[发明专利]一种双馈风机有功功率输出速降控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种双馈风机有功输出速降控制系统，包括直流卸荷电路，直流卸荷电路为制动电阻与全控型功率开关器件串联后与直流母线的正负极连接；全控型功率开关器件由功率开关器件驱动器驱动；功率开关器件驱动器包括第一反相加法器、第一PI调节器及脉冲宽度调制器；第一反相加法器的正负极输入端分别输入直流母线实际电压及设定的直流母线电压阈值，第一反相加法器输出信号至第一PI调节器；第一PI调节器输出信号至脉冲宽度调制器；脉冲宽度调制器输出脉冲信号至全控型功率开关器件的控制端。本发明还公开了一种双馈风机有功输出速降控制方法。本发明通过启动直流卸荷电路可以更快速地抑制转子过转速，更好地保证转子运行安全。

技术领域

本发明涉及一种风力发电技术领域，特别涉及一种双馈风机有功功率输出速降控制系统及方法。

背景技术

目前，风电机组通常运行在最大功率点跟踪(MPPT)模式，其有功功率输出具有间歇波动性，且与交流电网频率解耦导致系统惯量降低，影响系统频率稳定。因此，当今风电渗透率的日益提高给电网的安全稳定运行带来严峻挑战。

世界多国电网规程要求在电网发生输电线路阻塞、直流闭锁、短路故障等异常状况时迅速降低风场有功功率输出，以减轻风电的上述负面影响来提升电网的安全稳定性。通过控制风机内部快速响应的电力电子变流器，风机有功功率输出速降本身容易实现。然而，风机机械输入与速降后的有功功率输出间的不匹配产生的盈余功率会以转子动能的形式累积，易发生转子过转速，损害风机机械部件甚至造成风机停机。尽管通过调整桨距角来减小机械输入可以缓解这一问题，但其动作缓慢，效果不明显。

为此，有必要在功率速降后及时投入额外的储能或耗能装置来吸收这部分盈余能量。考虑到储能装置造价较高，在功率速降这种启用频率相对较低的场合不够划算，且储能技术本身还存在能量密度低、充放电速率低、寿命短等诸多限制，因此选用直流chopper吸收盈余能量较为合理。然而，现有引入chopper的控制方案大都未调整传统MPPT运行模式，这使得不平衡能量持续存在，功率速降后的盈余能量问题未能得到根本解决，且需要chopper持续运行以吸收这部分盈余能量，这无疑增加了功率速降后的运行成本。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种双馈风机有功功率输出速降控制系统及方法。本发明旨在解决电网异常状况下，双馈风机采用现有控制方案进行有功功率输出速降时，不平衡能量不能得到及时或根本消除，造成转子转速超过最大允许转速或盈余能量吸收装置不能及时退出运行的缺陷。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种双馈风机有功功率输出速降控制系统，包括：风机变桨伺服系统、直流母线以及并联在直流母线两极的转子侧变流器及网侧变流器；还包括直流卸荷电路，直流卸荷电路包括制动电阻及全控型功率开关器件；制动电阻与全控型功率开关器件串联后与直流母线的正负极连接；全控型功率开关器件由功率开关器件驱动器驱动；功率开关器件驱动器包括第一反相加法器、第一PI调节器及脉冲宽度调制器；第一反相加法器的正负极输入端分别输入直流母线实际电压及设定的直流母线电压阈值，第一反相加法器输出信号至第一PI调节器；第一PI调节器输出信号至脉冲宽度调制器；脉冲宽度调制器输出脉冲信号至全控型功率开关器件的控制端。

进一步地，转子侧变流器由转子侧双闭环矢量控制单元驱动；转子侧双闭环矢量控制单元包括转子侧电流内环电路和转子侧功率外环电路；其中转子侧功率外环电路包括两个支路；其中一个支路包括依次连接的用于将风机转速换算为风机定子参考功率的功率换算器、第二反相加法器及第二PI调节器；另一个支路包括依次连接的第三反相加法器及第三PI调节器；两条支路的输出端分别通过第一多路选择开关与转子侧电流内环电路的输入端相连，第一多路选择开关的控制端由上位机调度指令信号控制；功率换算器，其输入风机实际转速，其依据风机MPPT曲线输出定子参考功率；第二反相加法器，其正极输入端与功率换算器的输出端连接，其负极输入端输入定子实际功率；第三反相加法器的正负极输入端分别对应输入实际有功功率及有功功率速降指令值；第二PI调节器、第三PI调节器分别输出参考电流至第一多路选择开关的数据输入端。