本發(fā)明屬于風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種雙饋變流器虛擬同步機無功調(diào)壓控制方法。

背景技術(shù)：

隨著大規(guī)模的風(fēng)能、太陽能等接入電網(wǎng)，以及能源使用效率的提高，電力系統(tǒng)正從以傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機為主轉(zhuǎn)向以新型電力電子設(shè)備為主的復(fù)雜巨系統(tǒng)。為應(yīng)對能源問題和環(huán)境壓力，社會對能源使用效率的要求不斷提高，以及風(fēng)能、太陽能等分布式能源正大規(guī)模地接入電網(wǎng)，如何保證這些新接入的分布式能源與電力系統(tǒng)兼容成為當(dāng)務(wù)之急。

在電力系統(tǒng)接入相量測量單元PMU可以實時在線監(jiān)測系統(tǒng)的運行情況，及時做出控制反應(yīng)，從而增加電網(wǎng)運行的安全性，這也是我國沒有發(fā)生過大面積停電事故的原因之一。但這只是一種被動的解決辦法，治標(biāo)不治本，不能徹底解決電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。

隨著分布式電源滲透率的不斷增加，未來的電力系統(tǒng)將由集中式的大電廠供電轉(zhuǎn)向分布式的小規(guī)模發(fā)電。因此，應(yīng)該有一種途徑讓這些新接入的電氣設(shè)備能夠主動參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，自動維護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。

虛擬同步機技術(shù)，使得并網(wǎng)逆變器能夠模擬同步發(fā)電機的運行機理、有功調(diào)頻以及無功調(diào)壓等特性，使并網(wǎng)逆變器從內(nèi)部運行機制和外部運行特性上可與傳統(tǒng)同步發(fā)電機一樣，能夠促進風(fēng)電、光伏發(fā)電上網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性，防止脫網(wǎng)。

具備有功調(diào)頻及無功調(diào)壓功能的雙饋變流器虛擬同步機，有助有風(fēng)電場電網(wǎng)電壓頻率及電壓的穩(wěn)定，成為一種技術(shù)趨勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種雙饋變流器虛擬同步機無功調(diào)壓控制方法，用于解決使用風(fēng)力發(fā)電無功功率控制精度低、響應(yīng)時間長的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種雙饋變流器虛擬同步機無功調(diào)壓控制方法，通過dq解耦方式分別形成d軸、q軸電流外環(huán)與d軸、q軸電壓內(nèi)環(huán)，在恒無功功率模式下，通過無功功率給定實時計算轉(zhuǎn)子電流值，然后將無功功率Q_ref的給定值與無功功率反饋值Q的差值與PI調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)子電流求和作為q軸電流外環(huán)的q軸轉(zhuǎn)子電流給定值i_-rq-ref，轉(zhuǎn)子電流計算公式為：

其中，i_rq-ref為轉(zhuǎn)子電流，Q_ref為無功功率，U_G為電網(wǎng)電壓額定值，L_s、L_m、N_rs分別為發(fā)電機定子電感、勵磁電感、及雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)定子匝比。

一種雙饋變流器虛擬同步機無功調(diào)壓控制方法，通過dq解耦方式分別形成d軸、q軸電流外環(huán)與d軸、q軸電壓內(nèi)環(huán)，在恒功率因數(shù)模式下，根據(jù)機組有功功率及功率因數(shù)，實時計算無功功率給定，然后將無功功率Q_ref的給定值與無功功率反饋值Q的差值與PI調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)子電流求和作為q軸電流外環(huán)的q軸轉(zhuǎn)子電流給定值i_-rq-ref，轉(zhuǎn)子電流計算公式為：

其中，P為機組總有功功率，為功率因數(shù)給定，Q_ref為無功功率。

一種雙饋變流器虛擬同步機無功調(diào)壓控制方法，通過dq解耦方式分別形成d軸、q軸電流外環(huán)與d軸、q軸電壓內(nèi)環(huán)，在定電壓模式下，引入轉(zhuǎn)子電流無功分量對電壓進行修正，然后將修正后的電壓通過PI調(diào)節(jié)作為q軸電流外環(huán)的q軸轉(zhuǎn)子電流給定值i_-rq-ref，電壓修正計算公式為：

其中，為修正后的電壓，V_ref為電網(wǎng)電壓反饋值，i_rq為轉(zhuǎn)子電流，i_f為雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流，K_iq為電壓控制下垂系數(shù)，V_m為電網(wǎng)電壓反饋值。

下垂系數(shù)K_iq可取1％-10％之間的值。

在三種模式下，分別對轉(zhuǎn)子電流給定值進行限幅，限幅值計算公式為：

其中，i_{rq_max}為為轉(zhuǎn)子電流無功給定的限幅值，Q_max為機組最大無功功率值，U_G為電網(wǎng)電壓額定值，L_s、L_m、N_rs分別為發(fā)電機定子電感、勵磁電感、雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)定子匝比。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供的雙饋變流器虛擬同步機無功調(diào)壓控制方法，通過控制轉(zhuǎn)子電流無功分量來達到雙饋變流器實現(xiàn)恒無功功率、恒功率因數(shù)、定電壓控制的目的，能保證無功功率控制精度，又能保證響應(yīng)時間的要求，進而夠達到機端電壓的準(zhǔn)確控制。

附圖說明

圖1為虛擬同步機恒無功功率無功調(diào)壓控制框圖；

圖2為虛擬同步機恒功率因數(shù)無功調(diào)壓控制框圖；

圖3為虛擬同步機定電壓無功調(diào)壓控制框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進一步詳細的說明：

本發(fā)明的一種雙饋變流器虛擬同步機無功調(diào)壓控制方法的實施例：

根據(jù)雙饋變流器特點，網(wǎng)側(cè)變流器以控制直流母線為主要目的,可不參與無功功率控制，機側(cè)變流器實現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)矩、機組無功功率及機端電壓的控制。機側(cè)變流器根據(jù)上位機要求及本地后臺要求，本地后臺優(yōu)先于上位機主控PLC，上位機及本地后臺發(fā)出命令，根據(jù)上位機及本地后臺的命令，選擇具體工作于哪種模式，包括恒無功功率模式、恒功率因數(shù)模式、定電壓控制模式。

其中，電壓環(huán)和電流環(huán)的控制方法都是基于dq解耦控制，dq解耦控制屬于現(xiàn)有技術(shù)，文件“雙饋型風(fēng)力發(fā)電變流器及其控制”提供了d軸、q軸電流外環(huán)與d軸、q軸電壓內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制方式，分解為d分量、q分量，分別對d分量、q分量進行控制，關(guān)于dq解耦控制的總框圖本發(fā)明未畫出，內(nèi)環(huán)及其它控制方式也未給出，只對q軸電流外環(huán)進行了調(diào)整和改進，對d軸的控制依靠現(xiàn)有技術(shù)進行。

在恒無功功率模式下，通過dq解耦方式分別形成d軸、q軸電流外環(huán)與d軸、q軸電壓內(nèi)環(huán)，然后將無功功率Q_ref的給定值與無功功率反饋值Q的差值與PI調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)子電流求和作為q軸電流外環(huán)的q軸轉(zhuǎn)子電流給定值i_-rq-ref，通過上位機主控或本地后臺的無功功率給定實時計算轉(zhuǎn)子電流值，作為給定賦值給機側(cè)變流器無功軸PI調(diào)節(jié)器，其計算公式為：

其中，i_rq-ref為轉(zhuǎn)子電流，Q_ref為無功功率，U_G為電網(wǎng)電壓，L_s、L_m、N_rs分別為發(fā)電機定子電感、勵磁電感、雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)定子匝比。

電機參數(shù)的不準(zhǔn)確會引起的無功功率執(zhí)行偏差，通過功率環(huán)矯正因電機參數(shù)引起的無功功率執(zhí)行偏差。無功功率前饋保證了無功功率執(zhí)行的響應(yīng)速度，所以無功功率環(huán)控制參數(shù)可適當(dāng)調(diào)小，以保障動態(tài)過程中系統(tǒng)穩(wěn)定性。為了防止上位機主控或后臺下發(fā)錯誤，對無功功率給定值進行限幅處理，如機組功率因數(shù)要求0.9，機組額定功率2MW，則無功功率限幅為1000KVar。

在恒功率因數(shù)模式下，通過dq解耦方式分別形成d軸、q軸電流外環(huán)與d軸、q軸電壓內(nèi)環(huán)，在恒功率因數(shù)模式下，根據(jù)機組有功功率及功率因數(shù)，實時計算無功功率給定，然后將無功功率Q_ref的給定值與無功功率反饋值Q的差值與PI調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)子電流求和作為q軸電流外環(huán)的q軸轉(zhuǎn)子電流給定值i_-rq-ref，其計算公式為：

其中，P為機組總有功功率，為功率因數(shù)給定，Q_ref為無功功率。

在定電壓模式下，通過dq解耦方式分別形成d軸、q軸電流外環(huán)與d軸、q軸電壓內(nèi)環(huán)，在定電壓模式下，引入轉(zhuǎn)子電流無功分量對電壓進行修正，以電網(wǎng)電壓正序分量為反饋，然后將修正后的電壓通過PI調(diào)節(jié)作為q軸電流外環(huán)的q軸轉(zhuǎn)子電流給定值i_-rq-ref，以轉(zhuǎn)子電流無功軸電流為控制對象，進行閉環(huán)控制，利于多臺機組并聯(lián)運行，其計算公式為：

其中，為修正后的電壓，V_ref為電網(wǎng)電壓，i_rq為轉(zhuǎn)子電流，i_f為雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流，K_iq為電壓控制下垂系數(shù)，V_m為電網(wǎng)電壓反饋值；下垂系數(shù)K_iq可取1％-10％之間的值，該值過小會引起多臺機組無功功率出力不均衡，過大則控制精度降低，本方案中該值取3％。

在這三種工作模式下為了避免運行中出現(xiàn)大的無功電流波動，在無功功率環(huán)和電壓環(huán)輸出處，對轉(zhuǎn)子電流給定進行限幅，其無功限幅值計算公式為：

其中，i_{rq_max}為為轉(zhuǎn)子電流無功給定的限幅值，Q_max為機組最大無功功率值，U_G為電網(wǎng)電壓額定值，L_s、L_m、N_rs分別為發(fā)電機定子電感、勵磁電感、及雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)定子匝比。

以上給出了本發(fā)明涉及的具體實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。在本發(fā)明給出的思路下，采用對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對上述實施例中的技術(shù)手段進行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相同、實現(xiàn)的發(fā)明目的也基本相同，這樣形成的技術(shù)方案是對上述實施例進行微調(diào)形成的，這種技術(shù)方案仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。