[發(fā)明專利]永磁直驅(qū)風(fēng)電機組低電壓穿越時有功和無功協(xié)調(diào)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210166079.6
• 申請日: 2012-05-25
• 公開（公告）號: CN102664427A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王毅;董淑恵;任亞釗;李和明
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/18
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 13108
• 代理人: 李羨民;高錫明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組功率控制方法，可提高風(fēng)電機組低電壓穿越時的穩(wěn)定性，并對電網(wǎng)提供動態(tài)無功支持，屬發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，并網(wǎng)直驅(qū)永磁風(fēng)電機組的低電壓穿越問題已引起風(fēng)機廠商的高度重視。通過全功率變流器并網(wǎng)的永磁直驅(qū)同步發(fā)電機組，其實現(xiàn)低電壓穿越的關(guān)鍵技術(shù)問題在于維持變流器直流環(huán)節(jié)電容電壓的穩(wěn)定。傳統(tǒng)技術(shù)方案主要是通過在直流側(cè)安裝卸荷電路、儲能裝置消納多余的能量，或并聯(lián)輔助變流器增加直流側(cè)功率的輸出通道。這些方法均需增加外部硬件電路，不但增加了變流器的體積及成本，使控制器變得復(fù)雜，而且還會造成風(fēng)電機組的有功損失。同時，在電網(wǎng)電壓跌落時，由于網(wǎng)側(cè)變流器的限流使風(fēng)電機組無法對電網(wǎng)提供及時的動態(tài)無功支持，對并網(wǎng)點電壓的恢復(fù)幾乎沒有貢獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種永磁直驅(qū)風(fēng)電機組有功和無功協(xié)調(diào)控制方法，在不增加外部硬件電路的前提下，提高風(fēng)電機組的低壓穿越能力，并對電網(wǎng)提供動態(tài)無功支持。

本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種永磁直驅(qū)風(fēng)電機組低電壓穿越時有功和無功協(xié)調(diào)控制方法，它根據(jù)電網(wǎng)電壓幅值的變化對網(wǎng)側(cè)變流器采用兩種不同的控制策略：當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時，為有功優(yōu)先的最大功率跟蹤控制模式，使風(fēng)電機組最大限度地捕獲風(fēng)能；當(dāng)電網(wǎng)電壓超出正常范圍時，為無功優(yōu)先控制模式，使注入電力系統(tǒng)的動態(tài)無功電流達(dá)到并網(wǎng)要求；機側(cè)變流器則采用基于轉(zhuǎn)子儲能的直流電壓控制模式，即利用永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組自身轉(zhuǎn)速及動能的變化，緩解變流器直流側(cè)功率不平衡，穩(wěn)定直流電壓。

上述永磁直驅(qū)風(fēng)電機組低電壓穿越時有功和無功協(xié)調(diào)控制方法，網(wǎng)側(cè)與機側(cè)變流器的具體控制方法如下：

a．網(wǎng)側(cè)變流器控制模式

①?當(dāng)風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓正常，即0.9＜V_g＜1.1時,網(wǎng)側(cè)變流器采用最大功率跟蹤控制策略，對永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組進(jìn)行有功控制，其中,V_g為風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓標(biāo)幺值；

發(fā)電機有功參考指令????????????????????????????????????????????????為：

，

式中，P_max為永磁直驅(qū)風(fēng)電機組輸出有功功率限幅值，ω₀為永磁直驅(qū)風(fēng)電機組的切入電角速度；ω₁為永磁直驅(qū)風(fēng)電機組進(jìn)入轉(zhuǎn)速恒定區(qū)時的電角速度；ω_max為永磁直驅(qū)風(fēng)電機組角速度限幅值，ω_e為永磁直驅(qū)風(fēng)電機組的電角速度，k_opt為最大功率跟蹤曲線的比例系數(shù)；

②?當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障，即V_g＜0.9或V_g＞1.1時，網(wǎng)側(cè)變流器為無功優(yōu)先控制模式，為使動態(tài)無功電流達(dá)到大型風(fēng)電場并網(wǎng)要求，在低電壓穿越過程中，利用下式計算每個風(fēng)電場注入電力系統(tǒng)的動態(tài)無功電流：

，?

式中：I_N為風(fēng)電場額定電流；?

為保護(hù)網(wǎng)側(cè)變流器電力電子器件不受損壞，利用下式計算網(wǎng)側(cè)變流器有功電流限流值：

，

式中：?I_{g_max}為網(wǎng)側(cè)變流器最大限流值；

b．機側(cè)變流器控制模式

采用直流電壓控制模式：利用PI控制器根據(jù)直流母線電壓的偏差調(diào)節(jié)電機定子有功電流參考指令I_{s_q}^*，使風(fēng)力發(fā)電機輸送到直流側(cè)的有功功率P_s始終與網(wǎng)側(cè)變流器輸出的有功功率P_g相等，進(jìn)而將直流側(cè)功率的不平衡轉(zhuǎn)化為發(fā)電機機械功率P_m和電磁功率P_s的不平衡，利用風(fēng)機慣性儲能有效抑制直流母線電壓的波動。?