直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的增加，尤其是風(fēng)電的大規(guī)模集中接入電網(wǎng)，極大改變了風(fēng)電 在電力系統(tǒng)中的作用和地位。風(fēng)電與電網(wǎng)的相互影響已變得不容忽略，在電網(wǎng)故障情況下 的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的響應(yīng)特性及其對(duì)電網(wǎng)的影響更是不可忽視。
[0003] 在實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐中，電網(wǎng)故障會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓和頻率發(fā)生變 化。其中，針對(duì)頻率的變化的影響存在如下兩種情況：
[0004] 在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，若某一個(gè)大電源突然退出運(yùn)行，則會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)頻率的急 劇下降；若某一個(gè)大負(fù)荷突然退出運(yùn)行，則會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)頻率的急劇上升。
[0005] 對(duì)于直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組而言，因變槳系統(tǒng)只在風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)才開始工作（用于 葉輪轉(zhuǎn)速和輸出功率的限制），因此直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)很難在電網(wǎng)頻率突然異常時(shí) 向電網(wǎng)提供有力的有功功率支撐。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的實(shí)施例提供一種直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越方法和裝置，以實(shí)現(xiàn)在電網(wǎng)頻 率出現(xiàn)異常時(shí)，控制風(fēng)電機(jī)組向電網(wǎng)提供有力的有功功率支撐，完成風(fēng)電機(jī)組的頻率穿越 過(guò)程。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越方法，包 括：
[0008] 實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)的頻率；
[0009] 若所述電網(wǎng)的頻率超出頻率控制死區(qū)的上、下限閥值，則根據(jù)預(yù)設(shè)的頻率穿越持 續(xù)時(shí)間及對(duì)應(yīng)的功率調(diào)節(jié)需求值進(jìn)行慣性響應(yīng)控制計(jì)算，得到發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩修正值； [0010] 利用所述電磁轉(zhuǎn)矩修正值對(duì)待修正的發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩給定值進(jìn)行修正，得到最 終的電磁轉(zhuǎn)矩給定值，給定至機(jī)側(cè)變流器的控制器以進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。
[0011] 本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越裝置，包括：
[0012] 頻率檢測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)的頻率；
[0013] 修正值計(jì)算模塊，用于若所述電網(wǎng)的頻率超出頻率控制死區(qū)的上、下限閥值，則根 據(jù)預(yù)設(shè)的頻率穿越持續(xù)時(shí)間及對(duì)應(yīng)的功率調(diào)節(jié)需求值進(jìn)行慣性響應(yīng)控制計(jì)算，得到發(fā)電機(jī) 的電磁轉(zhuǎn)矩修正值；
[0014] 修正控制模塊，用于利用所述電磁轉(zhuǎn)矩修正值對(duì)待修正的發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩給定 值進(jìn)行修正，得到最終的電磁轉(zhuǎn)矩給定值，給定至機(jī)側(cè)變流器的控制器以進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越方法和裝置，通過(guò)在電網(wǎng)的頻率超 出頻率控制死區(qū)的上、下限閥值時(shí)，運(yùn)用預(yù)設(shè)的頻率穿越持續(xù)時(shí)間及對(duì)應(yīng)的功率調(diào)節(jié)需求 值進(jìn)行慣性響應(yīng)控制計(jì)算，得到發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩修正值來(lái)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩修正值進(jìn)行修正， 從而借助調(diào)控電磁轉(zhuǎn)矩給定值，來(lái)間接調(diào)控發(fā)電機(jī)輸出至電網(wǎng)的有功功率、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，最 終達(dá)到調(diào)節(jié)電網(wǎng)的頻率的功能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行頻率穿越過(guò)程中，主動(dòng)支撐和改變電網(wǎng) 的頻率，從而提尚發(fā)電機(jī)組的頻率穿越能力。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)主回路拓?fù)鋱D；
[0017] 圖2為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越方法一個(gè)實(shí)施例的方法流程圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越方法另一個(gè)實(shí)施例的方法流程圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越方法又一個(gè)實(shí)施例的方法流程圖；
[0020] 圖5為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越裝置一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖6為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越裝置另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0023] 1-風(fēng)力發(fā)電機(jī)、21-機(jī)側(cè)變流器、22-網(wǎng)側(cè)變流器、3-電網(wǎng)、C-直流母線支撐電容、 R-制動(dòng)電阻、La。-網(wǎng)側(cè)濾波電感、501-頻率檢測(cè)模塊、502-修正值計(jì)算模塊、503-修正控制 模塊、5021-第一計(jì)算單元、5022-第二計(jì)算單元、5023-第三計(jì)算單元、5031-第一修正單 元、5032-第二修正單元、5033-控制單元。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)（簡(jiǎn)稱"發(fā)電機(jī)"）主回路拓?fù)淙鐖D1所示。從圖1可知，風(fēng)力發(fā) 電機(jī)1經(jīng)過(guò)AC-DC-AC全功率變流器（包括機(jī)側(cè)變流器21和網(wǎng)側(cè)變流器22)與電網(wǎng)3相連， La。為網(wǎng)側(cè)濾波電感、C為直流母線支撐電容、R為制動(dòng)電阻。發(fā)電機(jī)輸出側(cè)與風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng) 側(cè)已被"頻率/電壓解耦"，但是永磁同步發(fā)電機(jī)輸出側(cè)與直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)側(cè)并非"有功 功率解耦"，機(jī)側(cè)變流器21的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性直接影響到直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組整機(jī)的總出力。
[0025] 在電力系統(tǒng)中，頻率的變化與電力系統(tǒng)的有功功率平衡之間有著密切的關(guān)系。因 為頻率與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速之間存在線性關(guān)系。而轉(zhuǎn)速的變化取決于作用在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的驅(qū) 動(dòng)轉(zhuǎn)矩與制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的平衡，而轉(zhuǎn)矩的平衡受發(fā)電機(jī)輸入機(jī)械功率與輸出電磁功率的平衡關(guān) 系的影響。發(fā)電機(jī)輸入的功率減去勵(lì)磁損耗和各種附加損的差值，如果發(fā)電機(jī)輸入功率能 與發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率嚴(yán)格的保持平衡，則發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就恒定不變，系統(tǒng)的頻率就保 持恒定不變。
[0026] 本發(fā)明的實(shí)施例的技術(shù)方案原理，是基于上述電網(wǎng)頻率、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)有功 功率等參數(shù)之間的平衡對(duì)應(yīng)關(guān)系，在電網(wǎng)頻率出現(xiàn)異常時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的給定電磁 轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到支撐電網(wǎng)頻率，實(shí)現(xiàn)頻率穿越的目的。
[0027] 實(shí)施例一
[0028] 圖2為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越方法一個(gè)實(shí)施例的方法流程圖，該 方法的執(zhí)行主體可以為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)側(cè)變流器的控制器。如圖2所示，該直驅(qū)風(fēng)力發(fā) 電機(jī)頻率穿越方法具體包括：
[0029] S201，實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)的頻率。
[0030] S202,若電網(wǎng)的頻率超出頻率控制死區(qū)的上、下限閥值，則根據(jù)預(yù)設(shè)的頻率穿越持 續(xù)時(shí)間及對(duì)應(yīng)的功率調(diào)節(jié)需求值進(jìn)行慣性響應(yīng)控制計(jì)算，得到發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩修正值。
[0031] 根據(jù)表1中，國(guó)標(biāo)GB/T 19963-2011關(guān)于風(fēng)電運(yùn)行頻率適應(yīng)性的技術(shù)要求所示：在 電力系統(tǒng)頻率處于49. 5Hz~50. 2Hz，風(fēng)電機(jī)組為正常連續(xù)運(yùn)行，而當(dāng)小于49. 5Hz或大于 50. 2Hz時(shí)要求風(fēng)電機(jī)組具有運(yùn)行固定時(shí)間段的能力。該固定時(shí)間段即為頻率穿越持續(xù)時(shí) 間。
[0032] 表1國(guó)標(biāo)GB/T 19963-2011關(guān)于風(fēng)電運(yùn)行頻率適應(yīng)性的技術(shù)要求
[0033]
[0034] 本方案中，將50. 2Hz作為頻率控制死區(qū)的上限閥值，將49. 5Hz作為頻率控制死區(qū) 的下限閥值，但不以此為限。當(dāng)電網(wǎng)的頻率超出頻率控制死區(qū)的上、下限閥值，則表征當(dāng)前 接入電網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組需要進(jìn)行頻率穿越，即參考當(dāng)前電網(wǎng)所處的頻率范圍，連續(xù)運(yùn)行頻率 穿越持續(xù)時(shí)間所規(guī)定的時(shí)長(zhǎng)。
[0035] 為改善風(fēng)電機(jī)組從原有被動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)的異常頻率，到主動(dòng)支撐改善電網(wǎng)的異常頻 率恢復(fù)正常，本實(shí)施例，在風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行頻率穿越過(guò)程中，通過(guò)對(duì)預(yù)設(shè)的頻率穿越持續(xù)時(shí)間 及對(duì)應(yīng)的功率調(diào)節(jié)需求值進(jìn)行慣性響應(yīng)控制計(jì)算，得到發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩修正值；從而利 用電磁轉(zhuǎn)矩修正值修正原有給定電磁轉(zhuǎn)矩，間接改變輸入電網(wǎng)的有功功率，達(dá)到改善異常 電網(wǎng)頻率的目的。
[0036] 其中，所述功率調(diào)節(jié)需求值即為需要改變的輸入電網(wǎng)的有功功率值，具體是增大 改變，還是減少改變，要看需要改變有功功率的大小方向而定。
[0037] S203,利用電磁轉(zhuǎn)矩修正值對(duì)待修正的發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩給定值進(jìn)行修正，得到 最終的電磁轉(zhuǎn)矩給定值，給定至機(jī)側(cè)變流器的控制器以進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。
[0038] 由于需要改變的輸入電網(wǎng)的有功功率是通過(guò)電磁轉(zhuǎn)矩修正值實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)注入至電 網(wǎng)的有功功率發(fā)生改變時(shí)，相應(yīng)的通過(guò)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)的慣性響應(yīng)控制，也會(huì)影響到電網(wǎng) 的頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的頻率實(shí)現(xiàn)支撐調(diào)節(jié)的作用。
[0039] 本發(fā)明實(shí)施例提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越方法，通過(guò)在電網(wǎng)的頻率超出頻率 控制死區(qū)的上、下限閥值時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的頻率穿越持續(xù)時(shí)間及對(duì)應(yīng)的功率調(diào)節(jié)需求值進(jìn)行 慣性響應(yīng)控制計(jì)算，得到發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩修正值來(lái)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩修正值進(jìn)行修正，從而借 助調(diào)控電磁轉(zhuǎn)矩給定值，來(lái)間接調(diào)控發(fā)電機(jī)輸出至電網(wǎng)的有功功率、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到 調(diào)節(jié)電網(wǎng)的頻率的功能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行頻率穿越過(guò)程中，主動(dòng)支撐和改變電網(wǎng)的頻率， 從而提尚發(fā)電機(jī)組的頻率穿越能力。
[0040] 實(shí)施例二
[0041] 圖3為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率穿越方法另一個(gè)實(shí)施例的方法流程圖。 是如圖2所示實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式。與圖2所示實(shí)施例相比，圖3所示實(shí)施例中，針 對(duì)步驟S202和S203均進(jìn)行了細(xì)化。
[0042] 具體地，針對(duì)步驟S202,本實(shí)施例示出了基于風(fēng)電機(jī)組的慣性響應(yīng)控制特性，根據(jù) 預(yù)設(shè)的頻率穿越持續(xù)時(shí)間及對(duì)應(yīng)的功率調(diào)節(jié)需求值進(jìn)行慣性響應(yīng)控制計(jì)算，得到發(fā)電機(jī)的 電磁轉(zhuǎn)矩修正值的具體方式，對(duì)應(yīng)步驟包括：S2021~S2023。
[0043] S2021，根據(jù)公式（1)得到發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)鏈慣性能量變換量ΔΕ。
[0044]
[0045]
[0046]
[0047]
[0048]
[0049] 其中，At為頻率穿越持續(xù)時(shí)間，ΔΡ為功率調(diào)節(jié)需求值，J為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Onfl 為發(fā)電機(jī)的初始機(jī)械角速度，A 與△ ω "對(duì)應(yīng)的電角速度變化量。
[0050] 針對(duì)步驟S202的細(xì)化內(nèi)容，本實(shí)施例的思想是將要調(diào)節(jié)的有功功率轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存 在發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系的慣性能量ΑΕ，然后利用ΔΕ與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化量即△ Coni的關(guān)系求解 出A Coni，最后利用△ Coni以及需要改變的有功功率變化量即△ P求解出發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 修正值。
[0051] 在此基礎(chǔ)上，針對(duì)步驟S203,本實(shí)施例示出了利