一種具有致穩能力的發電系統及控制方法
2023-05-22 09:45:56 2
一種具有致穩能力的發電系統及控制方法
【專利摘要】本發明提供了一種具有致穩能力的發電系統及控制方法，發電系統包括能量模塊、被控對象、有功控制器和慣性同步控制器；能量模塊用於將獲取的其他能源轉換為電能或將電能轉化為其他頻率的電能；有功控制器的輸入端連接至能量模塊的第二輸出端，有功控制器的輸出端連接被控對象，有功控制器用於控制被控對象的有功功率的輸出；慣性同步控制器的輸入端用於連接併入的交流系統，慣性同步控制器的輸出端連接被控對象，慣性同步控制器用於控制發電系統與併入的交流系統同步並使得發電系統具有致穩能力。本發明可以提高現有的受變流器控制的發電系統對電網的致穩性無需對系統的頻率進行測量，無需構建新的控制迴路就能達到預期目的，節約成本，並且不增加系統的複雜程度。
【專利說明】一種具有致穩能力的發電系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於風力發電、太陽能發電、儲能、直流輸電等受變流器控制的發電系統領域，更具體地，涉及一種具有致穩能力的發電系統及控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著受變流器控制的電源系統在電力系統中的滲透率的提高，與系統直接相連的傳統的電源如同步電機等的份額逐漸減小。以系統的頻率穩定為例，現有同步電機系統，具有穩定系統頻率的能力，並能參與系統頻率的維穩過程；當系統出現頻率偏差時，同步電機主要通過慣性響應、一次調頻來維持系統的頻率穩定，同步電機之間通過整步轉矩的作用恢復同步。
[0003]而現有的這些受變流器控制的電源系統對電力系統是沒有致穩性的。致穩性，是指設備增進系統或者其他設備穩定性的一種能力。更具體地說，從頻率穩定的角度，這些電源系統在系統中既不具有慣性，也不能提供整步轉矩。因此，用這些受變流器控制的電源系統取代同步電機，對系統的穩定而言是不利的。
[0004]這些非傳統的電源系統給系統帶來的不穩定的問題，已經得到了大家的關注。從
一個重要的方面--丨貫性的角度上，已經有很多人提出了實現慣性的方法。但這些方法都
有一個共同點，即是根據測得的系統頻率而改變電磁功率或電磁轉矩的設定值，從而改變風機輸出功率，模擬同步機所具有的功能。如圖1所示，對系統的頻率進行測量，得到系統頻率的變化率，基於系統頻率的變化率產生`電磁功率或電磁轉矩的附加的控制指令，從而迫使發電機的旋轉速度發生改變，釋放出存儲的機械能。
[0005]現有的方法非常直觀，但是在實施的過程中，需要對系統的頻率進行測量，增加控制環路，增加了成本，並且新加的控制迴路對風機也會有很多未知的影響。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種具有致穩能力的發電系統及控制方法；其目的在於為現有的受變流器控制的發電系統提供致穩能力由此解決這類發電系統滲透率增高對電網帶來不穩定因素的技術問題。
[0007]本發明提供了一種具有致穩能力的發電系統，包括能量模塊、被控對象、有功控制器和慣性同步控制器；所述能量模塊的輸入端用於獲取外部的能源，所述能量模塊的第一輸出端連接所述被控對象，所述能量模塊用於將獲取的其他能源轉換為電能或將電能轉化為其他頻率的電能；所述有功控制器的輸入端連接至所述能量模塊的第二輸出端，所述有功控制器的輸出端連接所述被控對象，所述有功控制器用於控制所述被控對象的有功功率的輸出；所述慣性同步控制器的輸入端用於連接併入的交流系統，所述慣性同步控制器的輸出端連接所述被控對象，所述慣性同步控制器用於控制發電系統與併入的交流系統同步並使得所述發電系統具有致穩能力。
[0008]更進一步地，工作時，所述被控對象從能量模塊獲取的有功功率由有功控制器所控制，而被控對象從能量模塊獲取的電能在慣性同步控制器的控制下被轉化為與交流系統同頻率的交流電並輸入至交流系統；在有功控制器和慣性同步控制器的共同控制下，被控對象能夠產生與所述交流系統同頻的交流電，並能在所述交流系統頻率波動時改變輸出的有功功率，體現慣性。
[0009]更進一步地，慣性同步控制器包括:電網信息採集模塊、信號處理模塊、慣性控制模塊和積分模塊；所述電網信息採集模塊用於採集交流系統的電壓信息；所述信號處理模塊用於將採集的信息進行濾波處理和坐標變換後，輸出已濾除噪聲幹擾的基於dq旋轉坐標系的電壓直軸分量或電壓交軸分量；所述慣性控制模塊用於根據所述電壓直軸分量或電壓交軸分量與給定值的差值對輸出角頻率進行調整，使得所述慣性同步控制器的響應速度慢至能讓所述發電系統具有致穩能力；所述積分模塊用於將所述輸出角頻率進行積分運算得到輸出角度。
[0010]更進一步地，所述慣性控制模塊和積分模塊集成於一體。
[0011]本發明還提供了一種基於上述的發電系統的控制方法，包括下述步驟:
[0012]S1:採集交流系統的端電壓信息；
[0013]S2:將採集的信息進行濾波處理和坐標變換後輸出已濾除噪聲幹擾的基於dq旋轉坐標系的電壓直軸分量或電壓交軸分量；
[0014]S3:根據所述電壓直軸分量或電壓交軸分量與給定值的差值對輸出角頻率進行調整；通過慣性控制調整慣性同步控制器的響應速度慢至能讓發電系統體現滿足系統需求的慣性，
[0015]S4:將所述輸出的角頻率進行積分運算後輸出角度。
[0016]更進一步地，所述控制方法還包括下述步驟:根據需要發電系統提供慣性的多少相應地調整有功控制的響應速度，使得有功控制的響應速度降至相應的時間尺度。
[0017]更進一步地，在步驟S2中，所述坐標變換基於慣性同步控制器的輸出角度。
[0018]更進一步地，在步驟S3中，通過調整所述輸出角頻率使得所述電壓直軸分量或電壓交軸分量與所述給定值無靜差。
[0019]本發明可以提高現有的受變流器控制的發電系統對電網的致穩性，例如提供慣性；無需對系統的頻率進行測量，無需構建新的控制迴路就能達到預期目的，節約成本，並且不增加系統的複雜程度。另外，本方法在提供慣性的同時，也能提供整步轉矩，使系統設備之間恢復同步。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是現有為受變流器控制的發電系統提供慣性的控制方法；
[0021]圖2是鎖相環鎖相的矢量原理圖；
[0022]圖3是鎖相環的基本控制框圖；
[0023]圖4是鎖相環同步的基本原理圖；
[0024]圖5是內電勢矢量與端電壓矢量關係圖，其中(a)為物理關係圖，(b)為矢量關係圖；
[0025]圖6是頻率降低時基於鎖相環同步發電系統的各矢量變化圖；
[0026]圖7是頻率降低時同步速度減慢時各矢量變化圖，其中(a)為有功功率控制較慢時矢量變化圖，(b)為有功功率控制較快時矢量變化圖；
[0027]圖8是本發明實施例提供的具有致穩能力的發電系統的模塊結構示意圖；
[0028]圖9是本發明實施例提供的具有致穩能力的發電系統中慣性同步控制器的結構示意圖；
[0029]圖10是基於較快有功功率控制的全功率風機系統拓撲圖；
[0030]圖11是基於較慢有功功率控制的全功率風機系統拓撲圖；
[0031]圖12是雙饋風機系統拓撲圖。
【具體實施方式】
[0032]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
[0033]本發明使用於風力發電、太陽能發電、儲能、直流輸電等受變流器控制的電源系統領域，更具體地，涉及一種通過改變同步控制讓電源系統對電網系統提供慣性、整步轉矩等，體現致穩性的一種方法。
[0034]交流電系統由於存在頻率和相位，連接於交流電網的設備都需要與電網的交流電進行同步，從而達到功率的穩定交換。
[0035]同步的方式有很多種，其中，鎖相環同步是常用的一種同步方式。鎖相環採集併網端的三相交流電壓，經過派克(Park)變換，將靜止坐標系中三相交流電壓Ua、Ub、Ue(—般是取其中兩相電壓，如ua、ub，然後算出第三相的電壓)投影成兩相旋轉的dq坐標系(dq坐標系的定義有不同的習慣，但不影響基本的原理；在此，採用q軸超前d軸的定義習慣)中的d軸和q軸直流電壓——直軸分量Ud、交軸分量U,，選定其中一個直流電壓作為參考分量，如Ud,如反映在矢量圖上就是鎖相環輸出的d軸去鎖定電網電壓Vs的相位，當鎖準時，Vs在d軸上，則另一個直流電壓U,的值為0，如圖2所示即為鎖相環同步的原理。如圖3所示為鎖
相環的鎖相同步控制示意圖，當q軸電壓的參考值設為O時，若鎖定的相位與電網相位不
一致，則Uq與其參考值t// (值設為O)不一致，鎖相環通過PI調節器動作，改變輸出的Θ值，直至得到的U,為零，此時系統相位被鎖相環鎖定。輸出的Θ值包含了系統的頻率和相位信息。
[0036]鎖相環被使用來跟蹤和同步系統的頻率和相位，為電力電子設備併網提供了一個相位基準。例如，雙饋風機和全功率風機都是變速風機，發出電力的頻率是與系統不同的，不能直接與系統相連，須要通過變流器(整流側變流器將交流量轉換為直流量，逆變側變流器再將直流量逆變為交流量)與系統相連，以將發電機發出的交流電轉換為與系統同頻的交流電。光伏發電和儲能裝置等裝置，輸出的都是直流，也不能直接與電網相連，併網時，需要鎖相環鎖定系統的相位來獲取併網點的電壓相位信息，為風電併網提供一個基準，使發出的交流電能夠與電網同步。
[0037]如圖4所示，為鎖相環同步的基本原理圖，同步的目的在於將不同頻率的電源變換得到與併入的交流系統頻率相同的交流電，實現同步運行。變流器的控制部分是對直流信號進行控制。控制器生成的直流控制指令G和<根據鎖相環輸出的Θ角，進行派克逆變換，生成交流的控制指令:^、匕、<,輸入到PWM控制器中，生成觸發信號，控制三相逆變器
開關的關合，從而將直流量逆變為交流量。由於鎖相環的輸出信號Θ角中包含了接入端交流系統的頻率和相位信息，這樣就能使逆變得到的交流源與接入的交流系統保持同樣的頻率和一定的相位差，達到了與交流系統同步的目的。
[0038]現有的利用鎖相環控制系統實現鎖相同步控制的控制目標是快、準地去鎖定併入的交流系統的頻率和相位，從而讓受變流器控制的電源系統能夠迅速與交流系統同步。而改善的方向則是鎖相環能更快地鎖相，以實現電源系統能更快地同步。
[0039]現有的鎖相環控制，設計時主要遵循兩條原則:一是要儘快地鎖定系統的相位，因此要求鎖相環的工作速度很快；二是要儘量準確地鎖定系統的相位，因此要求鎖相環能夠濾除三相不平衡時產生的負序分量、系統中諧波等對鎖相環的幹擾。同時如果鎖相環工作在電壓畸變的狀態下，也需要能準確鎖定系統的頻率和相位。畸變主要由三相電壓不對稱、諧波、直流偏置等原因引起。三相不對稱會增加負序分量，通過dq變換後生成二次諧波；諧波通過dq變換產生6的倍數次諧波；直流偏置會產生於系統的頻率相同的交流量。理想的情況下看，是需要將這些諧波通過濾波迴路全部濾除，得到直流分量。但是這樣就會影響到鎖相環跟蹤相位的速度。因此一般考慮更主要的三相不對稱和諧波的影響，濾波迴路的帶寬不能太高，那麼鎖相環的帶寬也會受到限制。
[0040]為滿足第`一條要求，要求鎖相環的帶寬要儘量大，為滿足第二條要求，要求鎖相環的帶寬要儘量小，以濾除負序分量、諧波等。因此，現有的用於系統同步的鎖相環控制系統的帶寬是對這些要求進行充分考慮後的權衡。
[0041]現有的受變流器控制的電源系統中，鎖相環起到的作用是提供電網系統的頻率和相位信息，而現有的鎖相同步控制目標是能夠快速和精確地鎖定電網的頻率和相位。
[0042]現有採用鎖相環同步的受變流器控制的電源系統，不增加類似於【背景技術】中提到的額外的控制迴路，在系統中都不能體現慣性等致穩性。為了解決這一個問題，我們需要對上述電源系統為什麼不能體現慣性等致穩性的根本原因進行分析，從而找到解決的方法。
[0043]如圖5所示，根據戴維南定律，從電網側看進去，這些設備可近似等效為一個內電勢為E和電抗X組成的電源。這個電勢E的相位是建立在鎖相環同步坐標系上的，即上述的dq旋轉坐標系。當鎖相環鎖準了接入端電壓時，同步坐標系的直軸d軸與端電壓矢量U是重合的，此時的功角δ如圖5所示。其中，為使圖簡略，同步坐標系的另一個坐標軸已略去。
[0044]現在普遍使用的鎖相環響應速度是很快的。鎖相環的輸出相對於靜止坐標系的絕度角度，等效於無靜差的斜坡響應；而相對於與系統同轉速的旋轉坐標系，類似於階躍響應。現有的鎖相環增益很大，即鎖相非常快，它的變化幾乎與激勵重合。當電網頻率降低時，電網U矢量的旋轉速度降低，而E的位置需要在同步坐標系下給定。如圖6所示，當電網頻率改變時，同步坐標系能迅速跟蹤U的相位，而E的位置在電流環的快速調節下迅速跟蹤上了鎖相環確定的同步坐標系。也就是說，E迅速跟蹤上了 U的變化，兩者的相對位置迅速恢復了之前的相對位置，設備基本沒有受到系統的影響，不能作出響應以增進系統的穩定。例如，從慣性的角度功角δ幾乎沒有變化，設備發出的電能不變，因此不能體現慣性，阻止系統的頻率變化。
[0045]利用鎖相環的快速鎖相來同步的這樣一種控制方法，其中最主要缺點在於它使得這些受變流器控制的電源系統對電網不夠友好，在電網出現波動時，不能響應這些波動，增進系統的穩定性，比如說提供慣性、整步轉矩等。也可以說現有的控制方式使得這些電源設備對電網的致穩性很差。當系統頻率波動時，設備不能體現慣性，阻止系統頻率的快速變化；當系統設備不同步時，也不能像同步電機一樣提供整步轉矩使設備之間同步等。系統接納這些設備的能力有限，因此這些設備的接入受到了很大的限制，為了解決這個問題，必須提高併網設備對系統的致穩性。
[0046]那麼，要想這些受變流器控制的電源系統能夠對系統提供致穩性，如提供慣性等，需要系統的變化能夠影響得到這些電源系統。從內電勢矢量的角度上，當系統頻率改變時，電源系統的功角δ需要改變從而改變電源系統的輸出，這就要求電源的內電勢矢量E不能很快地跟蹤上端電壓矢量U。為了做到這一點，首先需要同步坐標系(內電勢矢量E的坐標基準)不能快速跟蹤端電壓矢量U的變化。這樣，系統的頻率變化就可能對電源系統造成可觀的影響。
[0047]但是，並不是同步坐標系不能快速跟蹤端電壓矢量U的變化，內電勢矢量E就一定不能跟蹤上端電壓矢量U的變化。因為內電勢矢量E不止受到同步控制的影響，還受到有功功率控制的影響。
[0048]第一種情況，同步控制響應速度較慢，並且有功功率控制響應較慢。同步坐標系不能很快跟蹤端電壓矢量U的變化，則輸出的角度Θ角前一段時間內出現差值。如圖7(a)所示，U移動到了 U,位置處 ，同步坐標系不能迅速跟蹤U的變化；有功控制響應較慢，則電流矢量I相對於同步坐標系移動的速度很慢，在電流環的作用下調節到了 I'處，則內電勢矢量E相對於同步坐標系移動的速度很慢，U的轉動速度快於Ε，兩者的相對位置發生變化，功角δ增大為δ，，體現出了慣性。可以看到，在同步控制響應較慢的條件下，若有功控制響應也較慢，那麼系統的變化會影響到風機，風機能夠作出響應。從慣性的角度，設備功角由δ變為δ'，變大了，風機出力增大，體現了慣性並增進了系統的穩定。反之，頻率增大時亦然。
[0049]第二種情況，同步控制響應速度較慢，但是有功功率控制響應很快。同步坐標系不能很快跟蹤端電壓矢量U的變化，則輸出的角度Θ角前一段時間內出現差值。如圖7(b)所示，U移動到了 U,位置處，同步坐標系不能迅速跟蹤U的變化；但是有功控制響應很快，指令值迅速改變，使得電流矢量I相對於同步坐標系移動的速度很快，在電流環的作用下調節到了 U'處，向著恢復到改變前的狀態的進行調節；則內電勢矢量E相對於同步坐標系移動的速度很快，功角S，迅速被拉回初始值δ，內電勢矢量E與端電壓矢量U的相對位置迅速恢復到初始狀態無法體現慣性。
[0050]從控制的角度，內電勢矢量同時受到同步控制和有功控制的影響，內電勢矢量的旋轉速度是這兩種控制的響應速度的疊加。本發明實施例設計的控制方法是同時包括同步控制、有功控制。兩者的速度均不能過快。需要進行說明的是，慣性是致穩性中重要且容易表現出來的一個特性，所以在控制時，我們主要是通過控制發電系統產生慣性來體現其致穩性。同時，同步控制的目的在於讓發電系統在能夠同步的同時產生慣性，特此，我們將這種同步控制稱之為慣性同步控制。[0051]為了方便說明，將這種受變流器控制的發電系統I分為幾個部分，如圖8所示，主要包括能量模塊11、被控對象12、有功控制器13和慣性同步控制器14 ;能量模塊11的輸入端用於獲取外部的能量，能量模塊11的第一輸出端連接所述被控對象12，能量模塊11將獲取的能源轉換為電能，或者將獲取的電能轉換為其他頻率的電能；有功控制器13的輸入端連接至所述能量模塊11的第二輸出端，有功控制器13的輸出端連接所述被控對象12，有功控制器13用於控制被控對象12的有功功率的輸出；慣性同步控制器14的輸入端連接至併入的交流系統，慣性同步控制器14的輸出端連接所述被控對象12，慣性同步控制器14用於控制發電系統I與併入的交流系統2同步並能夠表現出慣性等致穩性。
[0052]在本發明實施例中，被控對象12主要指被控制產生內電勢矢量的部分；被控對象12從能量模塊11獲取的有功功率由有功控制器13所控制，而被控對象12從能量模塊11獲取的電能在慣性同步控制器14的控制下被轉化為與交流系統2同頻率的交流電並輸入交流系統2。在有功控制器13和慣性同步控制器14的共同控制下，被控對象能夠產生於交流系統同頻的交流電，並能在交流系統2頻率波動時，改變輸出的有功功率，體現慣性。
[0053]更具體地，對於全功率風機，能量模塊11包括了風力發電渦輪機等一次能源轉化裝置、發電機、機側變流器、直流電容等，以及相應的控制系統；被控對象12主要是網側變流器及一些濾波裝置。
[0054]對於儲能裝置，能量模塊11主要包括了能量儲存裝置，例如電池、超級電容器、飛輪、超導體等等，一些變換器裝置(如DC / DC變換器等等)，直流電容等，以及相應的控制系統；被控對象12主要是指網側變流器及一些濾波裝置。
[0055]對於直流輸電，能量模塊11主要包括輸送能量的交流電源，整流器，直流電容，及相應的控制系統；被控對象12主要是指網側變流器及一些濾波裝置等。
[0056]對於光伏發電，能量模塊11主要包括了太陽能光伏板、直流變換系統、儲能系統、直流電容等，以及相應的控制系統；被控對象12主要是網側變流器及一些濾波裝置。
[0057]對於雙饋電機，雙饋電機比較特殊，定子側和轉子側各有一個內電勢，而主要控制的是轉子側的內電勢。能量模塊11主要包括風力渦輪機等一次能源轉化裝置，雙饋電機，以及相應的機械部分控制系統等；被控對象12主要是指轉子端機側變流器、網側變流器、直流電容，雙饋風機定子及其交流能力輸送系統等。
[0058]慣性同步控制器14中主要包括的功能框圖如圖9所示，輸入信號為交流系統2的交流電壓，輸出為一個角度，主要包括了電網信息採集模塊141、信號處理模塊142、積分模塊144以及慣性控制模塊143這四個部分；電網信息採集模塊141用於採集交流系統2的電壓信息；可以採集三相的電壓信息，也可以只採集兩相的電壓信息；信號處理模塊142將採集的信息進行濾波處理和坐標變換後，輸出已濾除噪聲幹擾的基於dq旋轉坐標系的電壓直軸分量或者電壓交軸分量；慣性控制模塊143根據得到的電壓直軸分量或者電壓交軸分量與給定值進行對比，其差值通過控制器的作用對輸出角頻率進行調整；積分模塊144根據輸出的角頻率進行積分運算得到輸出的角度。
[0059]更具體地，電網信息採集141主要是對交流系統2的三相電壓信息進行採集，但在實際過程中，一般只對其中兩相的電壓信息進行採集。信號處理142主要是指對採集的信號進行處理，包括濾除噪聲、坐標變換等。慣性控制模塊143調整慣性同步控制器14的響應速度慢至能讓發電系統I體現滿足系統需求的慣性，使得此發電系統I能為交流系統2提供慣性等致穩性；它主要就是控制系統波動使得端電壓矢量轉速、相位變化時，內電勢矢量不會迅速跟蹤上端電壓矢量；而它主要是通過控制同步坐標系不會迅速跟蹤上端電壓矢量的變化來實現。積分模塊144是指根據慣性控制模塊143的輸出進行運算產生控制信號使受變流器控制的發電系統I與併入的交流系統2同步。
[0060]本發明提供的具有致穩能力的發電系統的控制方法具體包括下述步驟:
[0061]S1:採集交流系統的端電壓信息；
[0062]S2:將採集的信息進行濾波處理和坐標變換後，輸出已濾除噪聲幹擾的基於dq旋轉坐標系的電壓直軸分量或者電壓交軸分量；其中坐標變換是基於慣性同步控制器的輸出角度，以此來形成閉環控制。
[0063]S3:根據所述電壓直軸分量或者電壓交軸分量與給定值的差值對輸出角頻率進行調整；慣性控制調整慣性同步控制器的響應速度慢至能讓發電系統體現滿足系統需求的慣性，並能通過調節使得得到的電壓直軸分量或者電壓交軸分量與給定值無靜差，以使系統的頻率和相位能最終被無靜差地跟蹤上。其中給定值一般取O。
[0064]S4:將輸出的角頻率進行積分運算後輸出的角度。
[0065]需要說明的是慣性控制和同步控制有時是集成在一起的。
[0066]作為本發明的一個實施例，對於有功功率控制，其響應速度快慢也決定了發電系統能為併入的交流系統提供多少慣性。需要發電系統能為系統提供多少慣性就應該相應地使有功控制的響應速度降至相應的時間尺度。
[0067]本發明不需改變先有的系統的拓撲結構，基於原系統的軟、硬體基礎，只需改變控制方法，便能提高現有的受變流器控制的併網設備對電網的致穩性。此時，從主要的一個特徵丨貫性上來說，本發明無需對系統的頻率進行測量，無需構建新的控制迴路就能達到預期目的，節約成本，並且不增加系統的複雜程度。另外，本方法在提供慣性的同時，也能提供整步轉矩，使系統設備之間恢復同步。
[0068]為了更進一步的說明本發明實施例提供的一種具有致穩能力的發電系統及控制方法；現在具體舉例說明慣性同步控制器中的控制器的一種設計方法。
[0069]現有的系統的同步控制器是鎖相環，如之前所述，一方面需要快速鎖相，所以設計的控制器的帶寬是越大越好；另一方面，為更準地鎖相，需要能濾除三相不平衡的負序分量，因此控制器帶寬不可太大。因此，現有的鎖相環工作的帶寬是考慮快速鎖相和濾波的權衡。
[0070]而慣性同步控制器的設計考慮的問題與鎖相環考慮的問題是不同的。首先同步控制工作的帶寬大大降低了，濾波的效果優於現有的快速鎖相的鎖相環，因此濾波不是設計同步控制所考慮的問題。然後，設計致穩同步控制，其目的已不再是快速鎖定系統相位，而是能夠增進系統的穩定性，即是對系統有致穩性；那麼設計的原則就是能夠為系統提供能滿足需求的致穩性。第三，同步速度變慢後帶來的問題也是不一樣的，具有致穩性後的設備，從另一個方面來講，系統對設備的影響增加，設備自身受到很大的影響；因此在設計還需要對電源系統提供能量的能力、變流器的過流能力等予以考慮。綜上所述，慣性同步控制器的設計遵循主要的原則是滿足系統的致穩性的需求，同時需要考慮自身穩定性的需求。
[0071]現在具體舉例子說明以提供慣性等性能為目的的慣性同步控制器中的控制器參數具體怎麼設計。如以慣性控制器中採用經典的PI控制器為例。[0072]以雙饋風機為例說明。首先是確定積分係數Ki。
[0073]第一點，經小信號分析及大量的仿真結果表明，減慢系統的同步速度後，風機在電網中體現的慣性時間常數Heq是
【權利要求】
1.一種具有致穩能力的發電系統，其特徵在於，包括能量模塊(11)、被控對象(12)、有功控制器(13)和慣性同步控制器(14)； 所述能量模塊(11)的輸入端用於獲取外部的能源，所述能量模塊(11)的第一輸出端連接所述被控對象(12)，所述能量模塊(11)用於將獲取的其他能源轉換為電能或將電能轉化為其他頻率的電能； 所述有功控制器(13)的輸入端連接至所述能量模塊(11)的第二輸出端，所述有功控制器(13)的輸出端連接所述被控對象(12)，所述有功控制器(13)用於控制所述被控對象(12)的有功功率的輸出； 所述慣性同步控制器(14)的輸入端用於連接併入的交流系統，所述慣性同步控制器(14)的輸出端連接所述被控對象(12)，所述慣性同步控制器(14)用於控制發電系統(I)與併入的交流系統(2)同步並使得所述發電系統具有致穩能力。
2.如權利要求1所述的發電系統，其特徵在於，工作時，所述被控對象(12)從能量模塊(11)獲取的有功功率由有功控制器(13)所控制，而被控對象(12)從能量模塊(11)獲取的電能在慣性同步控制器(14)的控制下被轉化為與交流系統(2)同頻率的交流電並輸入至交流系統(2);在有功控制器(13)和慣性同步控制器(14)的共同控制下，被控對象(12)能夠產生與所述交流系統(2)同頻的交流電，並能在所述交流系統(2)頻率波動時改變輸出的有功功率，體現慣性。
3.如權利要求1或2所述的發電系統`，其特徵在於，所述慣性同步控制器(14)包括:電網信息採集模塊(141)、信號處理模塊(142)、慣性控制模塊(143)和積分模塊(144)； 所述電網信息採集模塊(141)用於採集交流系統(2)的電壓信息；所述信號處理模塊(142)用於將採集的信息進行濾波處理和坐標變換後，輸出已濾除噪聲幹擾的基於dq旋轉坐標系的電壓直軸分量或電壓交軸分量；所述慣性控制模塊(143)用於根據所述電壓直軸分量或電壓交軸分量與給定值的差值對輸出角頻率進行調整，使得所述慣性同步控制器(14)的響應速度慢至能讓所述發電系統具有致穩能力；所述積分模塊(144)用於將所述輸出角頻率進行積分運算得到輸出角度。
4.如權利要求3所述的發電系統，其特徵在於，所述慣性控制模塊(143)和積分模塊(144)集成於一體。
5.一種基於權利要求1-4任一項所述的發電系統的控制方法,其特徵在於,包括下述步驟: 51:採集交流系統的端電壓信息； 52:將採集的信息進行濾波處理和坐標變換後輸出已濾除噪聲幹擾的基於dq旋轉坐標系的電壓直軸分量或電壓交軸分量； 53:根據所述電壓直軸分量或電壓交軸分量與給定值的差值對輸出角頻率進行調整；通過慣性控制調整慣性同步控制器的響應速度慢至能讓發電系統體現滿足系統需求的慣性， 54:將所述輸出的角頻率進行積分運算後輸出角度。
6.如權利要求5所述的控制方法，其特徵在於，所述控制方法還包括下述步驟:根據需要發電系統提供慣性的多少相應地調整有功控制的響應速度，使得有功控制的響應速度降至相應的時間尺度。
7.如權利要求5所述的控制方法，其特徵在於，在步驟S2中，所述坐標變換基於慣性同步控制器的輸出角度。
8.如權利要求5所述的控制方法，其特徵在於，在步驟S3中，通過調整所述輸出角頻率使得所述電壓直軸分量或電壓交軸`分量與所述給定值無靜差。
【文檔編號】H02J3/40GK103762618SQ201310495067
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年10月21日 優先權日:2013年10月21日
【發明者】袁小明, 胡家兵, 何維, 熊雪君 申請人:華中科技大學