[发明专利]基于电流源型多端直流风场卸负荷的协调控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域的控制系统及控制方法，具体涉及一种基于电流源型多端直流风场卸负荷的协调控制系统及控制方法。

背景技术

一般来说，风电场风力发电机常常运行在最优功率曲线来实现最大功率追踪。随着控制技术的发展，电网对风电场的发电特性提出来更高的要求，其希望风电场的发电特性更接近于传统的火电厂。风力发电机中叶片中储存的旋转动能只能短时间支持发电控制.。由于风速和功率系数的影响，风力发电机所能提供的最大输出功率是有限的。因此当风电场与电网连接点出的频率下降时，风电场不能够长期提供频率控制。

相反，当电网功率需求减少时，电源需要减少功率输出来保持功率平衡来维持电网的频率。随着电力电子变换器和风力发电机桨距角控制系统发展，风电场可以迅速的控制其输出功率。虽然风力发电机的功率调整范围有限，但是对于大规模的风电场来说，可控的输出功率是非常巨大的。因此可以通过风电场的风力发电机之间协调控制方法来减少风电场的输出功率，并保持风力发电机的在线运行和电网的功率平衡。

发明内容

为了有效地降低风电场输出功率，保持与电网功率需求平衡，本发明的目的是提供一种基于电流源型多端直流风场卸负荷的协调控制系统，另一目的是提供一种基于电流源型多端直流风场卸负荷的协调控制方法，该协调控制方法联合桨距角控制、风力发电机最大功率控制、直流侧电压控制和直流变换器（DC-Chopper）控制；风电场通过协调控制方法实现自我调节来应对电网对风电场的功率需求。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于电流源型多端直流风场卸负荷的协调控制系统，其改进之处在于，所述系统包括星型风电系统，所述风电系统包括至少一个风力发电机、至少一个二极管整流器、至少一个直流变换器和电流源型逆变器；在每个直流变换器的输入侧并联安装有直流变换器控制单元；

每个风力发电机通过二极管整流器与直流变换器并联在直流母线上，直流母线收集的直流功率通过电流源型逆变器接入电网。

优选的，所述风力发电机为永磁风力发电机；所述直流变换器为电流源型直流变换器。

较优选的，所述直流变换器控制单元由串联的可控开关的电力电子器件和电阻组成；

所述可控开关的电力电子器件采用IGBT模块；所述电阻为散热电阻，由电阻丝和二极管并联组成。

优选的，所述系统中直流侧母线电压、电流源型直流变换器输入电压、输入电流和永磁风力发电机的转速通过传感器进行测量；

所述协调控制系统通过测量值与预设值比较，进行控制功能的切换。

本发明基于另一目的提供的一种基于电流源型多端直流风场卸负荷的协调控制方法，其改进之处在于，所述方法采用的系统为协调控制系统；所述方法包括下述步骤：

步骤1：测量直流侧母线电压，并判断直流侧母线电压是否大于预设值；

步骤2：风力发电机运行在直流电压控制模式下；

步骤3：测量风力发电机在直流电压控制模式下的转速，并判断转速是否大于桨距角控制预设值；

步骤4：风力发电机运行在桨距角控制模式下；

步骤5：测量直流变换器的输入电压，判断输入电压是否大于直流变换器电压的预设值；

步骤6：风力发电机运行在直流变换器控制模式下。

步骤7：直流变换器控制稳定之后，桨距角控制继续运行，当风力发电机转速达到预设转速值时，直流变换器控制退出运行；风力发电机的转速由桨距角控制。

优选的，所述步骤1中，当直流电压大于预设值时，转入步骤2；否则风力发电机运行在最大功率控制模式。

优选的，所述步骤3中，风力发电机运行在直流电压控制模式下，风力发电机的转速增加；当转速测量值大于桨距角控制预设值时，桨距角控制被触发，转入步骤4，风力发电机的转速将通过变桨系统伺服控制机构（变桨系统伺服控制机构包括伺服电动机，伺服驱动器、控制系统等）改变桨距角来限制其转速；否则返回步骤2。

优选的，所述步骤5中，当直流变换器的输入电压大于直流变换器控制的预设值，直流变换器控制被触发，转入步骤6，直流变换器控制与桨距角控制共同限制风力发电机的转速；否则返回步骤4。

较优选的，所述直流变换器控制响应速度大于桨距角控制，风力发电机转速限制在预设输入电压值的转速。