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专利号: 2021114308959
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

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的控制方法,其特征在于,含储能的全功率变换风电机组控制系统,包括网侧变换器、机侧变换器及储能单元;所述网侧变换器通过LCL型滤波器并入电网,所述网侧变换器包括无功功率控制外环与直流电压控制外环、坐标变换单元、交流电压控制环、输出电流控制内环;所述交流电压控制环包括虚拟阻抗控制器和限幅环节;所述机侧变换器采用基于转子磁链定向的矢量控制;所述储能单元接入全功率变换风电机组的直流侧,所述储能单元包含电池与储能变换器,所述储能变换器为双向DC/DC变换器;所述储能变换器采用功率控制外环、电流控制内环构成的双环控制结构,所述功率控制外环包括储能侧稳定控制器;所述储能侧稳定控制器含有两条通路,两条通路的输出分别作为选通开关S位置1和位置2的输入;含储能的全功率变换风电机组控制系统的控制方法,包括以下控制过程:在直流电压控制外环中,直流侧电压反馈值除以一个系数kdc后经过一个积分器输出为相位θ;

在坐标变换单元中,检测网侧变换器的三相输出电流i1abc、三相交流滤波电容的电压uCabc,直流电压控制外环输出的相位θ可用于将反馈的三相交流滤波电容电压uCabc、三相输出电流i1abc变换为同步坐标系下的两相电压uCd、uCq以及d轴、q轴的电流i1d、i1q;

在无功功率控制外环中,无功功率参考值Qgref与无功功率反馈值Qg之差经过一个系数为kq的比例控制环节,其输出与电压初始值Ut0之和作为d轴电压的参考值uCdref,q轴电压的参考值uCqref为0;

在交流电压控制环中,d轴电压的参考值uCdref、q轴电压的参考值uCqref分别与两相电压uCd、uCq之间作差,然后分别经过虚拟阻抗控制器,其输出分别为限幅环节的d轴、q轴的输入电流i1dt、i1qt,再经过限幅环节后,限位环节的输出分别作为输出电流控制内环d、q轴的电流参考值i1dref、i1qref;

在输出电流控制内环中,d轴电流的参考值i1dref与d轴电流i1d之差经过PI调节器后作为d轴调制电压 q轴电流的参考值i1qref与q轴电流i1q之差经过PI调节器后作为q轴调制电压 d、q轴调制电压 经过旋转坐标变换为三相调制电压 其中用于旋转坐标变换的相位θ来自直流电压控制外环的输出,三相调制电压 经过正弦脉冲宽度调制后作为网侧变换器的触发脉冲。

2.根据权利要求1所述的一种含储能的全功率变换风电机组控制系统的控制方法,其特征在于,所述直流电压控制外环中,设计控制系数kdc的值时满足以下条件:其中,udcref为直流侧电压的额定参考值。

3.根据权利要求1所述的一种含储能的全功率变换风电机组控制系统的控制方法,其特征在于,所述交流电压控制环中,虚拟阻抗控制器的传递函数Gvz为:其中,L为虚拟电感的参数,R为虚拟电阻的参数;

虚拟电感L与虚拟电阻R之间满足如下关系:

在交流电压控制环d通道、q通道中,虚拟阻抗控制器的参数相同。

4.根据权利要求1所述的一种含储能的全功率变换风电机组控制系统的控制方法,其特征在于,所述交流电压控制环中,限幅环节的输入、输出满足如下关系:当限幅环节的输入电流幅值不超过电流限幅值i1m时,即 限幅环节的输

出为

当限幅环节的输入电流幅值超过限幅值i1m时,即 限幅环节的输出为

5.根据权利要求1所述的一种含储能的全功率变换风电机组控制系统的控制方法,其特征在于,在储能变换器的功率控制外环中,直流侧电压除以控制系数k1减去1后的输出经过一个系数为kd的放大环节,储能变换器输出功率的设定值 与该放大环节输出之差作为机侧变换器输出功率的参考值Pesref;机侧变换器输出功率的参考值Pesref与反馈值Pes之差进入储能侧稳定控制器,储能侧稳定控制器含有两条通路,在通路一中,储能侧稳定控制器的输入经过一个时间常数为T的一阶低通滤波器,其输出为选通开关S位置1的输入;在通路二中,储能侧稳定控制器的输入经过三级时间常数为T的一阶低通滤波器,其输出为选通开关S位置2的输入;选通开关S的输出经过一个PI调节器后作为电流控制内环的电流参考值iesref;

在储能变换器电流控制内环中,电流参考值iesref与反馈值ies之差经过一个PI调节器后,再经过调制环节,其输出为储能变换器的触发脉冲。

6.根据权利要求5所述的一种含储能的全功率变换风电机组控制系统的控制方法,其特征在于,所述储能变换器功率控制外环中,控制系数k1的值为直流侧电压的额定参考值udcref;储能侧稳定控制器中,低通滤波器的时间常数T满足如下关系:其中ωs为含储能的全功率变换风电机组的潜在谐振频率。

7.根据权利要求1所述的一种含储能的全功率变换风电机组控制系统的控制方法,其特征在于,所述储能侧稳定控制器中,选通开关S根据储能变换器输出电流的方向控制选通开关所处的位置,当电流流出储能变换器,即电池向外释放功率时,选通开关S处在位置2;

当电流流入储能变换器,即电池吸收功率时,选通开关S处在位置1。