適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制方法，其包括步驟：測量微網(wǎng)中的各風(fēng)電模塊的交流電壓、交流電流和直流電壓；在微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時和微網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時，分別對各風(fēng)電模塊進(jìn)行有功控制和無功控制得到udg和uqg；根據(jù)得到的udg和uqg進(jìn)而得到三相逆變控制量uag、ubg、ucg；根據(jù)與各風(fēng)電模塊對應(yīng)的三相逆變控制量uag、ubg、ucg對各風(fēng)電模塊中的并網(wǎng)逆變單元進(jìn)行控制。相應(yīng)地，本發(fā)明還公開了一種適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制系統(tǒng)。
【專利說明】適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種風(fēng)電機(jī)組群的控制方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種風(fēng)電機(jī)組群的自平 衡控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對能源的需求不斷增長，世界范圍 內(nèi)煤、石油、天然氣等不可再生能源供應(yīng)持續(xù)緊張，人類正面臨著嚴(yán)峻的能源危機(jī)。同時因 為大量化石能源的使用產(chǎn)生了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，極端的天氣情況及其引發(fā)的自然 災(zāi)害不斷發(fā)生，人類的生存環(huán)境受到嚴(yán)重威脅。
[0003] 同時，由于當(dāng)前電力系統(tǒng)已發(fā)展成為集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離高壓輸電大型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這種"大機(jī)組、大電廠、大系統(tǒng)、高電壓"的超大規(guī)模電力系 統(tǒng)的弊端也日益顯現(xiàn)出來，如運(yùn)行和調(diào)控難度大、經(jīng)濟(jì)成本高、無法靈活地實(shí)時跟蹤負(fù)荷變 化、難以滿足用戶對電網(wǎng)可靠性和多樣化供電的高要求等。大型互聯(lián)電力系統(tǒng)中，如果發(fā)生 局部事故，則極易擴(kuò)散，導(dǎo)致大面積的停電，近年來世界范圍內(nèi)的各種大面積停電事故，暴 露了傳統(tǒng)大電網(wǎng)的脆弱性。
[0004] 鑒于上述問題，世界各國開始另辟蹊徑，以高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的新能源和可再生能 源為主的新型發(fā)電技術(shù)--基于分布式發(fā)電微電源的微網(wǎng)，作為大電網(wǎng)的補(bǔ)充，一方面降 低了網(wǎng)損，另一方面，有利于新能源的分布式利用。微網(wǎng)是未來電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)供 電的一個重要手段，是對大電網(wǎng)的有益和必要的補(bǔ)充。
[0005] 對我國而言，配電網(wǎng)建設(shè)滯后的問題長期存在，推廣微網(wǎng)的概念和應(yīng)用需要解決 大量的基礎(chǔ)科學(xué)理論問題，如微網(wǎng)的系統(tǒng)模型及運(yùn)行機(jī)理、微網(wǎng)在線調(diào)度與安全風(fēng)險評估、 微網(wǎng)的控制與保護(hù)、提高微網(wǎng)靈活運(yùn)行能力的關(guān)鍵技術(shù)等。在進(jìn)行這些科學(xué)問題的理論研 究的同時，需要建立微網(wǎng)試驗(yàn)平臺進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行測試，以對理論研究進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，并對理 論分析工作提供實(shí)際依據(jù)。
[0006] 大規(guī)模的微網(wǎng)接入對電網(wǎng)本身會造成沖擊，而且從微網(wǎng)本身包含波動性的微電 源，到與電網(wǎng)連接的切換等都與傳統(tǒng)電網(wǎng)不同。微網(wǎng)復(fù)雜的系統(tǒng)組成和靈活多變的運(yùn)行方 式，給其控制和保護(hù)帶來了巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。微網(wǎng)可包括分布式微電源、儲能設(shè)備、負(fù)荷等， 其控制地點(diǎn)遍及全網(wǎng)，控制手段多樣，如何設(shè)計考慮全網(wǎng)絡(luò)特性的分散靈活控制策略以實(shí) 現(xiàn)電能在微網(wǎng)與配網(wǎng)之間平滑存貯、安全調(diào)運(yùn)，是微網(wǎng)控制必須解決的難題。此外，微網(wǎng)需 要在孤網(wǎng)運(yùn)行時同樣穩(wěn)定運(yùn)行，包括對電壓、頻率的穩(wěn)定控制?；诜植际斤L(fēng)電的微網(wǎng)中， 各風(fēng)電機(jī)組之間存在相互影響，各風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)量存在差異，影響了微網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行的水 平。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制方法，該方法 能使得微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群自動實(shí)現(xiàn)孤網(wǎng)運(yùn)行下狀態(tài)量的一致性，達(dá)到風(fēng)電機(jī)組之間的頻 率、電壓平衡。
[0008] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制系統(tǒng)，該 系統(tǒng)可應(yīng)用上述方法達(dá)到上述功能。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制方 法，其包括步驟：
[0010] 測量微網(wǎng)中的各風(fēng)電模塊的交流電壓Uab。、交流電流iab。和直流電壓u d。；從交流電 壓uab。獲得交流電壓的幅值us、交流電的頻率f ;從交流電流iab。獲得交流電流的有功幅值 idg、無功幅值iqg ;由iqg和交流電壓的幅值us獲得無功功率的測量值Qg ;
[0011] 在微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時和微網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時，分別對各風(fēng)電模塊進(jìn)行有功控制和無功控 制：
[0012] 有功控制步驟包括：將第一值與直流電壓測量值ud。的差經(jīng)過外環(huán)比例積分控制 后輸出第一輸出值，將所述第一輸出值與i dg做差，其差值經(jīng)過內(nèi)環(huán)比例積分控制輸出第二 輸出值，將該第二輸出值與交流電壓幅值Us相加，得到u dg ;無功控制步驟包括：將第二值與 所述無功功率的測量值％的差經(jīng)過外環(huán)比例積分控制后輸出第三輸出值；將所述第三輸出 值與i qg做差，其差值經(jīng)過內(nèi)環(huán)比例積分后輸出Uqg ;
[0013] 將上述步驟得到的udg和uqg進(jìn)行dq/abc坐標(biāo)變換，得到三相逆變控制量u ag、ubg、 ucg ;dq/abc坐標(biāo)變換如下：
[0014]
【權(quán)利要求】
1. 一種適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制方法，其特征在于，包括步驟： 測量微網(wǎng)中的各風(fēng)電模塊的交流電壓uab。、交流電流iab。和直流電壓ud。；從交流電壓Uab。獲得交流電壓的幅值us、交流電的頻率f以及相位0 ;從交流電流iab。獲得交流電流的 有功幅值idg、無功幅值iqg ;由iqg和交流電壓的幅值us獲得無功功率的測量值Qg ; 在微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時和微網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時，分別對各風(fēng)電模塊進(jìn)行有功控制和無功控制： 有功控制步驟包括：將第一值與直流電壓測量值ud。的差經(jīng)過外環(huán)比例積分控制后輸 出第一輸出值，將所述第一輸出值與idg做差，其差值經(jīng)過內(nèi)環(huán)比例積分控制輸出第二輸出 值，將該第二輸出值與交流電壓幅值us相加，得到udg ;無功控制步驟包括：將第二值與所述 無功功率的測量值Qg的差經(jīng)過外環(huán)比例積分控制后輸出第三輸出值；將所述第三輸出值與 iqg做差，其差值經(jīng)過內(nèi)環(huán)比例積分后輸出uqg ; 將上述步驟得到的udg和Uqg進(jìn)行dq/abc坐標(biāo)變換,得到三相逆變控制量uag、ubg、ucg ;dq/abc坐標(biāo)變換如下：
根據(jù)與各風(fēng)電模塊對應(yīng)的三相逆變控制量uag、ubg、Uc;g對各風(fēng)電模塊中的并網(wǎng)逆變單元 進(jìn)行控制； 其中，當(dāng)微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時，所述第一值為直流電壓給定值U*d。，所述第二值為無功功率 的給定值Q*g ; 當(dāng)微網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時，所述第一值為直流電壓給定值U*d。與Sadfi-fp的和；所述第二 值為無功功率的給定值Q*g與2au(usi-usp的和，其中&和&分別為對應(yīng)第i個風(fēng)電模塊 和第j個風(fēng)電模塊的所述交流電的頻率f，usi、分別為對應(yīng)第i個風(fēng)電模塊和第j個風(fēng) 電模塊的所述交流電壓的幅值us，au表示第j個風(fēng)電模塊傳給第i個風(fēng)電模塊的信息所加 的權(quán)重。
2. 如權(quán)利要求1所述的適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制方法，其特征在于，％ 的確定方法為：以各風(fēng)電模塊的直流電壓測量值ud。與直流電壓給定值U*d。的能量差異之 和最小為目標(biāo)： mm
約束條件為：
以上述能量差異總和最小為目標(biāo)，根據(jù)約束條件，確定相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)aijt)
3. 如權(quán)利要求1所述的適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制方法，其特征在于，所 述內(nèi)環(huán)比例積分控制的比例系數(shù)為1 <比例系數(shù)< 10,內(nèi)環(huán)比例積分控制的積分系數(shù)為 0. 1 <積分系數(shù)< 1。
4. 如權(quán)利要求1所述的適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制方法，其特征在于，所 述外環(huán)比例積分控制的比例系數(shù)為0. 2 <比例系數(shù)< 1，外環(huán)比例積分控制的積分系數(shù)為 0. 01 <積分系數(shù)< 0. 1。
5. -種適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，包括微網(wǎng)系統(tǒng)，所述 微網(wǎng)系統(tǒng)通過開關(guān)連接于交流電網(wǎng)，所述微網(wǎng)系統(tǒng)包括若干個風(fēng)電模塊，各風(fēng)電模塊均包 括： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能輸出； 整流單元，其直流輸入端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端連接； 并網(wǎng)逆變單元，其直流母線與所述整流單元的直流輸出端連接，其交流輸出端與微網(wǎng) 系統(tǒng)的交流母線連接； 直流電壓檢測裝置，其與整流單元的直流輸出端連接，以檢測整流單元輸出的直流電 壓udc ; 交流電流檢測裝置，其串接于所述并網(wǎng)逆變單元的交流輸出端，以檢測其輸出的交流 電流iab。； 交流電壓檢測裝置，其與所述并網(wǎng)逆變單元的交流輸出端連接，以檢測其輸出的交流 電壓uab。； 控制器，其分別與所述直流電壓檢測裝置、交流電流檢測裝置和交流電壓檢測裝置連 接，所述控制器還與整流單元、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和并網(wǎng)逆變單元連接； 所述控制器在微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時和微網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時，對并網(wǎng)逆變單元進(jìn)行有功控制和無 功控制，其中在有功控制時：將第一值與ud。的差經(jīng)過外環(huán)比例積分控制后輸出第一輸出 值，將所述第一輸出值與根據(jù)iab。獲得交流電流的有功幅值idg做差，其差值經(jīng)過內(nèi)環(huán)比例 積分控制輸出第二輸出值，將該第二輸出值與根據(jù)交流電壓uab。獲得的交流電壓的幅值us 相加，得到Udg ;在無功控制時：將第二值與無功功率的測量值Qg的差經(jīng)過外環(huán)比例積分控 制后輸出第三輸出值；將所述第三輸出值與根據(jù)iab。獲得的交流電流的無功幅值iqg做差， 其差值經(jīng)過內(nèi)環(huán)比例積分后輸出uqg ;所述控制器根據(jù)udg和uqg得到三相逆變控制量uag、 ubg、& ;所述控制器根據(jù)三相逆變控制量uag、ubg、、對并網(wǎng)逆變單元進(jìn)行控制；其中，當(dāng)微 網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時，所述第一值為直流電壓給定值U*d。，所述第二值為無功功率的給定值Q*g; 當(dāng)微網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時，所述第一值為直流電壓給定值U*d。與2%況4)的和；所述第二值為 無功功率的給定值Q*g與2au(usi-usp的和，其中&和&分別為對應(yīng)第i個風(fēng)電模塊和第 j個風(fēng)電模塊的所述交流電的頻率f，usi、分別為對應(yīng)第i個風(fēng)電模塊和第j個風(fēng)電模 塊的所述交流電壓的幅值us，\表示第j個風(fēng)電模塊傳給第i個風(fēng)電模塊的信息所加的權(quán) 重； 所述若干個風(fēng)電模塊各自對應(yīng)的各控制器相互之間通訊連接。
6.如權(quán)利要求5所述的適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述控制器包括數(shù)字信號處理器。
7.如權(quán)利要求5所述的適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述直流電壓檢測裝置包括直流電壓傳感器。
8.如權(quán)利要求5所述的適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述交流電壓檢測裝置包括交流電壓互感器。
9.如權(quán)利要求5所述的適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述交流電流檢測裝置包括交流電流傳感器。
10. 如權(quán)利要求5所述的適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述內(nèi)環(huán)比例積分控制的比例系數(shù)為1 <比例系數(shù)< 10,內(nèi)環(huán)比例積分控制的積分系數(shù)為 0. 1 <積分系數(shù)< 1。
11. 如權(quán)利要求5所述的適用于微網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組群的自平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述外環(huán)比例積分控制的比例系數(shù)為0. 2 <比例系數(shù)< 1，外環(huán)比例積分控制的積分系數(shù)為 0. 01 <積分系數(shù)< 0. 1。
【文檔編號】H02J3/26GK104410087SQ201410692434
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】李廣林, 周海洋, 刁慕檀 申請人:上海載物能源科技有限公司