一种风电机组的控制系统的制作方法

1.本发明涉及发电技术领域，特别涉及一种风电机组的控制系统。


背景技术：

2.目前，风电机组在发电方面得到了广泛的应用，其中，风电机组对电网故障十分敏感，在故障情况下，机侧变流器对双馈发电机控制能力有限，导致机组故障穿越能力较弱，因此，为了保证运行安全，风电机组必须具备低电压穿越能力。
3.然而，相关技术中，当电网电压发生跌落故障时，双馈发电机组转子会出现过电流和过电压现象，对于轻度电压跌落常通过改进控制策略，使用灭磁控制来实现故障穿越运行，通过转子磁场抵消定子磁场中的暂态分量，加速定子磁链直流分量的衰减来限制故障过程中较大的定转子电流。但是前述技术不能加快暂态磁链的衰减且不能减小转子电流的峰值。
4.因此，如何实现在电压跌落期间可以加快暂态磁链的衰减，减小转子电流的峰值，以提高双馈风电机组的故障穿越能力，已成为了亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本技术提供了风电机组的控制系统，在电压跌落期间可以加快暂态磁链的衰减，减小转子电流的峰值，提高了双馈风电机组的故障穿越能力。
6.根据本技术的第一方面，提供了一种风电机组的控制系统，所述控制系统设置在风电机组中，所述系统，包括：获取组件、控制组件、第一励磁控制组件以及第二励磁控制组件；其中，所述获取组件，用于获取风电机组对应的变流器组的电压幅值和所述风电机组的低电压穿越状态对应的电压阈值；以及，响应于所述电压幅值小于所述电压阈值，则生成第一控制指令发送至所述控制组件；所述控制组件，用于接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令接入所述第一励磁控制组件和所述第二励磁控制组件，以通过所述第一励磁控制组件和所述第二励磁控制组件对所述风电机组进行励磁控制。
7.另外，根据本技术上述实施例的一种风电机组的控制系统，还可以具有如下附加的技术特征：
8.根据本技术的一个实施例，所述获取组件，还用于：获取所述风电机组的并网点电压，以根据所述并网点电压，获取所述电压幅值。
9.根据本技术的一个实施例，所述获取组件，还用于：获取所述风电机组的额定电压，以根据所述额定电压，获取所述电压阈值。
10.根据本技术的一个实施例，所述获取组件，还用于重新获取所述电压幅值，以得到更新后的电压幅值；以及，响应于所述更新后的电压幅值大于或者等于所述电压阈值，则生成第二控制指令发送至所述控制组件；所述控制组件，还用于接收所述第二控制指令，并根据所述第二控制指令断开与所述第二励磁控制组件之间的连接，以通过所述第一励磁控制组件对所述风电机组进行励磁控制。
11.根据本技术的一个实施例，所述获取组件，还用于获取所述第一励磁控制组件的第一转子的第一电流值和第一电压值；以及，根据所述第一电流值和所述第一电压值，获取所述第二励磁控制组件的第二转子的第二电流值和第二电压值，并将所述第二电流值和所述第二电压值发送至所述控制组件；所述控制组件，还用于接收所述第二电流值和所述第二电压值，以控制所述第二励磁控制组件根据所述第二电流值和所述第二电压值对所述风电机组进行励磁控制。
12.根据本技术的一个实施例，所述获取组件，还用于：对所述第一电流值进行坐标变换处理，以得到所述第一电流值对应的第一电流分量和第二电流分量；根据所述第一电流分量和所述第二电流分量，确定所述第二电流值；获取所述第一电流值和所述第二电流值之间的电流差值，并根据所述电流差值，获取所述第二电压值。
13.根据本技术的一个实施例，所述获取组件，还用于：对所述第一电流值进行三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换，以得到第一电流中间值；对所述第一电流中间值进行两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换，以得到所述第一电流分量和所述第二电流分量。
14.根据本技术的一个实施例，所述获取组件，还用于：获取所述第一励磁控制组件的第一转子的第一电阻值和/或所述第二励磁控制组件的第二转子的第二电阻值；根据所述第一电阻值和所述第二电阻值，获取所述风电机组的故障穿越能力预测结果。
15.根据本技术的一个实施例，所述获取组件，还用于：获取所述风电机组的电机漏磁系数、所述第一转子的第一转子自感以及所述第二转子的第二转子自感；根据所述电机漏磁系数、所述第一转子自感、所述第二转子自感、所述第一电阻值以及所述第二电阻值，获取所述风电机组的传递函数。
16.本技术实施例提供的技术方案至少包括如下有益效果：
17.本技术提供了风电机组的控制系统，在电压跌落期间可以加快暂态磁链的衰减，减小了转子电流的峰值，提高了双馈风电机组的故障穿越能力。
18.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
19.附图用于更好地理解本方案，不构成对本技术的限定。其中：
20.图1为本技术实施例提供的一种风电机组的控制系统的示意图；
21.图2为本技术实施例提供的一种风电机组拓扑图的示意图；
22.图3为本技术实施例提供的一种风电机组电路的示意图；
23.图4为本技术实施例提供的一种风电机组的控制系统的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
24.以下结合附图对本技术的示范性实施例做出说明，其中包括本技术实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本技术的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
25.下面采用实施例对本技术的风电机组的控制系统进行详细说明。
26.图1为本技术实施例提供的风电机组的控制系统的结构示意图。
27.如图1所示，本实施例中的风电机组的控制系统1000，该控制系统设置在风电机组中，风电机组的控制系统1000，包括：获取组件100、控制组件200、第一励磁控制组件300以及第二励磁控制组件400。
28.其中，获取组件100，用于获取风电机组对应的变流器组的电压幅值和风电机组的低电压穿越状态对应的电压阈值；以及，响应于电压幅值小于电压阈值，则生成第一控制指令发送至控制组件200。
29.需要说明的是，变流器组包括多个电流器，例如，第一变流器、第二变流器等。
30.其中，变流器是指使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。
31.需要说明的是，变流器组的电压幅值包括每一个变流器对应的电压幅值。
32.其中，低压穿越状态指的是在风电机组并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率的状态。
33.需要说明的是，在试图获取风电机组的低电压穿越状态对应的电压阈值时，可以先获取风电机组的额定电压，然后根据额定电压，获取低电压穿越状态对应的电压阈值。
34.在本技术实施例中，在获取到风电机组对应的变流器组的电压幅值和风电机组的低电压穿越状态对应的电压阈值后，可以基于电压幅值与电压阈值之间的大小关系，判断是否生成第一控制指令。可选地，当电压幅值小于电压阈值时，则生成第一控制指令；可选地，当电压幅值大于或者等于电压阈值时，则重新获取风电机组对应的变流器组的电压幅值和风电机组的低电压穿越状态对应的电压阈值。
35.进一步地，在生成控制指令后，获取组件100将第一控制指令发送至控制组件200。
36.其中，控制组件200，用于接收第一控制指令，并根据第一控制指令同时接入第一励磁控制组件300和第二励磁控制组件400，以通过第一励磁控制组件300和第二励磁控制组件400对风电机组进行励磁控制。
37.在本技术实施例中，在获取组件100将第一控制指令发送至控制组件200后，控制组件200接收第一控制指令。
38.进一步地，在控制组件200接收第一控制指令后，可以根据第一控制指令接入第一励磁控制组件300和第二励磁控制组件400，以通过第一励磁控制组件300和第二励磁控制组件400对风电机组进行励磁控制。
39.其中，励磁控制，指的是控制向发电机转子提供转子电源。
40.本技术提供了一种风电机组的控制系统，该控制系统设置在风电机组中，该系统，包括：获取组件、控制组件、第一励磁控制组件以及第二励磁控制组件获取组件，用于获取风电机组对应的变流器组的电压幅值和所电机组的低电压穿越状态对应的电压阈值；以及，响应于电压幅值小于电压阈值，则生成第一控制指令发送至控制组件；控制组件，用于接收第一控制指令，并根据第一控制指令接入第一励磁控制组件和第二励磁控制组件，以通过第一励磁控制组件和第二励磁控制组件对风电机组进行励磁控制。由此，本技术第二励磁控制组件的引入增大了转子侧等效电路的等效电阻，加快了暂态磁链的衰减，同时在电压跌落过程中减小了转子电流的峰值，提高了双馈风电机组的故障穿越能力。
41.在一些实施例中，获取组件100，还用于：获取风电机组的并网点电压，以根据并网点电压，获取电压幅值。
42.需要说明的是，在获取风电机组的并网点电压时，可以直接对风电机组的并网点电压进行测量，以获取并网点电压。
43.例如，如图2所示，其中，1-电压测量点，2-网侧变流器，3-机侧变流器，4-转子电流测量点，5-网侧桥路电流测量点，6-发电机，7-风电机组并网点电源，可以在位置1处进行电压测量，以获取并网点电压。
44.进一步地，在获取风电机组的并网点电压后，可以根据并网点电压，获取风电机组对应的变流器组的电压幅值。
45.在一些实施例中，获取组件100，还用于：获取风电机组的额定电压，以根据额定电压，获取电压阈值。
46.其中，风电机组的额定电压即为风电机组正常工作状态下的电压。
47.需要说明的是，可以对正常工作状态下的风电机组电压进行读取，以获取风电机组的额定电压。
48.例如，风电机组正常工作时的电压为u1，则可以将电压u1作为额定电压。
49.需要说明的是，本技术中对于根据额定电压，获取电压阈值的具体方式不作限定，可以根据实际情况进行设定。
50.可选地，在获取到额定电压后，可以查询额定电压与电压阈值之间的映射关系，以获取电压阈值。
51.可选地，在获取到额定电压后，可以查询预设的额定电压与电压阈值的比例关系，以获取电压阈值。
52.在一些实施例中，获取组件100，还用于：获取预先设定的目标系数，并将额定电压与目标系数的乘积作为电压阈值。
53.需要说明的是，与风电机组对应的目标系数可以根据实际情况进行设定。例如，可以设置为0.9；又例如，可以设置为0.85。
54.进一步地，在获取到风电机组的额定电压和目标系数后，可以获取风电机组的电压阈值。例如，可以将0.9倍的u1作为电压阈值；又例如，可以将0.85倍的u1作为电压阈值。
55.在一些实施例中，获取组件100，还用于：重新获取电压幅值，以得到更新后的电压幅值；以及，响应于更新后的电压幅值大于或者等于电压阈值，则生成第二控制指令发送至控制组件200。
56.在本技术实施例中，在获取组件100重新获取到电压幅值后，可以得到更新后的电压幅值，进而可以基于更新后的电压幅值与电压阈值之间的大小关系，判断是否生成第二控制指令。可选地，当更新后的电压幅值大于或者等于电压阈值时，则生成第二控制指令。
57.进一步地，在生成第二控制指令后，获取组件100将第二控制指令发送至控制组件200。
58.控制组件200，还用于接收第二控制指令，并根据第二控制指令断开与第二励磁控制组件400之间的连接，以通过第一励磁控制组件300对风电机组进行励磁控制。
59.在本技术实施例中，在获取组件100将第二控制指令发送至控制组件200后，控制组件200接收第二控制指令。
60.进一步地，根据第二控制指令断开与第二励磁控制组件400之间的连接，以通过第一励磁控制组件300对风电机组进行励磁控制。此种情况下，风电机组退出低电压穿越状态，风电机组以预先设定的速率恢复有功功率至实际风况对应的功率值时，关闭第二励磁控制组件400，通过第一励磁控制组件300对风电机组进行励磁控制。
61.需要说明的是，第二励磁控制组件400在整个双馈风电机组低电压穿越期间运行，当并网点电压恢复且风电机组功率恢复至实际风况对应的输出功率时，第二励磁控制组件400断开。
62.在一些实施例中，获取组件100，还用于获取第一励磁控制组件300的第一转子的第一电流值和第一电压值；以及，根据第一电流值和第一电压值，获取第二励磁控制组件400的第二转子的第二电流值和第二电压值，并将第二电流值和第二电压值发送至控制组件200。
63.需要说明的是，在试图获取第一励磁控制组件300的第一转子的第一电流值和第一电压值时，如图2所示，可以直接对双馈变流器2采集转子电流测量点3的转子电流，以获取第一电流值；可以直接对双馈变流器2采集电压测量点位置1处的电网电压，以获取第一电压值。
64.进一步地，在获取到第一电流值和第一电压值后，可以根据第一电流值和第一电压值，计算得到第二励磁控制组件400的第二转子的第二电流值和第二电压值。
65.进一步地，获取组件100在获取到第二电流值和第二电压值后，可以将第二电流值和第二电压值发送至控制组件200。
66.在一些实施例中，控制组件200，还用于接收第二电流值和第二电压值，以控制第二励磁控制组件400根据第二电流值和第二电压值对风电机组进行励磁控制。
67.在本技术实施例中，在获取组件100将第二电流值和第二电压值发送至控制组件200后，控制组件200可以接收第二电流值和第二电压值，进而以控制第二励磁控制组件400根据第二电流值和第二电压值对风电机组进行励磁控制。
68.举例而言，如图3所示，i
rdq*
为转子电流的给定值；i
rdq
为转子电流的反馈值；u
rdq*
为转子电压给定值；u
rdq
为转子电压初始给定值；e
dq
为转子侧反电动势，在当风电机组进入低电压穿越状态时，接入第二励磁控制组件，将第二励磁控制组件输出第二电压值叠加到转子电压初始给定值u
rdq
(第一电压值)上，以对风电机组进行励磁控制。
69.在一些实施例中，获取组件100，还用于：对第一电流值进行坐标变换处理，以得到第一电流值对应的第一电流分量和第二电流分量；根据第一电流分量和第二电流分量，确定第二电流值；获取第一电流值和第二电流值之间的电流差值，并根据电流差值，获取第二电压值。
70.在一些实施例中，获取组件100，还用于：对第一电流值进行三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换，以得到第一电流中间值；对第一电流中间值进行两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换，以得到第一电流分量和第二电流分量。
71.需要说明的是，在试图对第一电流值进行三相静止坐标系到两相静止坐标系变换时，以获取第一电流中间值时，可以利用三相静止坐标系到两相静止坐标系变换矩阵进行获取。
[0072][0073]
需要说明的是，在试图对第一电流值进行两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换时，以获取第一电流分量和第二电流分量时，可以利用两相静止坐标系到两相旋转坐标系变换矩阵进行获取。
[0074][0075]
进一步地，在通过坐标变换后，可以获取第一电流分量和第二电流分量，即转子d轴和q轴电流值，在传统励磁控制策略下，即仅接入第一励磁控制组件300，再接入虚拟电阻励磁控制器(第二励磁控制组件400)，并将实际采样得到的转子d轴和q轴电流值与转子电流d轴和q轴给定值作差，输入给虚拟电阻励磁控制器(第二励磁控制组件400)，同时，虚拟电阻控制器(第二励磁控制组件400)的输出叠加到转子电压d轴和q轴初始给定值上，得到转子电压d轴和q轴给定值。
[0076]
在一些实施例中，获取组件100，还用于：获取第一励磁控制组件300的第一转子的第一电阻值和/或第二励磁控制组件400的第二转子的第二电阻值；根据第一电阻值和第二电阻值，获取风电机组的故障穿越能力预测结果。
[0077]
需要说明的是，当风电机组处于低电压穿越状态时，第二励磁控制组件400的第二转子的第二电阻接入，当风电机组未处于低电压穿越状态时，第二励磁控制组件400的第二转子的第二电阻不接入或者切出。
[0078]
进一步地，当风电机组处于低电压穿越状态时，在第二励磁控制组件400的第二转子的第二电阻接入后，可以加快暂态磁链的衰减，同时在电压跌落过程中减小转子电流的峰值，提高双馈风电机组的故障穿越能力。
[0079]
在本技术实施例中，根据第一电阻值和第二电阻值，可以获取风电机组的故障穿越能力预测结果。例如，故障穿越能力等级、暂态磁链衰减速度、总电阻值等。
[0080]
在一些实施例中，获取组件100，还用于：获取风电机组的电机漏磁系数、第一转子的第一转子自感以及第二转子的第二转子自感；根据电机漏磁系数、第一转子自感、第二转子自感、第一电阻值以及第二电阻值，获取风电机组的传递函数。
[0081]
其中，漏磁系数为磁路中磁体(永磁体或电磁体)所产生的总磁通与有用磁通之比。
[0082]
需要说明的是，在获取第一转子的第一转子自感时，可以根据公式：ψ1＝n1φ1，其中，ψ1为第一转子自感、n1为第一转子线圈匝数、φ1为每匝线圈的磁通量。
[0083]
需要说明的是，在获取第二转子的第二转子自感时，可以根据公式：ψ2＝n2φ2，其中，ψ2为第二转子自感、n2为第二转子线圈匝数、φ2为每匝线圈的磁通量。
[0084]
进一步地，在获取到风电机组的电机漏磁系数、第一转子自感、第二转子自感、第一电阻值以及第二电阻值后，可以获取风电机组的传递函数。
[0085]
在本技术实施例中，在试图获取风电机组的传递函数时，可以根据以下公式进行获取。
[0086][0087]
其中，σ为风电机组的电机漏磁系数、lr为根据第一转子自感和第二转子自感确定的总自感、rr为根据第一电阻值以及第二电阻值确定的总电阻值。
[0088]
由此，本技术提供的风电机组的控制系统，引入了第二电阻，增大了转子侧等效电路的等效电阻，加快了暂态磁链的衰减，在电压跌落过程中减小了转子电流的峰值，提高了双馈风电机组的故障穿越能力。
[0089]
综上所述，针对本技术提出的风电机组的控制系统，可以通过引入第二励磁控制组件，从而提高双馈风电机组的故障穿越能力。
[0090]
针对第二励磁控制组件，如图4所示，可选地，可以获取风电机组的并网点电压和第一转子的电流，并根据并网点电压，获取风电机组电压幅值，然后将风电机组电压幅值与90％额定电压幅值做比较，若风电机组电压幅值小于或者等于90％额定电压幅值，则风电机组进入低电压穿越状态，否则正常运行，若风电机组处于低电压穿越状态，则持续监测风电机组电压幅值并与91％额定电压幅值做比较，若风电机组电压幅值大于91％额定电压幅值，则风电机组退出低电压穿越状态。
[0091]
进一步地，当风电机组进入低电压穿越状态时，启动虚拟电阻励磁控制器(第二励磁控制组件)，将虚拟电阻励磁控制器(第二励磁控制组件)输出叠加到第一转子电压初始给定值上，加快暂态磁链的衰减，在电压跌落过程中减小转子电流的峰值，有利于提高双馈风电机组的故障穿越能力；当风电机组退出低电压穿越状态，风电机组以规定速率恢复有功功率至实际风况对应的功率值时，关闭虚拟电阻励磁控制器(第二励磁控制组件)，风电机组恢复传统励磁控制策略。
[0092]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本技术公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0093]
上述具体实施方式，并不构成对本技术保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本技术开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术保护范围之内。