一種風(fēng)電機(jī)組及其低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)電機(jī)組控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種風(fēng)電機(jī)組及其低頻諧振自適 應(yīng)電壓型補(bǔ)償系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 若風(fēng)電機(jī)組所在的電力系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生5-10化的低頻振蕩時(shí)，會(huì)引發(fā)風(fēng)電機(jī)組 的輸出電流發(fā)生劇烈的振蕩；且電力系統(tǒng)發(fā)生低頻諧振的時(shí)間一般會(huì)長達(dá)十幾分鐘，運(yùn)樣 機(jī)組在該工況下會(huì)觸發(fā)相關(guān)保護(hù)，從電網(wǎng)解列。但如果從對電網(wǎng)支撐的角度考慮，保持不 脫網(wǎng)，則會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組使用壽命。目前關(guān)于在電網(wǎng)發(fā)生低頻諧振情況下風(fēng)電機(jī)組的控制 策略研究較少。如發(fā)明專利申請CN201410542918. 9,公開了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng) 低頻振蕩適應(yīng)方法，該方法是在發(fā)生低頻諧振時(shí)對雙饋型風(fēng)電機(jī)組重新建模，將多余的能 量通過chopper卸荷電路進(jìn)行釋放，但并沒有對實(shí)際中的低頻諧振特征進(jìn)行分析，并且該 控制方法中采用的電壓控制方法并未針對低頻諧振采取特殊的抑制措施。還有發(fā)明專利 CN201110175859.2,公開了一種利用風(fēng)電機(jī)組附加阻尼控制器提高系統(tǒng)阻尼的方法，該方 法抑制的低頻諧波的范圍是0. 05-1. 5化，并通過分析低頻諧振特征信號(hào)附加阻尼控制器， 從而增加低頻震蕩的阻尼特性，但該方法依據(jù)最優(yōu)轉(zhuǎn)速跟蹤并非將低頻諧振抑制作為直接 的控制目標(biāo)。
[0003] 由此可見，上述現(xiàn)有的關(guān)于在電網(wǎng)發(fā)生低頻諧振情況下風(fēng)電機(jī)組的控制策略仍存 在有不足，如何能創(chuàng)設(shè)一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定的新的風(fēng)電機(jī)組及其低頻諧振自適應(yīng)電壓 型補(bǔ)償系統(tǒng)和方法，成為當(dāng)前業(yè)界急需改進(jìn)的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定的風(fēng)電機(jī)組低頻諧振自 適應(yīng)電壓型補(bǔ)償系統(tǒng)，使其簡單方便的實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低頻諧振抑制的閉環(huán)控制，從而克服 現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種風(fēng)電機(jī)組低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償系 統(tǒng)，包括傳感器部分、與傳感器部分分別連接的觸發(fā)控制裝置和低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ) 償裝置，
[0006] 所述傳感器部分，用于采集風(fēng)電機(jī)組輸出至電網(wǎng)的電壓電流信號(hào)，并將采集到的 電壓電流信號(hào)傳送至觸發(fā)控制裝置和低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償裝置；
[0007] 所述觸發(fā)控制裝置，用于判斷所述電網(wǎng)是否存在低頻諧振故障；
[0008] 所述低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償裝置，用于在所述觸發(fā)控制裝置判斷出所述電網(wǎng) 存在低頻諧振故障時(shí)，實(shí)時(shí)計(jì)算風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩給定指令的補(bǔ)償量，并將所述補(bǔ)償量發(fā)送至 風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)。
[0009] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述傳感器部分包括電壓傳感器和電流傳感器；
[0010] 所述觸發(fā)控制裝置包括低頻諧振工況判斷模塊、和與其連接的第一信號(hào)輸入端口 和第一信號(hào)輸出端口，所述第一信號(hào)輸入端口與所述電壓傳感器和電流傳感器的輸出端連 接，所述第一信號(hào)輸出端口與所述低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償裝置連接；
[0011] 所述低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償裝置包括依次連接的第二信號(hào)輸入端口、信號(hào)濾 波裝置、電壓信號(hào)自適應(yīng)濾波器、補(bǔ)償量計(jì)算模塊和第二信號(hào)輸出端口，W及開關(guān)模塊；
[0012] 所述第二信號(hào)輸入端口與所述電壓傳感器和電流傳感器的輸出端連接，用于接收 所述電網(wǎng)的電壓電流信號(hào)；
[0013] 所述信號(hào)濾波裝置，用于對接收的電壓電流信號(hào)進(jìn)行高頻濾波；
[0014] 所述電壓信號(hào)自適應(yīng)濾波器，依據(jù)電網(wǎng)低頻諧振特征值設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器，并提 取所述電網(wǎng)的基波成分；
[0015] 所述補(bǔ)償量計(jì)算模塊，用于計(jì)算風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩給定指令的補(bǔ)償量；
[0016] 所述第二信號(hào)輸出端口，用于將所述風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩給定指令的補(bǔ)償量傳送至風(fēng)電 機(jī)組主控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制器；
[0017] 所述開關(guān)模塊與所述第一信號(hào)輸出端口連接，用于控制所述低頻諧振自適應(yīng)電壓 型補(bǔ)償裝置的啟閉。
[001引本發(fā)明還提供一種包含上述風(fēng)電機(jī)組低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償系統(tǒng)的風(fēng)電機(jī) 組，使其在低頻諧振工況下運(yùn)行穩(wěn)定，從而克服現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組的不足。
[0019] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組包含上述風(fēng)電機(jī)組低頻諧振自適應(yīng)電壓型 補(bǔ)償系統(tǒng)，且所述電壓傳感器和電流傳感器設(shè)置于風(fēng)電機(jī)組出口端，所述觸發(fā)控制裝置設(shè) 置在風(fēng)電機(jī)組主控PLC控制柜中。
[0020] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述風(fēng)電機(jī)組為雙饋型風(fēng)電機(jī)組或全功率型風(fēng)電機(jī)組。
[0021] 本發(fā)明還提供一種風(fēng)電機(jī)組低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償方法，所述方法為：
[0022] (1)檢測所述風(fēng)電機(jī)組中電網(wǎng)的電壓電流信號(hào)；
[0023] 似由低頻諧振工況判斷模塊根據(jù)所述電壓電流信號(hào)判斷所述電網(wǎng)是否存在低頻 諧振故障，若是，進(jìn)行步驟（3)，若否，返回步驟（1);
[0024] (3)通過信號(hào)濾波裝置對所述電壓電流信號(hào)進(jìn)行高頻濾波，并根據(jù)所述電網(wǎng)中低 頻諧振特征值設(shè)計(jì)電壓信號(hào)自適應(yīng)濾波器；
[00巧](4)所述電壓信號(hào)自適應(yīng)濾波器提取所述電網(wǎng)的基波成分，并通過計(jì)算模塊計(jì)算 所述電網(wǎng)中實(shí)時(shí)低頻諧波分量和低頻諧波分量在電網(wǎng)中的占比，W及相應(yīng)的風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩 給定指令的補(bǔ)償量；
[0026] 妨將步驟（4)得到的補(bǔ)償量通過所述風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩控制器和變頻器控制器發(fā) 送給所述風(fēng)電機(jī)組的變頻器，由所述變頻器實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組電機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組 低頻諧振抑制的閉環(huán)控制。
[0027] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟（2)中判斷所述電網(wǎng)是否存在低頻諧振故障的 方法為：當(dāng)所述電網(wǎng)的電流出現(xiàn)大幅振蕩，判斷其電流值是否超過預(yù)設(shè)的電流闊值，若所述 電流值超過電流闊值，對所述電網(wǎng)的電壓頻率進(jìn)行特征值分析，判斷電壓中是否含有低頻 諧波，若電壓中含有低頻諧波，表明所述電網(wǎng)存在低頻諧振故障；若所述電網(wǎng)的電流未出現(xiàn) 大幅振蕩、電流值未超過所述電流闊值或所述電壓中不含有低頻諧波，表明所述電網(wǎng)不存 在低頻諧振故障。
[0028] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟（3)中電壓信號(hào)自適應(yīng)濾波器的數(shù)學(xué)傳遞函數(shù)表達(dá)式為：
[0030] 其中，《。= 2 31 f if，fif為低頻諧波的頻率值，S為傳遞函數(shù)中的頻率變量。
[0031] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟（4)中風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩給定指令的補(bǔ)償量算式為：-k*TfW (t)， 其中，Tw (t)為在正常工況下風(fēng)電機(jī)組主控中轉(zhuǎn)矩控制器發(fā)出的轉(zhuǎn)矩給定值，k為低頻諧波 分量在電網(wǎng)中的占比。
[0032] 采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0033] 本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償系統(tǒng)，通過對電網(wǎng)中電壓電流信號(hào)檢 ，判斷電網(wǎng)中是否存在低頻諧振故障，又通過該電網(wǎng)低頻諧振特征值設(shè)計(jì)電壓信號(hào)自適 應(yīng)濾波器，提取電網(wǎng)的基波成分，并計(jì)算實(shí)時(shí)風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩給定值的補(bǔ)償量，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組 輸出功率的相對穩(wěn)定，增強(qiáng)了風(fēng)電機(jī)組的抗擾動(dòng)特性，維持風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)低頻諧振故障 狀態(tài)下的不脫網(wǎng)運(yùn)行。
【附圖說明】
[0034] 上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，W下 結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0035] 圖1是本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償系統(tǒng)在雙饋風(fēng)電機(jī)組中的應(yīng) 用不意圖；
[0036] 圖2是本發(fā)明中觸發(fā)控制裝置的控制流程圖；
[0037] 圖3是本發(fā)明中低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償裝置的控制流程圖；
[0038] 圖4是本發(fā)明中自適應(yīng)陷波濾波器的濾波功能示意圖；
[0039] 圖5是本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償系統(tǒng)在全功率風(fēng)電機(jī)組中的 應(yīng)用示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 本實(shí)施例W雙饋型風(fēng)電機(jī)組為例，對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，不應(yīng)理解為 是對本發(fā)明實(shí)施的任何限制。
[0041] 參照附圖1所示，本發(fā)明一種風(fēng)電機(jī)組低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償系統(tǒng)，包括傳 感器部分、與傳感器部分分別連接的觸發(fā)控制裝置和低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償裝置。
[0042] 傳感器部分包括電壓傳感器和電流傳感器，該電壓傳感器和電流傳感器設(shè)置于風(fēng) 電機(jī)組輸出端，用于采集風(fēng)電機(jī)組輸出端電網(wǎng)的電壓電流信號(hào)，并將采集到的電壓電流信 號(hào)傳送至觸發(fā)控制裝置和低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償裝置。
[0043] 觸發(fā)控制裝置包括低頻諧振工況判斷模塊、和與其連接的第一信號(hào)輸入端口和第 一信號(hào)輸出端口，該第一信號(hào)輸入端口與上述電壓傳感器和電流傳感器的輸出端連接，該 第一信號(hào)輸出端口與低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償裝置連接。 W44] 當(dāng)觸發(fā)控制裝置由第一信號(hào)輸入端口接收到風(fēng)電機(jī)組輸出端的電壓電流信號(hào)時(shí)， 由低頻諧振工況判斷模塊判斷電網(wǎng)是否發(fā)生低頻諧振故障，若是，則由第一信號(hào)輸出端口 觸發(fā)低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償裝置啟動(dòng)；若否，繼續(xù)采集風(fēng)電機(jī)組輸出端的電壓電流信 號(hào)。 W45] 該低頻諧振自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償裝置包括依次連接的第二信號(hào)輸入端口、信號(hào)濾波 裝置、電壓信號(hào)自適應(yīng)濾波器、補(bǔ)償量計(jì)算模塊和第二信號(hào)輸出端口，W及控制該低頻諧振 自適應(yīng)電壓型補(bǔ)償裝置啟閉的開關(guān)模塊。
[0046] 該第二信號(hào)輸入端口與上述電壓傳感器和電流傳感器的輸出端連接，用于接收電 壓電流信號(hào)，并將其接收到的電壓電流信號(hào)傳送至信號(hào)濾波裝置。由該信號(hào)濾波裝置對接 收到的電壓電流信號(hào)進(jìn)行高頻濾波，排除不必要的干擾，再由電壓信號(hào)自適應(yīng)濾波器依據(jù) 電網(wǎng)低頻諧振特征值設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器，由該自適應(yīng)濾波器提取電網(wǎng)的基波成分，并由補(bǔ) 償量計(jì)算模塊計(jì)算出相應(yīng)的實(shí)時(shí)低頻諧波成分、W及低頻諧波含量在電網(wǎng)中的實(shí)時(shí)占比， 最后計(jì)算出風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩給定指令的補(bǔ)償量，再由第二信號(hào)輸出端口將該風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩給 定指令的補(bǔ)償量傳送至風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)，并由該風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制器將該補(bǔ)