[發(fā)明專利]一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)逆變器低電壓穿越控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210252092.3
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN102769306A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張友鵬;董唯光;郭瑾;高鋒陽;劉景利;葉愛賢;李萌;趙斌
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州交通大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)逆變器低電壓穿越控制方法。

背景技術(shù)

風(fēng)能是一種可再生能源，據(jù)估計，地球上的風(fēng)能理論儲存量約為2.74×10⁹MW，可開發(fā)利用的風(fēng)能為2×10⁷MW，只要利用地球上1％的風(fēng)能就能滿足全球的能源需求。但是風(fēng)能是一種間歇性能源，不穩(wěn)定、地區(qū)差異大，加之我國風(fēng)電事業(yè)起步較晚，國產(chǎn)化水平不高，尤其是我國在風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)上還存在較多問題，近年風(fēng)電脫網(wǎng)事故頻出，暴露出當(dāng)前風(fēng)電機組的低電壓穿越能力欠缺的問題，對于低電壓穿越能力各國都出臺了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，我國標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW?392-2009。

在電網(wǎng)電壓跌落期間，對于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)來說，直流母線電壓上升和逆變器輸出電流激增，以及如何實現(xiàn)對電網(wǎng)的無功補償，是其在低電壓穿越過程中面對的主要問題。由于風(fēng)機輸入能量瞬時不變，而逆變器輸出能量瞬時減小，在直流母線上會產(chǎn)生不平衡的能量，如果這部分能量不能盡快輸送出去，將導(dǎo)致直流側(cè)電容持續(xù)充電，對電容造成損害。同時為了使能量得到平衡，網(wǎng)側(cè)逆變器要增大輸出電流，同樣過大的電流會對網(wǎng)側(cè)逆變器造成損害。而且如果電網(wǎng)電壓不能及時得到無功支持而恢復(fù)，風(fēng)機在超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的時間內(nèi)仍會斷網(wǎng)，所以無功支持也是提高低電壓穿越的一個重要技術(shù)保障。

硬件方法：在直流側(cè)增加卸荷負載電路以消耗或存儲不平衡功率，保證直流電容電壓穩(wěn)定，；增設(shè)SVC補償無功缺失，穩(wěn)定母線電壓。卸荷電路通過IGBT和直流母線直接相連，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時，電壓跌落檢測裝置會將電壓跌落信號傳到網(wǎng)側(cè)變流器控制器中，控制器根據(jù)跌落深度控制卸荷負載的投入大小。同時，自動采樣控制電路采集電網(wǎng)電壓跌落信號，控制晶閘管觸發(fā)角控制無功輸出，進而對無功進行補償。對于增加卸荷負載和SVC的硬件方法會帶來如下問題：

1、使系統(tǒng)復(fù)雜化，可靠性下降，卸荷負載電路以及SVC價格昂貴，成本、體積增加；

2、在并網(wǎng)電壓跌落時需要轉(zhuǎn)變工作模式，需要對電網(wǎng)電壓進行快速精確的監(jiān)測，同時在轉(zhuǎn)換過程中增加系統(tǒng)不可控因素，給系統(tǒng)帶來暫態(tài)擾動；

3、卸荷負載和SVC投放時機和程度不易確定，調(diào)節(jié)精度不高，調(diào)節(jié)時間長。

控制方法：現(xiàn)行網(wǎng)側(cè)變流器控制一般采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)。電壓外環(huán)穩(wěn)定直流電容電壓，將采集值與設(shè)定值進行比較，偏差通過PI調(diào)節(jié)器輸出有功無功電流參考量；電流內(nèi)環(huán)將有功電流和無功電流解耦控制，通過SVPWM控制逆變器輸出能量。對于控制方法，采集直流母線電壓作為電壓外環(huán)采集時間長，由于是對電容電壓進行采集，電容電壓不能突變，因此采集信息時間長，反應(yīng)慢，存在滯后現(xiàn)象。

術(shù)語解釋；

1.低電壓穿越(low?voltage?ride-through，LVRT)：指在風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)點電壓跌落的時候，風(fēng)機能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)電壓恢復(fù)，“穿越”這個低電壓時間(區(qū)域)。

2.靜止動態(tài)無功補償器(static?var?compensator，SVC)：一種可控的電力電子器件，由電抗器和電力電容器組成，可以補償無功電流，改善功率因數(shù)。

3.永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(direct-driven?wind?turbine?with?permanent?magnet?synchronous?generator，D-PMSG)：一種風(fēng)力發(fā)電機，一般采用全功率變流器并網(wǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對硬件電路的控制難度大，在投出和切除的時候?qū)ο到y(tǒng)帶來暫態(tài)影響以及增大系統(tǒng)成本的不足上，提出使用功率外環(huán)的控制方法保證電壓跌落并網(wǎng)期間系統(tǒng)的穩(wěn)定和無功能夠跟隨電網(wǎng)跌落深度進行補償，同時對網(wǎng)側(cè)變流器過流進行限制，保證網(wǎng)側(cè)變流器穩(wěn)定工作。因為引起直流電容電壓升高的根本原因是母線上存在不平衡功率，所以用功率環(huán)作為保證電容電壓的控制器更能體現(xiàn)出其本質(zhì)問題，也能得到更好的控制效果。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：