构网型风电经二极管整流送出系统风机自同步并网方法与流程

本发明属于新能源发电，具体涉及一种构网型风电经二极管整流送出系统风机自同步并网方法。

背景技术：

1、目前，海上风电正在朝着深远海方向发展，基于模块化多电平换流器(mmc)拓扑的柔性直流输电技术具有制造难度低，系统损耗低，波形质量高等优点，在远距离电能汇集和输送中有十分良好的应用前景。然而，在大容量海上风电场柔直输电系统中，采用mmc拓扑结构的海上换流站的体积和重量较大，其建设与运输成本很高，不利于海上风电的平价上网。与mmc拓扑结构相比，采用二极管拓扑能够显著降低设备的体积和重量，从而降低海上换流站建设成本；但是，送端换流站采用二极管拓扑还会造成送端交流电网不可控及系统启动困难等问题。因此，需要研究海上风电机组的构网型控制策略。

2、风机的构网型控制策略不设置锁相环模块，通过功率与电网电压、频率的耦合特性实现类似于传统同步发电机的电压源特性。然而，这种控制策略在风机并网前无法准确定位电网电压相位，在风机并网前难以实现断路器两侧电压的准确同步，在闭合断路器的瞬间，会发生启动电流过大的问题，需要通过安装启动电阻来抑制启动电流，额外增加风机成本。因此，亟需提出一种适用于构网型风电经二极管整流送出系统的风机自同步并网方法，在无需风机启动电阻的条件下实现风电机组的顺利并网。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服构网型风电经二极管整流送出系统中，构网型风机启动电流过大的问题，提出一种构网型风电经二极管整流送出系统风机自同步并网方法，引入虚拟电流控制模块，通过在风机并网前将虚拟电流控制为零，实现风机断路器两侧电压的预同步，从而在无需风机启动电阻的条件下实现构网型风机的自同步并网。

2、为了实现上述发明目的，本方法采取如下技术方案：

3、一种构网型风电经二极管整流送出系统风机自同步并网方法，所述构网型风电经二极管整流送出系统包括：风力发电机、风机机侧换流器、风机网侧换流器、风机升压变压器、风机断路器、送端联接变压器、送端二极管换流器、受端mmc换流器、受端联接变压器；

4、所述风力发电机经过风机机侧换流器和风机网侧换流器接入海上交流电网，再通过风机升压变压器升压至海上交流母线的电压等级，经过风机断路器接入海上交流母线，多个海上风电机组在海上交流母线汇集后，通过送端联接变压器升压至与直流输电系统相匹配的电压等级，再通过送端二极管换流器整流为直流，输送至受端后通过受端mmc换流器逆变为交流，通过受端联接变压器与受端交流电网相连；

5、所述风机网侧换流器采用自同步构网型控制策略，在风机自同步并网过程中，负责实现风机网侧换流器输出电压与电网电压同步，在风机正常运行过程中，负责维持送端交流电网的稳定；所述风机机侧换流器采用定直流母线电压和无功功率控制策略，负责维持风机直流母线电压稳定；所述受端mmc换流器采用定直流母线电压和无功功率控制策略，根据送端交流电网角频率，调节直流输电系统直流母线电压，维持系统内有功功率平衡；

6、所述风机网侧换流器控制系统，包括虚拟电流计算模块、虚拟电流控制模块、最大功率跟踪模块、有功-频率耦合控制模块、无功-电压耦合控制模块、park变换模块、电压外环控制模块、电流内环控制模块、park反变换模块、调制模块；

7、所述构网型风电经二极管整流送出系统风机自同步并网方法包括以下步骤：

8、首先启动风机机侧换流器和风力发电机，建立风机直流母线电压；

9、风机网侧换流器park反变换模块的输入切换为虚拟电流控制模块的输出；

10、虚拟电流控制模块将虚拟电流控制为零，实现风机网侧换流器输出电压与电网电压同步；

11、风机网侧换流器有功功率参考值给定为零；

12、闭合风机断路器；

13、风机网侧换流器park反变换模块的输入切换为电流内环控制模块的输出；

14、逐步增大风机网侧换流器的有功功率参考值，最终进入最大功率跟踪模式；

15、风机自同步并网过程结束。

16、进一步地，在风机网侧换流器控制系统中，所述虚拟电流计算模块的实现方式如下：

17、

18、其中，lv为虚拟电感，rv为虚拟电阻，ivird、ivirq分别为虚拟电流的d、q轴分量，ugd、ugq分别为送端电网电压的d、q轴分量，uvdref、uvqref分别为网侧换流器参考电压的d、q轴分量；

19、所述虚拟电流控制模块的实现方式如下：

20、

21、其中：fpi1(s)为pi控制器的传递函数，kp1为比例系数，ki1为积分系数，uvd1、uvq1分别为虚拟电流控制模块的输出电压uvdq1的d、q轴分量，ωg为电网电压角频率；

22、所述最大功率跟踪模块，在风机网侧换流器park反变换模块的输入切换为虚拟电流控制模块的输出uvdq1时，输出有功功率参考值为0；在风机网侧换流器park反变换模块的输入切换为电流内环控制模块的输出uvdq2时，逐步增大有功功率参考值，最终进入最大功率跟踪模式；

23、所述有功-频率耦合控制模块，根据以下方法计算参考相位θg：

24、θg(k+1)＝∫ωg(k+1)dt

25、

26、其中，θg(k+1)为下一采样周期的参考相位，ωg(k+1)为下一采样周期的角频率，ωg(k)为本采样周期的角频率，ωn为额定角频率，pgref为有功功率参考值，pg(k)为本采样周期有功功率，j为虚拟转子转动惯量，dp为有功阻尼系数；

27、所述无功-电压耦合控制模块，根据以下方法计算d轴电压参考值ugdref：

28、

29、其中，ugdref(k+1)为下一采样周期的d轴电压参考值，|ug(k)|为本采样周期的电压幅值，uref为电压幅值参考值，qgref为无功功率参考值，qg(k)为本采样周期无功功率，k为虚拟励磁系数，dq为无功阻尼系数；

30、所述park变换模块，将输入的电压和电流从三相坐标系变换到两相同步旋转坐标系中；

31、所述电压外环控制模块，对电压矢量ugdq的d、q轴分量采用pi控制器进行控制，使其跟随电压参考值ugdqref，电压外环控制模块的输出为电流参考值igdqref；

32、所述电流内环控制模块，对电流矢量igdq的d、q轴分量采用pi控制器进行控制，使其跟随电流参考值igdqref，电流内环控制模块的输出为电压uvdq2；

33、所述park反变换模块，将输入电压从两相同步旋转坐标系变换到三相坐标系中，在风机断路器闭合前，其输入电压切换为虚拟电流控制模块的输出电压uvdq1，在风机断路器闭合后，其输入电压切换为电流内环控制模块的输出电压uvdq2；

34、所述调制模块，根据输入的电压参考值uvabcref，生成开关动作信号，实现对风机网侧变流器的控制。

35、本发明的有益效果是：

36、通过采用本发明的技术方案，针对构网型风电经二极管整流送出系统的应用场景，在风机网侧换流器控制系统中引入虚拟电流控制模块，通过在风机并网前将虚拟电流控制为零，实现风机断路器两侧电压的预同步，能够在无需风机启动电阻的条件下实现构网型风机的自同步并网，具有显著的经济效益与良好的应用前景。