[發明專利]基于動態電壓補償器的雙饋異步風力發電機組控制方法

有效

• 申請號: 201610119957.7
• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105634014B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 周強;汪寧渤;葉超;何世恩;汪雅靜;趙龍;陟晶;冉亮;路亮;馬明;張健美;沈琛云;王明松;王定美;陳釗;沈薈云;呂清泉
• 申請（專利權）人: 甘肅省電力公司風電技術中心;國網甘肅省電力公司;國家電網公司;華中科技大學;國網甘肅省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/16
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司62002
• 代理人: 李艷華

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，尤其涉及基于動態電壓補償器的雙饋異步風力發電機組控制方法。

背景技術

風電是目前在技術上最為成熟、經濟上最為可行、應用最為廣泛的新能源發電技術之一。面臨日益緊迫的能源安全及環境惡化問題，風能已受到各國政府的高度重視，世界各主要國家包括美國、中國都相繼把發展可再生能源提升到國家戰略的層次。以風電為代表的新能源正逐步成為我國重要的能源資源，在滿足能源需求、改善能源結構、減少環境污染、保護生態環境、促進經濟社會發展等方面發揮重要作用。而隨著電力系統中風電裝機容量迅速增加，風電成為電力系統的重要電源，風電機組應對電網故障穩定運行的能力對保障電力系統的穩定與安全有著非常重要的作用。

在各種類型的風力發電機組中，變速恒頻雙饋異步發電機（DFIG）以其調速范圍寬、有功無功功率可獨立調節以及所需背靠背變換器容量較小等優點，占據了絕大部分市場份額。

現有的雙饋異步風力發電機組控制基本原理如下：

電網電壓發生突變會使得定子磁鏈中出現自由分量和負序分量：

其中，為同步轉速，為電壓正序分量對應的磁鏈正序分量，為電壓負序分量對應的磁鏈負序分量，為磁鏈自由分量，該分量是由于電壓突變時磁鏈不能突變而產生，按時間常數衰減。

若不對定子電壓進行補償，上述磁鏈分量會分別在轉子中感應出相應的電動勢：

，s為轉差，；

然而由于DFIG定子直接與電網相連，當電網發生單相、兩相或者三相對地短路以及相間短路故障時，DFIG機端電壓都將發生突變，而且發生單相、兩相接地短路故障以及相間短路故障時，還會產生較大的負序電壓。由于定子磁鏈不會發生突變，必須連續變化，因此在機端電壓發生突變時，會在DFIG定子磁鏈中會產生直流成分（自由分量），定子直流磁鏈會在高速旋轉的轉子回路中感應出一個很大的轉子感應電動勢，一般相當于正常運行時轉子感應電動勢的5~6倍，當電網電壓跌落的幅值較大時，由此產生的感應電動勢遠遠超過轉子側變換器（RSC）的容量限制，RSC會失去對DFIG的控制能力，會導致RSC過電壓、過電流以及DFIG電磁轉矩和輸出功率劇烈變化等，DFIG也會因為RSC過流保護動作而脫網。而當DFIG機端電壓中含有負序成分時，負序電壓會在DFIG定子中產生負序磁鏈成分，負序磁鏈與轉子旋轉方向相反，同樣會在轉子感應出很大的感應電動勢，一般相當于正常運行時轉子感應電動勢的5~7倍，當負序電壓含量較高時，RSC也會發生過電壓、過電流的情況，從而導致風機脫網。

若在電網故障期間對定子電壓進行補償，減小或者消除電壓突變對風機的影響，則能避免上述磁鏈反應對轉子產生的不良影響。

若在故障期間持續對電壓進行完全補償，完全隔絕電網擾動對風機的影響，風機將能夠持續穩定運行，但故障期間由于電網電壓跌落，風機相當部分功率不能有效送出（若電壓跌至0，則是全部功率），DVR必須處理這部分功率，這就需要DVR配備與風機額定功率相匹配的儲能容量或釋能裝置，這極不經濟，在工程實際中幾乎不可能實現。

針對以上情況，目前國內外采用轉子快速短接保護（Crowbar）技術，來限制轉子的電流，保護RSC，該方法實現簡單、易操作，但是在Crowbar動作期間，DFIG相當于鼠籠式異步電機會從電網吸收大量無功功率，不僅不利于電網電壓的恢復，甚至還會加劇電網電壓的下降，引發更進一步的故障。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種實現不脫網穩定運行的基于動態電壓補償器的雙饋異步風力發電機組控制方法。

為解決上述問題，本發明所述的基于動態電壓補償器的雙饋異步風力發電機組控制方法，包括以下步驟：

⑴建立基于動態電壓補償器的雙饋異步風力發電機組控制系統，該系統包括變速恒頻雙饋異步發電機DFIG、動態電壓補償器DVR和控制模塊；所述變速恒頻雙饋異步發電機DFIG中分別設有轉子側變換器RSC、定子側轉換器GSC，該定子側轉換器GSC與所述動態電壓補償器DVR串聯后與電網相連接；所述控制模塊與所述動態電壓補償器DVR相連；

⑵當所述電網電壓正常時，所述動態電壓補償器DVR不工作，但所述動態電壓補償器DVR實時檢測定子電壓穩態值；

當所述電網因故障引起電壓突變時，則所述動態電壓補償器DVR迅速取得突變后的電壓矢量，進行正負序分離：

；

其中為正序分離電壓，為負序分離電壓；