[發明專利]一種提高風電系統不對稱故障穿越能力的控制方法

無效

• 申請號: 201110181264.8
• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN102231527A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發明（設計）人: 杜雄;戴朋岑;周雒維
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J3/26
• 分類號: H02J3/26;H02J3/38
• 代理公司: 重慶中之信知識產權代理事務所 50213
• 代理人: 袁慶民

技術領域

本發明涉及并網的直驅永磁同步風力發電機組的風電系統，在發生不對稱故障時提高其穿越能力的控制方法。

背景技術

風力發電產生的電能（風電）是綠色能源。除極小型的風力發電機之外，風力發電機均是先并入電網中，再通過電網向用戶供電的。隨著并網風電容量的不斷上升，其對電網的影響不可忽視，因此電網導則要求風電系統在規定范圍的電網故障下不脫網運行。于是，如何保證風電系統在電網故障周期內不脫網，即確保其“穿越”電網故障時期，就成為了風電系統特有的重要課題。目前的風力發電機中，直驅永磁同步風力發電機組（D-PMSG）是發展較快、運用較多的一種。該直驅永磁同步風力發電機組是通過背靠背變流器（包括了機側整流器和網側逆變器）并入電網中的——這種風電系統面對電網對稱故障，采用現有控制方法就有較好的故障穿越能力；而面對電網不對稱故障（單相接地短路故障、相間短路故障和兩相接地故障等）時，其穿越能力就還有待提高。由于各種電網不對稱故障的共同特征，是電網電壓中出現了負序分量，所以，消除這一負序分量對風電系統的影響，是提高風電系統不對稱故障穿越能力的關鍵。在《直驅永磁同步風電機組不對稱故障穿越的研究》{楊曉萍，段先鋒，鐘彥儒.?直驅永磁同步風電機組不對稱故障穿越的研究[J].?電機與控制學報，2010年2月，14（2）：7-12.}中，就提出了一種在電網發生不對稱故障時，消除電網電壓負序分量對風電系統影響的方法。該方法提出了“按照電網電壓正序分量和額定電壓的比值”來“減小發電機輸出功率的控制策略，并控制網側逆變器電流保持對稱”。在確保“逆變器電流不含負序分量，保持三相對稱”方面，該方法的確取得了不錯的效果。然而，該方法卻沒有消除背靠背變流器內直流電壓中的二倍頻紋波（即機側整流器和網側逆變器之間的直流母線電壓中的二倍工頻紋波）。原因是，在運用該方法情況下，如果消除了“直流電壓中的二倍頻分量”，其“逆變器電流中就會有負序分量”，又“會使三相電流不對稱”，進而“會威脅逆變器的安全”。本領域技術人員清楚，直流電壓含有的二倍工頻紋波，對背靠背變流器的安全運行，仍然是有一定程度不利影響的。該現有技術“在消除直流電壓的二倍頻紋波和保持三相電流對稱這兩個方面，選擇了后者”的作法，只是“兩害相權取其輕”的不得以作法而已。

發明內容

本發明的目的是，提供一種同時還能安全地消除機側整流器和網側逆變器之間的直流母線電壓中二倍工頻紋波的提高風電系統不對稱故障穿越能力的控制方法。

為實現所述發明目的，提供這樣一種提高風電系統不對稱故障穿越能力的控制方法，該控制方法針對的風電系統包括直驅永磁同步風力發電機組、電網和連接在直驅永磁同步風力發電機組和電網之間的包括了機側整流器和網側逆變器的背靠背變流器；其中，機側整流器采用轉速外環、電流內環的雙閉環控制結構，以對直驅永磁同步風力發電機組進行最大風能跟蹤的控制；網側逆變器采用電壓外環、電流內環的雙閉環控制結構，以讓電壓外環保證電網正常情況下直流母線電壓的穩定，讓電流內環保證并網有功功率無功功率可調節和并網三相電流始終對稱。其改進之處是，在機側整流器和網側逆變器之間接入有超級電容儲能系統，該超級電容儲能系統由超級電容模塊和buck-boost型的雙向DC/DC電路組成；所述雙向DC/DC電路由儲能電感、并聯的功率開關管?和續流二極管?，以及并聯的功率開關管Ⅱ和續流二極管Ⅱ組成，其中，儲能電感的一端連接在該超級電容模塊的正極，該儲能電感的另一端連接在功率開關管Ⅱ和續流二極管Ⅱ的一個并聯點上構成公共點?；功率開關管?和續流二極管?的一個并聯點連接在該公共點?上，另一個并聯點與機側整流器和網側逆變器之間的直流母線正極連接；超級電容模塊的負極連接在功率開關管Ⅱ和續流二極管Ⅱ的另一個并聯點上構成公共點Ⅱ，該公共點Ⅱ連接至機側整流器和網側逆變器之間的直流母線負極；在控制方法中還包括對該超級電容儲能系統的控制，其控制過程如下；

當電網正常，超級電容模塊處于額定電壓時，控制超級電容儲能系統不工作，雙向DC/DC電路中的兩個功率開關管都處于斷開狀態；

當電網發生不對稱故障時，對超級電容儲能系統按照如下步驟控制：

（1）將機側整流器的輸入瞬時有功功率P_in減去網側逆變器的輸出瞬時有功功率P_out，得到目標功率值ΔP，控制超級電容儲能系統輸出瞬時有功功率P_sc跟蹤目標功率值ΔP，讓背靠背變流器直流側有功功率達到平衡，以消除直流側母線電壓二倍工頻紋波；