[发明专利]一种风电场虚拟同步发电机控制装置

说明书

本发明公开了一种风电场虚拟同步发电机控制装置，包括场站VSG控制器和单机VSG控制器，其中，每个机组配置一个单机VSG控制器，每个单机VSG控制器均与场站VSG控制器相连：所述单机VSG控制器包括频率测量单元、VSG实现单元、电压测量单元、电压闭环控制单元、功率控制单元和单机通讯单元；所述场站VSG控制器包括远程管理单元、电压协调控制单元和场站通讯单元：所述远程管理单元用于进行装置的设定、单机VSG控制器的数据收集和运行记录及显示；所述电压协调控制单元与风电场AVC系统共同调节并维持风电场电压的稳定；所述场站通讯单元分别与单机VSG控制器和风电场AVC系统相连。

技术领域

本发明涉及一种风电场虚拟同步发电机控制装置。

背景技术

传统风电场安装的变速风电机组普遍使用电力电子变流器，其在实现最大功率跟踪的同时，导致风力机转速和电网频率之间不存在耦合关系，因而隐藏了机组风轮的旋转动能，对电网频率变化没有响应措施。随着大量风电机组接入系统，电网有功扰动造成的频率波动也越来越大，而传统风电场采用的AGC系统(自动发电量控制系统)是根据电网调度指令进行整场有功功率分配，稳定延时较长，在系统过渡过程中并不能根据频率变化进行快速有功响应，只能参与系统二次调频。

风电场一般通过场级无功补偿设备实现电压控制和无功补偿，风电机组通常采用定功率因数运行或无功指令跟踪模式为系统提供无功功率。一方面受通信时滞与控制时间常数制约，整体响应时间为百毫秒级，限制了风机对系统电压的快速反应能力，另一方面风机在低功率运行状态下大量的无功补偿能力没有得到利用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种风电场虚拟同步发电机控制装置，能够主动参与一次调频、调压，提供一定的有功和无功支撑，并能够提供惯性阻尼，有效抑制频率振荡，可使风力发电具备与常规火电接近的外特性。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种风电场虚拟同步发电机控制装置，包括场站VSG控制器和单机VSG控制器，其中，每个机组配置一个单机VSG控制器，每个单机VSG控制器均与场站VSG控制器相连：

所述单机VSG控制器包括频率测量单元、VSG实现单元、电压测量单元、电压闭环控制单元、功率控制单元和单机通讯单元：所述频率测量单元用于实时测量风机并网点的电网频率且频率测量单元通过VSG实现单元与单机通讯单元相连；所述VSG实现单元自动响应系统频率的变化量和变化率为机组附加惯量特性，通过一次调频特性为系统提供阻尼；电压测量单元用于实时测量风机并网点的电网电压且电压测量单元通过电压闭环控制单元与单机通讯单元相连；所述电压闭环控制单元在风电机组有功功率和无功功率解耦控制中引入配电线母线电压闭环控制和无功功率调差控制；所述功率控制单元用于调节变桨系统的输出功率；所述单机VSG控制器通过单机通讯单元分别与机组主控制系统、变桨系统、场站VSG控制器和发电机-变流器功率单元相连；

所述场站VSG控制器包括远程管理单元、电压协调控制单元和场站通讯单元：所述远程管理单元用于进行装置的设定、单机VSG控制器的数据收集和运行记录及显示；所述电压协调控制单元与风电场AVC系统共同调节并维持风电场电压的稳定；所述场站通讯单元分别与单机VSG控制器和风电场AVC系统相连。

优选，所述单机VSG控制器与机组主控制系统通讯交互，提取机组信息并通过机组主控制系统控制发电机-变流器功率单元实现一次调频，并将数据上传到场站VSG控制器。

优选，对于风电场同一配电线上不同机组以及不同配电线上的机组，由上级无功调节设备给定配电线连接点的电压定值，通过电压闭环控制单元引入电压调差控制来获得无功分配。

优选，功率控制单元在风机正常运行时降低机组的运行功率。

优选，当需要增加有功功率输出时，功率控制单元通过开桨增大电能的转化率；当需要减小有功功率输出时，功率控制单元通过关桨减小电能的转化率。