[發明專利]電網不對稱故障下混合風電場群協調控制方法

在審

• 申請號: 201710429098.6
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107147144A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 姚駿;李嘉偉;劉瑞闊;徐德鵬
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司50212
• 代理人: 李海華

技術領域

本發明涉及含永磁直驅風電場和異步風電場的混合風電場群的技術改進，特別是涉及電網不對稱故障下該混合風電場有效抑制并網點負序電壓的方法，屬于電力控制技術領域。

背景技術

由于不同類型的風電機組各有特點，在舊風電場擴容改造和新風電場建設中，利用不同類型風電機組組成混合風電場并利用不同類型風電機組相互協調運行已是大規模風電利用的重要趨勢之一。由于我國風電資源大多集中在偏遠地區，與電力主網連接較弱，電網不對稱故障時有發生，這將對并網大型風電場的穩定運行產生顯著影響。常用的風力發電系統中，異步風電機組直接與電網相連，其可控性較差，受電網電壓影響較大，一方面，電網電壓跌落將導致異步發電機輸入機械轉矩與輸出電磁轉矩不平衡，引起轉子轉速不斷增加，最終可能導致發電機組失穩而退出運行；另一方面，定子正、負序電壓和電流的相互作用將導致電磁轉矩出現二倍頻脈動，從而降低機組軸系的使用壽命。目前，為提高異步風電場不對稱故障情況下的適應能力，國內外學者已展開了相關研究，如已公開的下列文獻：

(1)張元棟，秦世耀，李慶，等.籠型異步風電機組低電壓穿越改造方案的比較研究[J].電網技術，2013，37(1)：235-241.

(2)Andres E.Leon,Juan Manuel Mauricio.An improved control stategy for hybrid wind farms[J].IEEE Transactions on Sustainable Energy,2010,1(3):131-141.

文獻(1)比較了目前常用的4種輔助異步風電機組故障穿越的二次設備改造方案，4種輔助設備均能夠有效提高異步風電機組的故障穿越能力。然而，動態制動電阻和動態電壓補償器無法在電網故障期間向電網提供無功電流，全功率變流器雖可在解決異步風電機組故障穿越問題的同時還可實現對電網的動態無功支撐，但會進一步增加了系統的硬件成本；并聯無功補償裝置成本較低但其補償效果受電網故障點及電網電壓跌落程度影響較大。

文獻(2)提出利用永磁直驅風電機組代替傳統并聯無功補償器以輔助相鄰異步風電機組完成故障穿越運行，即利用異步風電機組和永磁直驅風電機組組成的混合風電場以進一步降低異步風電場的故障穿越改造成本。然而，電網不對稱故障條件下，電網電壓與電流中還將存在負序分量，該負序分量將與正序電壓、電流分量相互作用導致混合風電場輸出功率存在嚴重波動。不對稱故障時，若永磁直驅風電機組只向電網注入正序無功，可能加劇整個混合風電場功率的2倍頻波動，引起整個混合風電場輸出電能質量的嚴重下降。

作為風電市場中的主流機型，永磁直驅風電機組與傳統異步風電機組組合而成的混合風電場群已成為目前舊風電場擴容的必然選擇，因此，利用永磁直驅風電機組靈活的控制能力，研究含永磁直驅風電場和異步風電場的混合風電場群在電網不對稱故障下的協同控制策略，以降低電網負序電壓及其對混合風電場群的不利影響，提高異步風電場故障穿越能力及其并網質量。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提出一種電網不對稱故障下含永磁直驅風電場和異步風電場的混合風電場的協調控制方法，該方法在不增設硬件設備、控制永磁直驅風電機組輸出滿足并網導則要求的正序無功的基礎上，利用網側變換器剩余電流裕量輸出負序電流，以協同抑制并網點負序電壓，從而提高異步風電場故障穿越能力及其并網質量。

本發明的技術方案是這樣實現的：

電網不對稱故障下含永磁直驅風電場和異步風電場的混合風電場群的協調控制方法，本方法涉及對永磁直驅風電系統網側變換器和機側變換器的控制；

(A).永磁直驅風電系統網側變換器的控制步驟為：

A1)采集風電場并網點三相電壓信號u_gabc、網側變換器輸出三相電流信號i_gabc以及直流母線電壓信號U_dc；

A2)將采集到的風電場并網點三相電壓信號u_gabc經過數字鎖相環PLL后得到風電場并網點正序電壓適量的電角度θ_g和同步電角速度ω_e；

A3)將風電場并網點三相電壓信號u_gabc經過靜止三相abc坐標系到靜止兩相αβ坐標軸系的恒功率坐標變換，轉換為靜止兩相αβ坐標軸系下的電壓信號，即u_gα、u_gβ；