專利名稱：一種風力發(fā)電機組及其無功控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力電子技術，更具體地說，涉及一種風力發(fā)電機組的無功控制方法
及裝置。
背景技術：
兆瓦級風力發(fā)電機組目前普遍采用變速恒頻技術，即通過變流器的適配作用，將 變速運行的發(fā)電機與固定頻率的電網(wǎng)連接起來。圖1和圖2分別是雙饋風力發(fā)電機組和 全功率風力發(fā)電機組的邏輯圖，該雙饋風力發(fā)電機組和全功率風力發(fā)電機組分別主要包括 風機、發(fā)電機、變流器、變壓器和控制系統(tǒng)。其中變流器一般具有完整的有功功率和無功功 率控制能力，其常見拓撲如圖3所示，該變流器包括連接電網(wǎng)的網(wǎng)側變換器200、直流母線 300、連接發(fā)電機的機側變換器400和變流控制器500。變流器接受控制系統(tǒng)的指令，實現(xiàn) 對機組有功和無功功率的調(diào)節(jié)。一般地，機組的有功功率是通過機側變換器400直接調(diào)節(jié) 的，而機組的無功功率的調(diào)節(jié)，在雙饋系統(tǒng)中是通過機側變換器400直接調(diào)節(jié)的，而在全功 率系統(tǒng)中是通過網(wǎng)側變換器200直接調(diào)節(jié)的。目前，風力發(fā)電機組及其變流器只有在現(xiàn)場風況達到開機條件時才可正常運行， 機組可控制的有功和無功輸出。但在現(xiàn)場風況達不到開機條件時，風力發(fā)電機組及其變流 器均處于停機狀態(tài)，此時機組無法控制其有功和無功輸出。由于風電場風況的季節(jié)性和隨 機性，在現(xiàn)場風況達不到開機條件的時段，目前的風力發(fā)電機組及其變流器會處于停機狀 態(tài)，無法控制其有功和無功輸出。而該時段內(nèi)風電場的大容量主變壓器、眾多的箱式變壓器 及其他輔助用電設備仍掛在電網(wǎng)上，仍會消耗較多的無功功率。這樣，在風況達不到開機條 件的時段，風電場的無功表現(xiàn)較差，往往需要配置其他的無功補償設備來進行改善。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述在風況達不到開機條件時需 要配置其它的無功補償設備來進行無功補償?shù)娜毕?，提供一種風力發(fā)電機組的無功控制方法。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是構造風力發(fā)電機組的無功控制方 法，在風況達不到開機條件時通過控制變流器中的網(wǎng)側變換器來實現(xiàn)電網(wǎng)的無功補償。在本發(fā)明所述的風力發(fā)電機組的無功控制方法中，通過以下步驟控制變流器中的 網(wǎng)側變換器
在風況達不到開機條件時，開啟或維持變流器中的網(wǎng)側變換器的運行； 對三相電網(wǎng)電壓進行矢量定向以確定矢量角；
根據(jù)所確定的矢量角將三相網(wǎng)側電流進行靜止/旋轉(zhuǎn)變換，以生成有功電流的反饋值 和無功電流的反饋值；
根據(jù)直流母線電壓的給定值和直流母線電壓的反饋值通過第一比例積分控制器計算 有功電流的給定值；
4根據(jù)有功電流的給定值和有功電流的反饋值通過第二比例積分控制器計算有功電
壓；
根據(jù)無功電流的給定值和無功電流的反饋值通過第三比例積分控制器計算無功電
壓；
根據(jù)所確定的矢量角將有功電壓和無功電壓進行旋轉(zhuǎn)/靜止變換，以生成三相輸出電
壓；
將三相輸出電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}寬調(diào)制信號并輸出至網(wǎng)側變換器。 在本發(fā)明所述的風力發(fā)電機組的無功控制方法中，該方法還包括 直接產(chǎn)生無功電流的給定值。在本發(fā)明所述的風力發(fā)電機組的無功控制方法中，該方法還包括 根據(jù)無功功率的給定值計算無功電流的給定值。本發(fā)明還構造一種風力發(fā)電機組，包括無功控制裝置，所述無功控制裝置用于在 風況達不到開機條件時通過控制網(wǎng)側變換器來實現(xiàn)電網(wǎng)的無功補償。在本發(fā)明所述的風力發(fā)電機組中，該無功控制裝置包括
用于對三相電網(wǎng)電壓進行矢量定向以確定矢量角的矢量定向單元； 用于根據(jù)所確定的矢量角將三相網(wǎng)側電流進行靜止/旋轉(zhuǎn)變換，以生成有功電流的反 饋值和無功電流的反饋值的靜止/旋轉(zhuǎn)變換單元；
用于根據(jù)直流母線電壓的給定值和直流母線電壓的反饋值計算有功電流的給定值的 第一比例積分控制器；
用于根據(jù)有功電流的給定值和有功電流的反饋值計算有功電壓的第二比例積分控制
器；
用于根據(jù)無功電流的給定值和無功電流的反饋值計算無功電壓的第三比例積分控制
器；
用于根據(jù)所確定的矢量角將有功電壓和無功電壓進行旋轉(zhuǎn)/靜止變換，以生成三相輸 出電壓的旋轉(zhuǎn)/靜止變換單元；
用于將三相輸出電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}寬調(diào)制信號并輸出至網(wǎng)側變換器的脈寬調(diào)制單元。在本發(fā)明所述的風力發(fā)電機組中，所述無功控制裝置還包括 用于直接產(chǎn)生無功電流的給定值的無功電流產(chǎn)生單元。在本發(fā)明所述的風力發(fā)電機組中，所述無功控制裝置還包括
用于根據(jù)無功功率的給定值計算無功電流的給定值的無功電流計算單元。實施本發(fā)明的技術方案，相比在現(xiàn)場風況達不到開機條件時，變流器中的網(wǎng)側變 換器和機側變換器同時關閉，因而變流器沒有無功控制能力，需要配置其它無功補償設備 來進行無功補償?shù)默F(xiàn)有技術，因此本發(fā)明的無功控制方法和裝置可以較小的成本，在現(xiàn)場 風況達不到開機條件的時段，仍可控制變流器中的網(wǎng)側變換器輸出一定的無功，以進行無 功補償，從而提升風電場在所有時段的無功控制能力。
下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中 圖1是現(xiàn)有的雙饋風力發(fā)電機組的組成圖；圖2是現(xiàn)有的全功率風力發(fā)電機組的組成圖； 圖3是圖1和圖2中的變流器的拓撲圖4是本發(fā)明風力發(fā)電機組的無功控制方法優(yōu)選實施例的流程圖； 圖5是本發(fā)明風力發(fā)電機組的無功控制裝置優(yōu)選實施例的邏輯電路圖。
具體實施例方式作為本發(fā)明風力發(fā)電機組的無功控制方法的實施例，該無功控制方法為在風況 達不到開機條件時通過控制變流器中的網(wǎng)側變換器來實現(xiàn)對電網(wǎng)的無功控制。相比在現(xiàn)場 風況達不到開機條件時，網(wǎng)側變換器和機側變換器同時關閉，因而變流器沒有無功控制能 力，需要配置其它無功補償設備來進行無功補償?shù)默F(xiàn)有技術，因此本發(fā)明的無功控制方法 可以以較小的成本，在現(xiàn)場風況達不到開機條件的時段，仍可控制變流器中的網(wǎng)側變換器 輸出一定的無功，以進行無功補償，從而提升風電場在所有時段的無功控制能力。如圖4所示，本發(fā)明風力發(fā)電機組的無功控制方法優(yōu)選實施例的流程圖中，該無 功控制方法包括
5100.在風況達不到開機條件時，開啟或維持變流器中的網(wǎng)側變換器的運行；
5101.對三相電網(wǎng)電壓進行矢量定向以確定矢量角；
5102.根據(jù)所確定的矢量角將三相網(wǎng)側電流進行靜止/旋轉(zhuǎn)變換，以生成有功電流的 反饋值和無功電流的反饋值；
5103.根據(jù)直流母線電壓的給定值和直流母線電壓的反饋值通過第一比例積分控制器 計算有功電流的給定值；
5104.根據(jù)有功電流的給定值和有功電流的反饋值通過第二比例積分控制器計算有功 電壓；
5105.根據(jù)無功電流的給定值和無功電流的反饋值通過第三比例積分控制器計算無功 電壓，在該步驟中，無功電流的給定值可直接產(chǎn)生，也可根據(jù)無功功率的給定值計算出；
5106.根據(jù)所確定的矢量角將有功電壓和無功電壓進行旋轉(zhuǎn)/靜止變換，以生成三相 輸出電壓；
5107.將三相輸出電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}寬調(diào)制信號并輸出至網(wǎng)側變換器。如圖5所示，在本發(fā)明的風力發(fā)電機組的無功控制裝置優(yōu)選實施例的邏輯電路圖 中，該無功控制裝置包括矢量定向單元10、靜止/旋轉(zhuǎn)變換單元20、第一比例積分控制器 30、第二比例積分控制器40、第三比例積分控制器50、旋轉(zhuǎn)/靜止變換單元60和脈寬調(diào)制 單元70。其中，矢量定向單元10用于對三相電網(wǎng)電壓Va、Vb、Vc進行矢量定向以確定矢量 角θ ；靜止/旋轉(zhuǎn)變換單元20用于根據(jù)所確定的矢量角θ將三相網(wǎng)側電流la、lb、Ic進 行靜止/旋轉(zhuǎn)變換，以生成有功電流的反饋值Id和無功電流的反饋值Iq ；第一比例積分控 制器30用于根據(jù)直流母線電壓的給定值Vdc*和直流母線電壓的反饋值Vdc計算有功電流 的給定值Id* ；第二比例積分控制器40用于根據(jù)有功電流的給定值Id*和有功電流的反饋 值Id計算有功電壓Ud ；第三比例積分控制器50用于根據(jù)無功電流的給定值Iq*和無功電 流的反饋值Iq計算無功電壓Uq;旋轉(zhuǎn)/靜止變換單元60用于根據(jù)所確定的矢量角θ將 有功電壓Ud和無功電壓Uq進行旋轉(zhuǎn)/靜止變換，以生成三相輸出電壓fe、Ub.Uc ；脈寬調(diào) 制單元70用于將三相輸出電壓fe、WkUC轉(zhuǎn)變?yōu)槊}寬調(diào)制信號，并輸出至網(wǎng)側變換器。經(jīng)過上面的控制過程，變流器中的網(wǎng)側變換器可穩(wěn)定工作，其無功控制能力最終體現(xiàn)在網(wǎng)側 電流la、lb、Ic上。在一個實施例中，該無功控制裝置還包括無功電流產(chǎn)生單元，用于直接產(chǎn)生無 功電流的給定值Iq*，該電流產(chǎn)生單元可以是圖3中的變流控制器500，也可以是圖1或 圖2中的控制系統(tǒng)，還可以是風力發(fā)電機組中的SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))系統(tǒng)(未示出)。在另一實施例中，該無功控制裝置還包括無功電流計算單元，用于根據(jù)無功功率 的給定值計算無功電流的給定值，該電流計算單元可以是圖3中的變流控制器500，也可以 是圖1或圖2中的控制系統(tǒng)，還可以是風力發(fā)電機組中的SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))系統(tǒng)。實施本發(fā)明的技術方案，通過采用基于電網(wǎng)電壓定向的經(jīng)典矢量控制方法，利用 風電發(fā)電機組變流器中網(wǎng)側變換器的無功控制能力，調(diào)整控制系統(tǒng)和變流控制器的工作方 式，以較小的成本，在現(xiàn)場風況達不到開機條件的時段，仍可讓機組輸出一定的無功，從而 提升風電場在所有時段的無功控制能力。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技 術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種風力發(fā)電機組的無功控制方法，其特征在于，在風況達不到開機條件時通過控 制變流器中的網(wǎng)側變換器來實現(xiàn)對電網(wǎng)的無功控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電機組的無功控制方法，其特征在于，通過以下步驟 控制網(wǎng)側變換器在風況達不到開機條件時，開啟或維持變流器中的網(wǎng)側變換器的運行； 對三相電網(wǎng)電壓進行矢量定向以確定矢量角；根據(jù)所確定的矢量角將三相網(wǎng)側電流進行靜止/旋轉(zhuǎn)變換，以生成有功電流的反饋值 和無功電流的反饋值；根據(jù)直流母線電壓的給定值和直流母線電壓的反饋值通過第一比例積分控制器計算 有功電流的給定值；根據(jù)有功電流的給定值和有功電流的反饋值通過第二比例積分控制器計算有功電壓；根據(jù)無功電流的給定值和無功電流的反饋值通過第三比例積分控制器計算無功電壓；根據(jù)所確定的矢量角將有功電壓和無功電壓進行旋轉(zhuǎn)/靜止變換，以生成三相輸出電壓；將三相輸出電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}寬調(diào)制信號并輸出至網(wǎng)側變換器。
3.根據(jù)權利要求2所述的風力發(fā)電機組的無功控制方法，其特征在于，該方法還包括 直接產(chǎn)生無功電流的給定值。
4.根據(jù)權利要求2所述的風力發(fā)電機組的無功控制方法，其特征在于，該方法還包括 根據(jù)無功功率的給定值計算無功電流的給定值。
5.一種風力發(fā)電機組，其特征在于，包括無功控制裝置，所述無功控制裝置用于在風況 達不到開機條件時通過控制變流器中的網(wǎng)側變換器來實現(xiàn)對電網(wǎng)的無功控制。
6.根據(jù)權利要求5所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，包括以下控制單元 用于對三相電網(wǎng)電壓進行矢量定向以確定矢量角的矢量定向單元；用于根據(jù)所確定的矢量角將三相網(wǎng)側電流進行靜止/旋轉(zhuǎn)變換，以生成有功電流的反 饋值和無功電流的反饋值的靜止/旋轉(zhuǎn)變換單元；用于根據(jù)直流母線電壓的給定值和直流母線電壓的反饋值計算有功電流的給定值的 第一比例積分控制器；用于根據(jù)有功電流的給定值和有功電流的反饋值計算有功電壓的第二比例積分控制器；用于根據(jù)無功電流的給定值和無功電流的反饋值計算無功電壓的第三比例積分控制器；用于根據(jù)所確定的矢量角將有功電壓和無功電壓進行旋轉(zhuǎn)/靜止變換，以生成三相輸 出電壓的旋轉(zhuǎn)/靜止變換單元；用于將三相輸出電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}寬調(diào)制信號并輸出至網(wǎng)側變換器的脈寬調(diào)制單元。
7.根據(jù)權利要求6所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述無功控制裝置還包括 用于直接產(chǎn)生無功電流的給定值的無功電流產(chǎn)生單元。
8.根據(jù)權利要求6所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述無功控制裝置還包括用于根據(jù)無功功率的給定值計算無功電流的給定值的無功電流計算單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電機組及其無功控制方法，該無功控制方法在風況達不到開機條件時通過控制變流器中的網(wǎng)側變換器來實現(xiàn)對電網(wǎng)的無功控制。相比在現(xiàn)場風況達不到開機條件時，變流器中的網(wǎng)側變換器和機側變換器同時關閉，因而變流器沒有無功控制能力，需要配置其它無功補償設備來進行無功補償?shù)默F(xiàn)有技術，因此本發(fā)明的無功控制方法和裝置可以較小的成本，在現(xiàn)場風況達不到開機條件的時段，仍可控制變流器中的網(wǎng)側變換器輸出一定的無功，以進行無功補償，從而提升風電場在所有時段的無功控制能力。
文檔編號H02J3/18GK102097812SQ201110041460
公開日2011年6月15日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權日2011年2月21日
發(fā)明者呂一航, 周黨生, 王云杰, 王琰, 盛小軍 申請人:深圳市禾望電氣有限公司