路电流ifabc的dq轴正负序分量ifdp、ifqp、ifdn和ifqn，网侧电流i2abc的dq轴正负序分量i2dp、i2qp、i2dn和i2qn。
在步骤S204中，控制直流电压udc，网侧电流的正负序分量i2dp、i2qp、i2dn和i2qn，交流滤波器的电容支路电压的正负序分量ucdp、ucqp、ucdn和ucqn，交流滤波器的电容支路电流的正负序分量ifdp、ifqp、ifdn和ifqn，生成网侧参考电压值和/>
根据示例实施例，控制直流电压目标值与直流电压实际值udc之差经过PI控制器，得到第一输出值，并将第一输出值作为网侧电流的正负序分量中的d轴正序分量的指令值/>设置网侧电流的正负序分量中的q轴正序分量的实际值i2qp作为网侧电流的正负序分量中的q轴正序分量的指令值/>设置网侧电流的正负序分量中的d轴负序分量的指令值/>和q轴负序分量的指令值/>为零。
使用正、负序电压分别定向矢量控制模块对网侧电流的正负序分量的指令值和/>与网侧电流的正负序分量i2dp、i2qp、i2dn和i2qn之差进行控制，得到第二输出值/>和/>
使用正、负序电压分别定向矢量控制模块对交流滤波器的电容支路电压的正负序分量指令值和/>与交流滤波器的电容支路电压的正负序分量ucdp、ucqp、ucdn和ucqn之差进行控制，输出值作为交流滤波器的电容支路电流的正负序分量的目标值和/>
将交流滤波器的电容支路电压的正负序分量指令值中的d轴负序分量的指令值和q轴负序分量的指令值/>设置为零。交流滤波器的电容支路电压的正负序分量指令值中的d轴正序分量的指令值/>和q轴正序分量的指令值/>根据具体工况进行赋值。
根据一些实施例，交流滤波器的电容支路电压的正负序分量中的d轴正序分量的指令值和q轴正负序分量的指令值根据工况进行赋值，或者通过闭环控制、下垂控制和虚拟同步机算法中的至少一种产生滤波器电容支路电压的正负序分量中的d轴正序分量的指令值和q轴正负序分量的指令值。
使用正、负序电压分别定向矢量控制模块对交流滤波器的电容支路电流的dq轴正负序分量的目标值和/>与交流滤波器的电容支路电流的dq轴正负序分量ifdp、ifqp、ifdn和ifqn之差进行控制，得到第三输出值/>和/>
使用参考电压矢量计算模块对第二输出值和/>第三输出值/>和/>进行控制，生成网侧参考电压值/>和/>
根据一些实施例，对网侧变流器的控制方法利用正、负序电压分别定向矢量控制方法分别对滤波器电容支路电压的dq轴正、负序分量、电流的dq轴正、负序分量和网侧电流的dq轴正、负序分量进行闭环控制，将闭环控制回路输出量送入参考电压矢量计算模块中，生成网侧参考电压值和/>
根据一些实施例，正、负序电压分别定向矢量控制方法包括：
以PCC点电压角频率ω0正向旋转dq坐标系和反向旋转dq坐标系：对被控对象的正序分量基于正向旋转dq坐标系进行控制；对被控对象的负序分量基于反向旋转dq坐标系进行控制。
根据一些实施例，PCC点的电压角频率可设置为常值，比如100πrad/s，也可通过有功功率下垂控制、虚拟同步机控制等算法设置为时变值。
图7A所示实施例为在正向旋转dq坐标系实施的对交流滤波器的电容支路的电压正序分量ucdp和ucqp闭环控制结构，d轴和q轴的最终输出量充当交流滤波器的电容支路电流正序分量的目标值和/>
图7B所示实施例为在正向旋转dq坐标系实施的对滤波器电容支路的电流正序分量ifdp和ifqp闭环控制结构，d轴和q轴的最终输出量充当网侧变流器构网电压正序分量指令值的修正量和/>
图7C所示实施例为在反向旋转dq坐标系实施的对交流滤波器的电容支路的电压负序分量ucdn和ucqn闭环控制结构，d轴和q轴的最终输出量充当交流滤波器的电容支路的电流负序分量的目标值和/>
图7D所示实施例为在反向旋转dq坐标系实施的对交流滤波器的电容支路的电流负序分量ifdn和ifqn闭环控制结构，d轴和q轴的最终输出量充当网侧变流器构网电压负序分量指令值的修正量和/>
图7E所示实施例为在正向旋转dq坐标系实施的对网侧电流的正序分量i2dp和i2qp闭环控制结构，d轴和q轴的最终输出量充当网侧变流器构网电压正序分量指令值的主体部分和/>
图7F所示实施例为在反向旋转dq坐标系实施的对网侧电流的负序分量i2dn和i2qn闭环控制结构，d轴和q轴的最终输出量充当网侧变流器构网电压负序分量指令值的主体部分和/>
根据一些实施例，在图7A-图7F所示实施例中，其中的控制器均采用比例-积分控制器。其中的Cf和L1为交流滤波器的电容支路中的滤波电容Cf和电感L1的值。
根据示例实施例，参考电压矢量计算模块将电流控制回路输出量正、负序分量的d、q轴分量分别求和，并分别通过正向、反向逆旋转坐标变换将其转化为基于两相静止αβ坐标系的正、负序分量，分别将α轴、β轴的正序和负序分量相加，生成网侧参考电压值和
如图8所示，将网侧变流器构网电压正序分量指令值的主体部分和/>和网侧变流器构网电压正序分量指令值的修正量/>和/>分别相加，获得正序网侧变流器阀侧交流端电压dq轴参考值/>和/>将正序网侧变流器阀侧交流端电压dq轴参考值和/>通过逆旋转变换，生成基于两相静止αβ坐标系的正序网侧变流器阀侧交流端αβ轴参考值/>和/>
将网侧变流器构网电压负序分量指令值的主体部分和/>和网侧变流器构网电压负序分量指令值的修正量/>和/>分别相加，获得负序网侧变流器阀侧交流端dq轴参考值/>和/>将负序网侧变流器阀侧交流端dq轴参考值/>和/>通过逆旋转变换，生成基于两相静止αβ坐标系的负序网侧变流器阀侧交流端αβ轴参考值/>和
最后，正序网侧变流器阀侧交流端α轴参考值和/>和负序网侧变流器阀侧交流端α轴参考值/>相加，正序网侧变流器阀侧交流端β轴参考值/>和负序网侧变流器阀侧交流端β轴参考值/>相加，获得网侧变流器阀侧交流端电压参考值/>和/>
在步骤S205中，根据网侧参考电压值生成网侧变流器的驱动控制信号，以控制网侧变流器。
根据示例实施例，利用脉宽调制算法，根据网侧参考电压值产生网侧变流器的驱动控制信号，以控制网侧变流器。
根据示例实施例，本申请通过控制网侧变流器的交流滤波器的电容支路电压ucabc来构建或支撑PCC点电压ugabc。
本申请提供的一种风电变流器的构网控制方法，机侧变流器保持原有控制架构不变，网侧变流器同时控制其交流电压和直流电压，最大限度减小对现有控制架构的调整，便于推广应用和对已有风电机组进行构网功能升级改造。在网侧变流器采用正负序电压分别定向矢量控制方法，可有效应对三相交流***出现的不平衡，提高风电变流器的电网适应能力和持续运行能力。
根据一些实施例，机侧变流器或网侧变流器分别为两电平拓扑电路的电压源变流器或三电平拓扑电路的电压源变流器。
图4A所示的实施例为两电平变流器，图4B所示的实施例为基于二极管钳位的三电平变流器。
根据一些实施例，网侧变流器30的阀侧交流端通过滤波器电容支路40与负荷单元或电网单元在公共连接点PCC点相连。
图5A-图5C所示的实施例为交流滤波器的电路结构。
图5A所示的实施例为变流器阀侧交流端经LC滤波器与电网和负荷在PCC点相连。图5B所示的实施例为变流器阀侧交流端经LCL滤波器与电网和负荷在PCC点相连。图5C所示的实施例为变流器阀侧交流端经LC滤波器和变压器LT与电网和负荷在PCC点相连。变压器漏感LT与LCL滤波器网侧电抗器L2作用一致，因此，LC滤波器和变压器连接方式等效于LCL滤波器。
图9示出一示例性实施例的风电变流器***示意图。
如图9所示，风电变流器***包括至少两台风电变流器。各风电变流器的交流端均并联于PCC点，通过调节与风电变流器连接的交流滤波器的电容支路电压至目标值，使每台风电变流器按额定容量比例向外输出功率。
在图9所示的实施例中，n台不同或者相同容量的风电变流器网侧交流端均并联在PCC点，共同向电网单元和负荷单元供电。在风电变流器***运行时，每台风电变流器通过下垂控制或虚拟同步机算法等产生各自的交流滤波器的电容支路的电压指令值，从而使每台风电变流器按照容量比例向电网单元或负荷单元输出功率，避免小容量风电变流器出现过载现象。
图10示出一示例性实施例的使用本申请提供的风电变流器构网控制方法后的波形示意图。
如图10所示，从上到下、从左到右依次为PCC点三相交流电压Ua和Ub和Uc、变流器输出有功功率Pout、交流电压幅值指令值和实际值Ucref和Ucamp、直流电压Udc、机侧变流器q轴电流指令值Iqref_PM和修正量指令值△Iqref_PM。
当采用本申请提供的风电变流器构网控制方法时：在13s时刻，风电变流器交流侧纯电阻负荷由近似空载阶跃至0.2pu左右，经动态调节后PCC点三相交流电压、变流器直流电压均达到控制目标值并保持稳定。
在这个过程中，机侧变流器的q轴电流指令值Iqref_PM被变流器交、直流电压幅值控制环的输出量△Iqref_PM修正，实现对机侧变流器和网侧变流器传输有功功率的调节。
在16s时刻，交流电压幅值指令值由1.0pu阶跃至0.8pu，由于风电变流器交流侧负载为纯电阻负载，网侧变流器输出有功功率Pout降低至0.13pu左右。经动态调节后，变流器PCC点三相交流电压、直流电压等均达到控制目标并保持稳定，机侧变流器的q轴电流指令值Iqref_PM在整个过程中均跟随△Iqref_PM变化，平衡机侧与网侧之间的有功功率传输。
应清楚地理解，本申请描述了如何形成和使用特定示例，但本申请不限于这些示例的任何细节。相反，基于本申请公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。
此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本申请示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
以上具体地示出和描述了本申请的示例性实施例。应可理解的是，本申请不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本申请意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (14)

1.一种风电变流器构网控制方法，所述风电变流器包括控制装置和直流侧并联连接的机侧变流器、网侧变流器，所述网侧变流器的交流端连接于公共连接点，所述网侧变流器包含交流滤波器，其特征在于，所述构网控制方法用于所述控制装置，所述构网控制方法包括：
根据所述网侧变流器的直流电压、所述网侧变流器的网侧电流、所述交流滤波器电容支路的电压和电流的指令值和实际值，生成网侧参考电压值；
根据所述网侧变流器的直流电压幅值和所述交流滤波器的电容支路正序电压幅值，生成所述机侧变流器的q轴电流修正量指令值，平衡所述机侧变流器与所述网侧变流器之间的有功功率传输。
2.根据权利要求1所述的构网控制方法，其特征在于，所述根据所述网侧变流器的直流电压、所述网侧变流器的网侧电流、所述交流滤波器的电容支路的电压和电流的指令值和实际值，生成网侧参考电压值，包括：
采集所述交流滤波器的电容支路的电压和电流以及所述网侧变流器的网侧电流和直流电压；
提取所述交流滤波器的电容支路的电压、所述交流滤波器的电容支路的电流和所述网侧电流的正负序分量；
根据所述直流电压、所述网侧电流的正负序分量、所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量和所述交流滤波器的电容支路电流的正负序分量的指令值和实际值，生成网侧参考电压值。
3.根据权利要求2所述的构网控制方法，其特征在于，所述根据所述网侧变流器的直流电压、所述网侧电流的正负序分量、所述交流滤波器电容的支路电压的正负序分量和所述交流滤波器的电容支路电流的正负序分量的指令值和实际值，生成网侧参考电压值，包括：
调节所述网侧变流器的直流电压的目标值与实际值之差，得到第一输出值；
将所述网侧电流的正负序分量中的d轴正序分量的指令值设置为所述第一输出值，将所述网侧电流的正负序分量中的q轴正序分量的指令值设置为所述网侧电流的正负序分量中的q轴正序分量的实际值，并将所述网侧电流的正负序分量中的d轴负序分量的指令值和q轴负序分量的指令值分别设置为零；
将所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量中的d轴负序分量的指令值和q轴负序分量的指令值分别设置为零；
调节所述网侧电流的正负序分量中的d轴正序分量的指令值、q轴正序分量的指令值、d轴负序分量的指令值和q轴负序分量的指令值与所述网侧电流dq轴的正负序分量之差，生成第二输出值；
调节所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量中的d轴正序分量的指令值、q轴正序分量的指令值、d轴负序分量的指令值和q轴负序分量的指令值与所述交流滤波器的电容支路电压dq轴的正负序分量之差，输出值作为所述交流滤波器的电容支路电流目标值，调节所述交流滤波器的电容支路电流目标值与所述交流滤波器的电容支路电流dq轴的正负序分量之差，生成第三输出值；
对所述第二输出值和所述第三输出值进行处理，生成所述网侧参考电压值。
4.根据权利要求3所述的构网控制方法，其特征在于，还包括：
根据工况对所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量中的d轴正序分量的指令值和q轴正负序分量的指令值赋值；或者
通过闭环控制、下垂控制和虚拟同步机算法中的至少一种产生所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量中的d轴正序分量的指令值和q轴正负序分量的指令值。
5.根据权利要求3所述的构网控制方法，其特征在于，包括：
以所述公共连接点的电压角频率正向旋转dq坐标系和反向旋转dq坐标系；
对所述网侧电流的正负序分量和正负序分量指令值中的正序分量在正向旋转的dq坐标系中进行控制，以及对所述网侧电流的正负序分量和正负序分量指令值中的负序分量在反向旋转的dq坐标系中进行控制，生成所述第二输出值；
对所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量和正负序分量指令值中的正序分量以及所述交流滤波器的电容支路电流的正负序分量中的正序分量在正向旋转的dq坐标系中进行控制，以及所述交流滤波器的电容支路电压的正负序分量和正负序分量指令值中的负序分量以及所述交流滤波器的电容支路电流的正负序分量中的负序分量在反向旋转的dq坐标系中进行控制，生成所述第三输出值。
6.根据权利要求5所述的构网控制方法，其特征在于，所述电压角频率为固定值，或者由下垂控制和/或虚拟同步机算法生成。
7.根据权利要求3所述的构网控制方法，其特征在于，所述对所述第二输出值和所述第三输出值进行处理，生成所述网侧参考电压值，包括：
对所述第二输出值和所述第三输出值中的正序分量中的d轴分量求和，得到第四输出值；
对所述第二输出值和所述第三输出值中的正序分量中的q轴分量求和，得到第五输出值；
对所述第二输出值和所述第三输出值中的负序分量中的d轴分量求和，得到第六输出值；
对所述第二输出值和所述第三输出值中的负序分量中的q轴分量求和，得到第七输出值；
通过正向逆旋转坐标变换将所述第四输出值和所述第五输出值转化为基于两相静止αβ坐标系的正序分量，通过反向逆旋转坐标变换将所述第六输出值和所述第七输出值转化为基于两相静止αβ坐标系的负序分量；
将α轴的正负序分量相加，β轴的正负序分量相加，获得所述网侧参考电压值。
8.根据权利要求1所述的构网控制方法，其特征在于，还包括：
根据所述机侧变流器的q轴电流修正量指令值、所述机侧变流器的交流电流的dq轴电流的指令值和实际值，生成机侧参考电压αβ轴分量；
根据所述机侧参考电压αβ轴分量生成所述机侧变流器驱动控制信号，以控制所述机侧变流器。
9.根据权利要求8所述的构网控制方法，其特征在于，所述风电变流器的机侧变流器连接发电机，所述根据所述机侧变流器的q轴电流修正量指令值和所述机侧变流器的交流电流的dq轴电流的指令值和实际值，生成机侧参考电压αβ轴分量，包括：
采集所述机侧变流器的交流电流；
提取所述发电机的转子位置电角度值；
基于所述转子位置电角度值，提取所述机侧变流器的交流电流的d轴电流和q轴电流的指令值和实际值；
根据所述q轴电流修正量指令值、所述机侧变流器的交流电流的d轴电流的实际值、d轴电流指令值、q轴电流的实际值与q轴电流指令值，生成所述机侧参考电压αβ轴分量。
10.一种风电变流器，其特征在于，所述风电变流器采用AC/DC和DC/AC的背靠背架构，所述风电变流器包括：
直流侧并联连接的机侧变流器和网侧变流器，所述网侧变流器包含交流滤波器；
所述网侧变流器的交流端连接于所述公共连接点；
控制装置用于执行如权利要求1-9中任一项所述的方法，以构建或支撑公共连接点的电压，平衡所述机侧变流器与所述网侧变流器之间的有功功率传输。
11.根据权利要求10所述的风电变流器，其特征在于，所述机侧变流器或所述网侧变流器包括两电平拓扑电路的电压源变流器或三电平拓扑电路的电压源变流器。
12.根据权利要求10所述的风电变流器，其特征在于，所述交流滤波器包括LC滤波器、LCL滤波器或者串联连接的LC滤波器与变压器。
13.根据权利要求10所述的风电变流器，其特征在于，所述风电变流器通过控制所述网侧变流器的所述交流滤波器的电容支路电压来构建或支撑公共连接点的电压。
14.一种风电变流器***，其特征在于，所述风电变流器***包括至少两个如权利要求10-13中任一项所述的风电变流器，其中：
所述至少两个风电变流器的网侧变流器交流端并联于所述公共连接点，向电网单元和负荷单元供电；
所述至少两个风电变流器在运行的情况下，通过下垂控制或者虚拟同步机算法确定运行的风电变流器中的交流滤波器的电容支路的电压指令值，以保证每台风电变流器按照容量比例向所述电网单元或者所述负荷单元输出功率。
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