[发明专利]一种双馈风力发电机组自同步控制方法

权利要求书

1.一种双馈风力发电机组自同步控制方法，其特征在于，提供一种自同步控制策略，使得变流器在外特性上更接近于同步机，呈现类似传统电机惯性，在受到扰动后可快速恢复系统频率及电压稳定；通过在直流电压时间尺度上对双馈风电机组自同步控制进行建模和分析，能够验证自同步策略应用于风电场并网的可行性，并进一步缓解系统发生次同步振荡问题的严重性，有效提高电网稳定性。

2.根据权利要求1所述的双馈风力发电机组自同步控制方法，其特征在于，提供一种包括风力机、感应发电机、转子侧变换器和网侧变换器的系统，其中，风能经风力机转化为动能，并通过其机械轴系传到感应发电机，实现电能的转换，其定子直接与电网相连，转子则连接转子侧变换器和网侧变换器。

3.根据权利要求1所述的双馈风力发电机组自同步控制方法，其特征在于，该系统包括风力机控制系统，即空气动力学模型、MPPT控制、电磁转矩控制、桨距角与桨距角补偿控制、速度控制等模块以及机械轴系模型；机械系统由风轮、低速轴、变速箱、高速轴和发电机转子等几部分组成，其轴系可被分为多个质量块，为简化分析和建模，采用两质量块模型来模拟双馈风电机组的机械轴系部分。

4.根据权利要求3所述的双馈风力发电机组自同步控制方法，其特征在于，风力机和机械轴系模型，包括建立自同步发电机的定转子磁链方程、定转子电压方程、电磁转矩方程和机械运动方程；根据实时风速采用转速最优化算法进行计算，得到转速优化结果，根据桨距角指令进行桨距角及补偿控制计算，得桨距角优化结果并反馈到输入端；气动功率输出电磁功率经电磁转矩、MPPT控制、机械轴系运动方程、速度控制环节后，输出功率参考值。

5.根据权利要求1所述的双馈风力发电机组自同步控制方法，其特征在于，双馈风电机组转子侧变换器控制采用自同步控制方法，用于实现对输出电流矢量幅值和频率的独立控制，系统包括功率同步控制、无功功率控制、阻尼控制和虚拟电阻限流控制环节，其中，由不平衡有功功率经过虚拟的直流电压动态方程调节输出电流的频率/相位进而实现对内电流频率/相位的调节，由不平衡无功功率或端电压经过PI控制器调节输出电流的幅值进而实现对内电流幅值的调节。

6.根据权利要求5所述的双馈风力发电机组自同步控制方法，其特征在于，功率同步控制环节模拟同步机的转子运动方程，对直流电压控制器进行线性化推导，确保双馈风机不依赖于电网状态而实现与电网同步运行，即实现自同步运行；当双馈风机实际输出的电磁功率与前面风力机控制产生的功率指令不平衡时，经过虚拟的直流电压控制环节来对内电流相位进行调节，然后由内电流频率与转子频率作差得到输出电流的频率，对其进行积分可得输出电流的相位。

7.根据权利要求5所述的双馈风力发电机组自同步控制方法，其特征在于，无功功率控制与同步机励磁系统通过调节励磁电压的大小来维持发电机端电压稳定的原理类似，自同步控制双馈风机无功功率的稳定可以通过调节内电流的幅值大小来维持；采用自同步控制的双馈风机由于具有较强机电耦合特性，能够主动响应系统的扰动，会出现与同步机一样的振荡问题，但风机本身不具备阻尼绕组，定子侧和转子侧绕组的阻尼作用也较弱，所以引入附加的阻尼控制环节来抑制振荡现象。

8.根据权利要求1所述的双馈风力发电机组自同步控制方法，其特征在于，双馈风电机组网侧变换器控制采用传统的电压外环电流内环控制方式，主要用于维持直流母线电压的恒定，并控制输入功率因数。

9.根据权利要求1所述的双馈风力发电机组自同步控制方法，其特征在于，双馈风电机组自同步控制系统的建模分析步骤包括，建立传统双馈型风电机组发电机模型；建立双馈风力机以及机械轴系模型；建立电力电子变换器即转子侧、网侧变换器模型；整合双馈风电机组与同步机系统线性化模型；精确重整设备输入/输出间网络耦合关系，推导设备间作用路径得出致稳性阻尼系数，分析次同步振荡的稳定性。