[发明专利]一种含储能的全功率变换风电机组控制系统及方法

权利要求书

1.一种含储能的全功率变换风电机组控制系统，其特征在于，包括：机侧变流器、网侧变流器以及储能变流器；所述机侧变流器分别与永磁同步发电机以及网侧变流器相连；其中，

所述机侧变流器采用最大功率跟踪控制的基础上加入惯量响应控制环路，将风轮惯量传递到电网侧；

所述网侧变流器采用惯性同步控制策略，以使直流侧电压自主感知电网频率波动；

所述储能变流器与直流侧相连；所述储能变流器用于根据直流侧电压所感知的电网频率来吸收或发出功率参与电网一次调频；

所述储能变流器包括：电池以及储能单元；其中，

所述储能单元包括：第一功率开关器件、第二功率开关器件以及滤波电感；

所述电池的负极与所述第二功率开关器件的源极相连，所述电池的正极与所述滤波电感的一端相连；

所述滤波电感的另一端分别与所述第一功率开关器件的源极以及所述第二功率开关器件的漏极相连；

所述第一功率开关器件的源极与所述第二功率开关器件的漏极相连；

所述第一功率开关器件的漏极与所述直流侧的正极相连，所述第二功率开关器件的源极与所述直流侧的负极相连；

所述储能变流器的控制单元包括：荷电状态控制环路、选通开关、下垂控制器、PI调节器以及比较器；其中，

所述荷电状态控制环路的输出作为选通开关的第二位置的输入；

所述选通开关的第一位置的输入为0，所述选通开关的输出叠加1后作为直流电压的设定值直流电压的设定值与反馈值之差经过所述下垂控制器，其输出为储能单元输出电流的参考值i_esref；

所述储能单元输出电流的参考值i_esref与储能单元输出电流的反馈值i_es之差经过所述PI调节器，其输出作为第一功率开关器件以及第二功率开关器件的触发脉冲。

2.根据权利要求1所述的含储能的全功率变换风电机组控制系统，其特征在于，所述荷电状态控制环路包括：滞环比较器以及比例积分调节器；其中，

电池的实际荷电状态SOC与荷电状态设定值SOC_set之差经过所述滞环比较器，其输出经过所述比例积分调节器后作为荷电状态控制环路的输出。

3.根据权利要求2所述的含储能的全功率变换风电机组控制系统，其特征在于，所述比例积分调节器的输出处设置有限幅值。

4.根据权利要求2所述的含储能的全功率变换风电机组控制系统，其特征在于，所述滞环比较器在输入值正向大于0.4、负向小于-0.4时，其输出由0变为1；

所述滞环比较器在输入值负向小于0.2，正向大于-0.2时，其输出由1变为0。

5.根据权利要求1所述的含储能的全功率变换风电机组控制系统，其特征在于，当所述储能变流器运行在正常工作状态时，所述选通开关处在第一位置，直流电压的设定值为1；

当电网频率处在额定值，基于惯性同步控制的风电机组直流侧电压为1.0p.u.，对应储能单元的输出电流i_es为0，即无需储能单元参与电网一次调频；

当电网频率下降，直流侧电压小于1.0p.u.，对应储能单元的输出电流i_es大于零，即储能单元对外多发出功率以抑制电网频率继续下跌；

当电网频率上升，直流侧电压大于1.0p.u.，对应储能单元的输出电流小于零，即储能单元对外吸收功率以抑制电网频率继续上升。

6.根据权利要求1所述的含储能的全功率变换风电机组控制系统，其特征在于，当所述储能变流器运行在强制充放电状态时，所述选通开关处在第二位置；

当需要强制电池放电时，所述荷电状态控制环路的输出大于零，向上平移下垂特性曲线，强制电池向外放电，从而使电池的荷电状态SOC下降；

当需要强制电池充电时，所述荷电状态控制环路的输出小于零，向下平移下垂特性曲线，强制电池充电，从而使电池的荷电状态SOC上升。

7.根据权利要求1所述的含储能的全功率变换风电机组控制系统，其特征在于，所述机侧变流器采用功率外环、电流内环的双环控制结构。

8.一种含储能的全功率变换风电机组控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至7任一项所述的含储能的全功率变换风电机组控制系统，其包括：

采用最大功率跟踪控制的基础上加入惯量响应控制环路控制机侧变流器，将风轮惯量传递到电网侧；

采用惯性同步控制策略控制网侧变流器，以使直流侧电压自主感知电网频率波动；

根据直流侧电压所感知的电网频率控制储能变流器来吸收或发出功率参与电网一次调频。