本发明属于风电场控制，更具体地，涉及一种直驱风电机的跟/构网双模式切换控制方法和装置。
背景技术：
1、当下针对风机的研究主要针对于跟网型控制变流器的设计，即跟网型控制的控制模型，通过改进跟网型控制的控制模式，从而实现直驱风电机组的稳定控制。威斯康星大学所提构网型控制控制对弱电网更具适应性，但接入电网实时等效阻抗较小的强电网时稳定裕度反而下降，且并网电能质量较低、难以进行最大功率跟踪导致经济性较差。构网型控制的提出给了新能源接入系统提供了新的方案。构网型控制的控制技术通过对新能源发电设备控制系统进行改进，可以使新能源发电设备具有与常规同步机组类似的频率和电压调节特性，从而解决了高比例新能源接入后电网缺乏支撑能力的问题。目前学者提出一种基于直流电压尽限同步的构网型控制方式，通过在直驱风电机组的网侧变换器建立基于直流电压同步，这种方式可以解决直驱风电机组的直流电压问题，并有利于将直驱风电机组的构网型控制模式与跟网型控制模式充分结合起来。但单一控制模式使得风光发电系统难以在其实时功率渗透率波动造成的电网强度剧烈变化时稳定运行。
2、综上所述，直驱风电机组对并网强弱网稳定性的适应能力对大规模新能源接入的可靠运行与消纳具有普适与关键性意义。亟需进一步挖掘直驱风电机组的构网型控制支撑能力，并与其跟网型控制支撑能力充分结合，实现基于电网短路比实时变化的构网型控制、跟网型控制模式切换。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种直驱风电机的跟/构网双模式切换控制方法和装置，其目的在于，解决直驱风电机控制模式单一无法进行跟构网灵活切换导致在复杂源网条件下运行稳定差的技术问题。
2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种直驱风电机的跟/构网双模式切换控制方法，包括：
3、当直驱风电机中的机侧变换器采用构网型控制时，对所述直驱风电机中的机侧变换器进行直流补偿以使机侧变换器和网侧保持功率平衡；当所述直驱风电机的并网短路比高于预设裕度区间的上限时，生成第一启动切换信号并传递给所述网侧变换器；当所述网侧变换器接收到所述第一启动切换信号时，控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的电压预同步和电流预同步，再控制所述网侧变换器将当前的构网型控制切换成跟网型控制；完成切换后再次控制所述直驱风电机进行构网型控制与跟网型控制的功角预同步、电压预同步和电流预同步；
4、当所述直驱风电机中的机侧变换器采用跟网型控制时，当所述并网短路比低于所述预设裕度区间的下限时，生成第二启动切换信号并传递给所述网侧变换器；当所述网侧变换器接收到的所述第二启动切换信号时，控制所述直驱风电机进行构网型控制与跟网型控制的功角预同步、电压预同步和电流预同步；当完成预同步后控制所述网侧变换器将当前的跟网型控制切换成构网型控制，完成切换后再次控制所述直驱风电机进行构网型控制与跟网型控制的电压预同步和电流预同步。
5、在其中一个实施例中，所述当直驱风电机中的机侧变换器采用构网型控制时，对所述直驱风电机中的机侧变换器进行直流补偿以使机侧变换器和网侧保持功率平衡，包括：
6、s11：利用公式控制所述直驱风电机中的机侧变换器进行构网型控制；
7、s12：对所述直驱风电机中的机侧变换器进行直流补偿，以使机侧变换器和网侧保持功率平衡；
8、其中，θgfm表示直流电压同步控制输出的同步角度，kp、ki为直流电压同步控制器的比例和积分系数,ub表示交流母线电压的基准值，s为控制的频域变量，udc表示直驱风电机的直流电压值，udc0表示直驱风电机的直流电压的额定值，ut0表示调制电压的基准值，qref表示直驱风电机的无功功率参考值，kq表示无功环的控制增益，sn表示系统的额定容量，ut表示调制电压。
9、在其中一个实施例中，所述s12包括：
10、利用公式对直驱风电机中的机侧变换器进行直流补偿；
11、其中，isdref表示机组d轴电流的参考值，kop代表并网电压反馈比例系数，koi代表并网电压反馈积分系数，usdref表示机组d轴电压的参考值，usd表示机组d轴电压值，h表示直流电压的反馈系数，udc代表直驱风电机的直流电压，md表示网侧变换器的d轴调制比，mq表示网侧变换器的q轴调制比，ki_p代表网侧变换器比例系数，ki_i代表网侧变换器积分系数,isdref表示机组d轴电流的参考值，isd表示机组d轴电流值，isqref表示机组q轴电流的参考值，isq表示机组q轴电流值，dt代表时间变量的微分项。
12、在其中一个实施例中，还包括：
13、
14、利用计算所述预设裕度区间的下边界值scrgfl和上边界值scrgfm；
15、其中，kp代表补偿系数；xg代表电网的阻抗，u为电网电压值，e为逆变器输出端电压，p为逆变器的输出有功功率功率。
16、在其中一个实施例中，所述控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的功角预同步，包括：
17、利用公式ω＝ω0+δωsyn控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的功角预同步；
18、其中，ω0表示工频，δωsyn代表直流同步环控制的补偿量，kω为预同步过程的转速系数，kp、ki为直流电压同步控制器的比例和积分系数,ωb为频率基准值，s为控制变量，udc代表直驱风电机的直流电压，udc0代表直流电压的稳态值，udcref代表直驱风电机的直流电压参考值。
19、在其中一个实施例中，所述控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的电压预同步，包括：
20、利用公式e＝e0+δesyn控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的电压预同步；
21、其中，e0为逆变器输出端电压初始值，δesyn代表内电势的补偿量，ke为电动势调整系数，s为控制变量，u为电网电压值，e为逆变器输出端电压实时值。
22、在其中一个实施例中，所述控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的电流预同步，包括：
23、利用公式idref＝idref_gfm+δi控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的电流预同步；
24、其中，idref_gfl为跟网型控制电流内环参考值；δi代表电流环的补偿量，kii代表电流的补偿系数，s为控制变量，idref_gfm代表构网型控制的电流内环参考值。
25、按照本发明的另一方面，提供了一种直驱风电机的跟/构网双模式切换控制装置，包括：
26、构跟网切换模块，用于当直驱风电机中的机侧变换器采用构网型控制时，对所述直驱风电机中的机侧变换器进行直流补偿以使机侧变换器和网侧保持功率平衡；当所述直驱风电机的并网短路比高于预设裕度区间的上限时，生成第一启动切换信号并传递给所述网侧变换器；当所述网侧变换器接收到所述第一启动切换信号时，控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的电压预同步和电流预同步，再控制所述网侧变换器将当前的构网型控制切换成跟网型控制；完成切换后再次控制所述直驱风电机进行构网型控制与跟网型控制的功角预同步、电压预同步和电流预同步；
27、跟构网切换模块，用于当所述直驱风电机中的机侧变换器采用跟网型控制时，当所述并网短路比低于所述预设裕度区间的下限时，生成第二启动切换信号并传递给所述网侧变换器；当所述网侧变换器接收到的所述第二启动切换信号时，控制所述直驱风电机进行构网型控制与跟网型控制的功角预同步、电压预同步和电流预同步；当完成预同步后控制所述网侧变换器将当前的跟网型控制切换成构网型控制，完成切换后再次控制所述直驱风电机进行构网型控制与跟网型控制的电压预同步和电流预同步。
28、按照本发明的另一方面，提供了一种直驱风电机的控制系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的方法的步骤。
29、按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法的步骤。
30、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
31、(1)本发明提供一种直驱风电机的跟/构网双模式切换控制方法，其将构网型控制方法引入到直驱风电机中并网变换器控制，使得直驱风电机具备两种跟网型控制和构网型控制的能力；此外，当直驱风电机中的机侧变换器采用构网型控制时，对所述直驱风电机中的机侧变换器进行直流补偿以使机侧变换器和网侧保持功率平衡，提升运行稳定性。在控制切换的过程中考虑并网短路比与裕度区间的关系，从而减少直驱风电机在单一阈值附近变化的过程中发生频繁切换；将直驱风电机并网变换器的切换过程分为三个阶段：预同步阶段、切换阶段、切换后阶段，在预同步阶段实现电流源型与电压源型的功角、电压、电流的预同步，在切换阶段，实现平稳阶段，在切换后进行锁相同步，为下一阶段的切换做好准备，所提控制策略不仅可以充分挖掘直驱风电机的电压源控制的能力，实现直驱风电机的无扰动灵活切换，还可以提升直驱风电机应对强弱网变化的能力，提升复杂源网条件下运行稳定性，进一步促进大规模可再生能源的开发利用。
32、(2)由于传统机组的构网型控制是基于虚拟同步有功外环来实现构网型控制的构网控制。但传统虚拟同步有功外环的同步方式需要加装在网侧控制，会与网侧直流电压控制的控制目标冲突，因此需要对网侧直流电压控制引入直流电压同步控制；本方案中利用公式控制所述直驱风电机中的机侧变换器进行构网型控制；可以避免与网侧直流电压控制的控制目标冲突，提升系统运行稳定性。
33、(3)本方案中引入了直流电压同步控制后，为了保证机组的直流电压稳定，需要在外环电压控制后引入直流电压的反馈量，其外环与内环的控制过程计算为：可以，提升系统运行稳定性。
34、(4)本方案中分别计算所述预设裕度区间的下边界值scrgfl和上边界值scrgfm，该预设裕度区间的设计方式，考虑了跟网型控制在低短路比下失稳特性以及构网型控制在高短路比下的失稳特性，分别确定了切换裕度区间的上限与下限，实现了综合了跟网型控制与构网型控制在高短路比与低短路比的控制优势，场站级多机系统可在更宽泛的短路比下运行。
35、(5)本方案利用公式ω＝ω0+δωsyn控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的功角预同步；考虑在切换前跟网型控制的输出相角与构网型控制的输出相角存在相角差导致切换后失稳的问题，实现了跟网型控制与构网型控制切换的同步无扰动切换。
36、(6)本方案利用公式e＝e0+δesyn控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的电压预同步；考虑切换前跟网型控制与构网型控制的电压初始值存在差异的问题，在同步无扰动切换的基础上实现了跟网型控制与构网型控制切换的电压无扰动切换。
37、(7)本方案利用公式idref＝idrefgfm+δi控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的电流预同步；考虑切换前跟网型与构网型的电流内环的电流参考值存在差异的问题，实现了跟网型控制与构网型控制电流内环的电流参考值在切换前相同，实现无扰动切换。
1.一种直驱风电机的跟/构网双模式切换控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的直驱风电机的跟/构网双模式切换控制方法，其特征在于，所述当直驱风电机中的机侧变换器采用构网型控制时，对所述直驱风电机中的机侧变换器进行直流补偿以使机侧变换器和网侧变换器保持功率平衡，包括：
3.如权利要求2所述的直驱风电机的跟/构网双模式切换控制方法，其特征在于，所述s12包括：
4.如权利要求1所述的直驱风电机的跟/构网双模式切换控制方法，其特征在于，还包括：
5.如权利要求1所述的直驱风电机的跟/构网双模式切换控制方法，其特征在于，所述控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的功角预同步，包括：
6.如权利要求5所述的直驱风电机的跟/构网双模式切换控制方法，其特征在于，所述控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的电压预同步，包括：
7.如权利要求5所述的直驱风电机的跟/构网双模式切换控制方法，其特征在于，所述控制所述直驱风电机进行构网型控制和跟网型控制的电流预同步，包括：
8.一种直驱风电机的跟/构网双模式切换控制装置，其特征在于，包括：
9.一种直驱风电机的控制系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
