一種永磁同步風電系統(tǒng)諧波分析與抑制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術領域，具體涉一種永磁同步風電系統(tǒng)諧波分析與抑制方法。
【背景技術】
[0002]風電由于清潔、無污染，成為最具開發(fā)前景的新能源之一。永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)采用直驅式結構，無需齒輪箱等傳動機構，在轉換效率、可靠性以及電網(wǎng)適應能力發(fā)明具有一定的優(yōu)勢，成為大容量風電機組的主流機型。然而，永磁同步風電系統(tǒng)采用大量電力電子設備構建變流器，電力電子設備的非線性會引起大量的諧波電流，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成一定的威脅。風電機組可能無法耐受電網(wǎng)電壓諧波導致脫網(wǎng)運行。大容量永磁同步發(fā)電機組變流器濾波器與系統(tǒng)等效阻抗之間會存在固有諧振點，會導致風電系統(tǒng)和電網(wǎng)之間的諧波進一步惡化。有鑒于此，本專利提出一種永磁同步風電系統(tǒng)諧波分析和抑制方法，對風電場接入電網(wǎng)的諧波進行分析評估，結合諧波機理，給出一種虛擬變阻抗控制方法，有效抑制系統(tǒng)諧振過電壓和過電流，實現(xiàn)風電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種永磁同步風電系統(tǒng)諧波分析與抑制方法。
[0004]本專利提出一種永磁同步風電系統(tǒng)諧波分析和抑制方法，給出了永磁直驅式同步風電系統(tǒng)結構圖，說明了風電系統(tǒng)中對應的諧振問題，給出了虛擬阻抗控制系統(tǒng)結構圖，將虛擬阻抗控制策略和網(wǎng)側電流諧波畸變率相結合，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)阻尼輸出，有效抑制系統(tǒng)諧振過電壓和過電流，實現(xiàn)風電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。
[0005]—種永磁同步風電系統(tǒng)諧波分析與抑制方法，該永磁同步風電系統(tǒng)由風力機、永磁同步發(fā)電機、背靠背全功率變流器、濾波器、變壓器和電網(wǎng)接口組成，永磁同步發(fā)電機通過全功率變流器和電網(wǎng)進行交互，變流器通過濾波器和電網(wǎng)相連，LCL濾波器用于保證風電系統(tǒng)并網(wǎng)特性，
[0006]該永磁直驅式同步風電系統(tǒng)中，變流器濾波器與電網(wǎng)間設置固有諧振點，當電網(wǎng)頻率上升到諧振頻率點，濾波電路發(fā)生諧振；當系統(tǒng)諧振過電壓和過電流放大時，風電機組與電網(wǎng)解列，系統(tǒng)諧振峰值和劇烈程度與其品質因數(shù)相關。
[0007]永磁同步風電系統(tǒng)設置阻抗控制系統(tǒng)結構，該系統(tǒng)包含網(wǎng)側變流器的控制結構，在阻抗控制系統(tǒng)結構中，其中Lg為濾波器網(wǎng)側等效電感，C f為濾波器濾波電容，L為濾波器橋臂輸出側電感，&為網(wǎng)側串聯(lián)電阻，通過檢測電網(wǎng)電壓、電流信號，并進行abc/dq坐標變換，經(jīng)過微分器sCfRj#到兩相旋轉坐標系下dq軸的電流阻尼補償量；外環(huán)采用電壓環(huán)，將直流側電壓給定信號和實測直流電壓相比較，偏差送入電壓PI調(diào)節(jié)器，得到q軸的電流參考信號，d軸電流參考信號為0，和電流阻尼補償量比較后，經(jīng)dq/α β變換，送入PffM控制器，產(chǎn)生網(wǎng)側變流器驅動信號。
[0008]將阻抗控制策略和網(wǎng)側電流諧波畸變率相結合，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)阻尼輸出。
[0009]本專利提出一種永磁同步風電系統(tǒng)諧波分析和抑制方法，給出了永磁直驅式同步風電系統(tǒng)結構圖，說明了風電系統(tǒng)中對應的諧振問題，給出了虛擬阻抗控制系統(tǒng)結構圖，將虛擬阻抗控制策略和網(wǎng)側電流諧波畸變率相結合，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)阻尼輸出，有效抑制系統(tǒng)諧振過電壓和過電流，實現(xiàn)風電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。
【附圖說明】
[0010]圖1永磁直驅式同步風電系統(tǒng)結構圖；
[0011 ] 圖2虛擬阻抗控制系統(tǒng)結構圖。
【具體實施方式】
[0012]為了使從事風電技術相關領域人員能更好地理解本發(fā)明方案，下面參照附圖對本發(fā)明實施方式進行詳細說明。
[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種永磁同步風電系統(tǒng)諧波分析與抑制方法。永磁直驅式同步風電系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)由風力機、永磁同步發(fā)電機、背靠背全功率變流器、濾波器、變壓器和電網(wǎng)接口等組成，永磁同步發(fā)電機通過全功率變流器和電網(wǎng)進行交互，變流器通過濾波器和電網(wǎng)相連，LCL濾波器保證風電系統(tǒng)并網(wǎng)特性，同時，變流器濾波器與電網(wǎng)間存在固有諧振點，一旦電網(wǎng)頻率上升到諧振頻率點，會和濾波電路發(fā)生諧振，甚至可能由于系統(tǒng)諧振過電壓和過電流放大，導致風電機組與電網(wǎng)解列，系統(tǒng)諧振峰值和劇烈程度與其品質因數(shù)相關，通過選取合適的系統(tǒng)阻尼，可以消除或抑制系統(tǒng)諧振。
[0014]虛擬阻抗控制系統(tǒng)結構圖如圖2所示，Lg為濾波器網(wǎng)側等效電感，C f為濾波器濾波電容，L為濾波器橋臂輸出側電感，&為網(wǎng)側串聯(lián)電阻，通過檢測電網(wǎng)電壓、電流信號，并進行abc/dq坐標變換，經(jīng)過微分器sCfRj#到兩相旋轉坐標系下dq軸的電流阻尼補償量，和電壓外環(huán)輸出指令電流相疊加，送入電流PI調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)的阻尼值越大，諧振幅值衰減越厲害，但會影響到低頻傳輸特性，因此，在具體控制策略上，將虛擬阻抗控制策略和網(wǎng)側電流諧波畸變率相結合，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)阻尼輸出。
[0015]參見圖1，本系統(tǒng)提供了一個永磁直驅式同步風電系統(tǒng)結構圖，系統(tǒng)由風力機、永磁同步發(fā)電機、背靠背全功率變流器、濾波器、變壓器和電網(wǎng)接口等組成，永磁同步發(fā)電機通過全功率變流器和電網(wǎng)進行交互，變流器通過濾波器和電網(wǎng)相連，LCL濾波器保證風電系統(tǒng)并網(wǎng)特性，該系統(tǒng)給出了永磁直驅式同步風電系統(tǒng)的組成結構。另一方面，該系統(tǒng)為了輔助說明風電系統(tǒng)中對應的諧振問題，變流器濾波器與電網(wǎng)間存在固有諧振點，一旦電網(wǎng)頻率上升到諧振頻率點，會和濾波電路發(fā)生諧振，甚至可能由于系統(tǒng)諧振過電壓和過電流放大，導致風電機組與電網(wǎng)解列，系統(tǒng)諧振峰值和劇烈程度與其品質因數(shù)相關，通過選取合適的系統(tǒng)阻尼，可以消除或抑制系統(tǒng)諧振。
[0016]參見圖2，本系統(tǒng)提供了虛擬阻抗控制系統(tǒng)結構圖，該系統(tǒng)圖給出了網(wǎng)側變流器的控制結構，其中Lg為濾波器網(wǎng)側等效電感，C f為濾波器濾波電容，L為濾波器橋臂輸出側電感，&為網(wǎng)側串聯(lián)電阻，通過檢測電網(wǎng)電壓、電流信號，并進行abc/dq坐標變換，經(jīng)過微分器SCfRg得到兩相旋轉坐標系下dq軸的電流阻尼補償量。外環(huán)采用電壓環(huán)，將直流側電壓給定信號和實測直流電壓相比較，偏差送入電壓PI調(diào)節(jié)器，得到q軸的電流參考信號，d軸電流參考信號為0，和電流阻尼補償量比較后，經(jīng)dq/α β變換，送入PffM控制器，產(chǎn)生網(wǎng)側變流器驅動信號。系統(tǒng)的阻尼值越大，諧振幅值衰減越厲害，但會影響到低頻傳輸特性，因此，在具體控制策略上，將虛擬阻抗控制策略和網(wǎng)側電流諧波畸變率相結合，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)阻尼輸出。
[0017]本專利提出一種永磁同步風電系統(tǒng)諧波分析和抑制方法，給出了永磁直驅式同步風電系統(tǒng)結構圖，說明了風電系統(tǒng)中對應的諧振問題，給出了虛擬阻抗控制系統(tǒng)結構圖，將虛擬阻抗控制策略和網(wǎng)側電流諧波畸變率相結合，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)阻尼輸出，有效抑制系統(tǒng)諧振過電壓和過電流，實現(xiàn)風電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。
[0018]以上內(nèi)容是結合優(yōu)選技術方案對本發(fā)明所做的詳細說明，不能認定發(fā)明的具體實施僅限于這些，對于在不脫離本發(fā)明思想前提下做出的簡單推演及替換，都應當視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種永磁同步風電系統(tǒng)諧波分析與抑制方法，該永磁同步風電系統(tǒng)由風力機、永磁同步發(fā)電機、背靠背全功率變流器、濾波器、變壓器和電網(wǎng)接口組成，永磁同步發(fā)電機通過全功率變流器和電網(wǎng)進行交互，變流器通過濾波器和電網(wǎng)相連，LCL濾波器用于保證風電系統(tǒng)并網(wǎng)特性，其特征在于: 該永磁直驅式同步風電系統(tǒng)中，變流器濾波器與電網(wǎng)間設置固有諧振點，當電網(wǎng)頻率上升到諧振頻率點，濾波電路發(fā)生諧振；當系統(tǒng)諧振過電壓和過電流放大時，風電機組與電網(wǎng)解列，系統(tǒng)諧振峰值和劇烈程度與其品質因數(shù)相關。2.根據(jù)權利要求1所述的一種永磁同步風電系統(tǒng)諧波分析與抑制方法，其特征在于:永磁同步風電系統(tǒng)設置阻抗控制系統(tǒng)結構，該系統(tǒng)包含網(wǎng)側變流器的控制結構，在阻抗控制系統(tǒng)結構中，其中Lg為濾波器網(wǎng)側等效電感，C f為濾波器濾波電容，L為濾波器橋臂輸出側電感，&為網(wǎng)側串聯(lián)電阻，通過檢測電網(wǎng)電壓、電流信號，并進行abc/dq坐標變換，經(jīng)過微分器sCfRj#到兩相旋轉坐標系下dq軸的電流阻尼補償量；外環(huán)采用電壓環(huán)，將直流側電壓給定信號和實測直流電壓相比較，偏差送入電壓PI調(diào)節(jié)器，得到q軸的電流參考信號，d軸電流參考信號為O，和電流阻尼補償量比較后，經(jīng)dq/α β變換，送入PffM控制器，產(chǎn)生網(wǎng)側變流器驅動信號。3.根據(jù)權利要求1所述的一種永磁同步風電系統(tǒng)諧波分析與抑制方法，其特征在于:將阻抗控制策略和網(wǎng)側電流諧波畸變率相結合，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)阻尼輸出。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種永磁同步風電系統(tǒng)諧波及其分析與抑制方法，該永磁同步風電系統(tǒng)由風力機、永磁同步發(fā)電機、背靠背全功率變流器、濾波器、變壓器和電網(wǎng)接口組成，永磁同步發(fā)電機通過全功率變流器和電網(wǎng)進行交互，變流器通過濾波器和電網(wǎng)相連，LCL濾波器用于保證風電系統(tǒng)并網(wǎng)特性，該永磁直驅式同步風電系統(tǒng)中，變流器濾波器與電網(wǎng)間設置固有諧振點，當電網(wǎng)頻率上升到諧振頻率點，濾波電路發(fā)生諧振；當系統(tǒng)諧振過電壓和過電流放大時，風電機組與電網(wǎng)解列，系統(tǒng)諧振峰值和劇烈程度與其品質因數(shù)相關。本發(fā)明有效抑制系統(tǒng)諧振過電壓和過電流，實現(xiàn)風電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。
【IPC分類】H02J3/38, H02J3/01
【公開號】CN105071392
【申請?zhí)枴緾N201510601363
【發(fā)明人】王武, 張元敏, 羅書克
【申請人】許昌學院
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年9月19日