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专利号: 202111327055X
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2025-12-10
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风电机组的低电压故障穿越控制系统,包括电压源控制的全功率风电机组,其特征在于,还包括连接风电机组的故障检测器、机侧变换器、储能变换器、储能单元以及网侧变换器控制环路;所述网侧变换器控制环路包括网侧变换器、虚拟电阻控制器;所述机侧变换器、储能变换器、网侧变换器均与相对应的控制器连接控制;所述网侧变换器采用惯性同步控制,即根据直流电压动态实现对电网的自主同步;风电机组直流侧接入储能变换器;所述机侧变换器采用基于转子磁链定向的常规矢量控制;所述虚拟电阻控制器的输入为网侧变换器的输出电流以及短路故障标志位,其输出叠加到网侧变换器的调制电压上作为新的调制电压;当电网出现短路故障时,故障检测器生成故障标志位,在网侧变换器控制环路中投入虚拟电阻用于抑制网侧变换器的过电流,储能变换器的控制器切换到直流电压无差控制状态,从而抑制直流电压过冲,将其维持在合理范围内,降低机侧变换器输出功率参考值为额定值的10%,避免故障时储能吸收过多能量、以及机侧输出功率过低引起的直流电压跌落;当电网短路故障清除后,将网侧变换器控制环路中的虚拟电阻切出,储能变换器的控制器从无差控制状态切换到下垂控制状态,机侧变换器输出功率参考值调整为额定值。

2.根据权利要求1所述的一种含储能的全功率风电机组的低电压故障穿越控制系统,其特征在于,所述网侧变换器控制环路中,直流侧电压标幺值经过积分器后输出为θ,θ与调制电压幅值Ut生成三相正弦电压utabc;在虚拟电阻控制器中,虚拟电阻Rv作为选通开关SEG位置1的输入,选通开关SEG位置2的输入为0,故障标志位Flag作为选通开关SEG的控制信号,故障标志位Flag为0即未发生短路故障时,选通开关SEG处在位置2,故障标志位Flag为1即发生短路故障时,选通开关SEG处在位置1;选通开关SEG的输出经过一个变换率限制环节后与网侧变换器输出电流igabc相乘作为虚拟电阻控制器的输出,三相正弦电压utabc与虚拟电阻控制器的输出之差作为网侧变换器的三相调制电压。

3.根据权利要求2所述的一种含储能的全功率风电机组的低电压故障穿越控制系统,其特征在于,所述虚拟电阻控制器的变换率限制环节中,为避免短路故障恢复后切出虚拟电阻Rv引起的过电流,在Rv值减小到0的过程中变化率限制环节起作用;在虚拟电阻值由0增大到Rv的过程,变化率限制环节不起作用,即不限制虚拟电阻值由0增大到Rv的速率,目的是在故障发生后尽快将虚拟电阻投入限制输出电流过流。

4.根据权利要求2所述的一种含储能的全功率风电机组的低电压故障穿越控制系统,其特征在于,所述储能变换器的控制器中,在储能变换器下垂控制外环的基础上加入了积分控制,直流电压的参考标幺值与直流电压实际标幺值之差作为偏差,该偏差的第一通路进入系数为Kd的下垂控制器;该偏差的第二通路经过系数为KI的积分器后作为选通开关SEG位置1的输入,选通开关SEG位置2的输入为0,故障标志位Flag经过延时时间为TE的下降沿延时器Delayer后作为选通开关SEG的控制信号;选通开关SEG的控制信号为0时,其输出为位置

2,控制信号为1时,其输出为位置1;选通开关SEG的输出叠加到第一通路下垂控制器的输出后作为电流控制内环的参考值,电流内环参考值与反馈值之差经过PI调节器后再经过调制环节作为储能变换器的触发脉冲。

5.根据权利要求2所述的一种含储能的全功率风电机组的低电压故障穿越控制系统,其特征在于,所述虚拟电阻的最小值Rvmin受网侧变换器滤波电感等参数的影响,最小值Rvmin的公式为:

公式(1)中,Ugm为电网电压的幅值;Im为风电机组额定电流的幅值;ωg为电网角频率,即

314.159rad/s;Lf为网侧变换器的滤波电感。

6.根据权利要求5所述的一种含储能的全功率风电机组的低电压故障穿越控制系统,其特征在于,在设计虚拟电阻Rv时,Rv小于Rvmin。