[發(fā)明專利]一種雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔直并網(wǎng)系統(tǒng)故障穿越控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710697096.5
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107482678B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐陽金鑫;唐挺;李夢陽;熊小伏;鄭迪
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02P9/10;H02P101/15
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 黃河

本技術(shù)方案提供了一種雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔直并網(wǎng)系統(tǒng)故障穿越控制方法，包括當(dāng)雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的交流電網(wǎng)側(cè)發(fā)生短路故障且柔直輸電線路的直流電壓超過預(yù)設(shè)門檻值時，計算雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子最大允許轉(zhuǎn)速對機(jī)端電壓頻率的約束Δf_ωr的第三邊界Δf₃，判斷是否存在雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子最大允許電流對機(jī)端電壓頻率的約束Δf_ir，若Δf_ir存在，計算Δf_ir的第一邊界Δf₁和第二邊界Δf₂，若Δf_ir存在，若Δf₁≤Δf₃≤Δf₂成立，則f_wmax＝Δf₁，否則f_wmax＝Δf₃，若Δf_ir不存在，柔直風(fēng)場側(cè)換流站頻率控制的上限f_wmax＝Δf₃，基于f_wmax控制風(fēng)電場交流電壓頻率的提升。提升了雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔直并網(wǎng)系統(tǒng)故障穿越時的安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)電控制領(lǐng)域，具體地說，涉及一種雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔直并網(wǎng)系統(tǒng)故障穿越控制方法。

背景技術(shù)

為解決全球能源危機(jī)，風(fēng)力發(fā)電在全球內(nèi)發(fā)展迅速。風(fēng)電經(jīng)柔性直流輸電線路并網(wǎng)相對于直接交流并網(wǎng)、常規(guī)直流聯(lián)網(wǎng)方式而言，可以隔離風(fēng)電場與交流主網(wǎng)，具備黑啟動能力，減少了無功補(bǔ)償裝置，適用于遠(yuǎn)距離風(fēng)功率傳輸，已成為目前風(fēng)電并網(wǎng)的主要方式。目前，基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)電機(jī)組是風(fēng)力發(fā)電的主力機(jī)型。大規(guī)模雙饋風(fēng)電機(jī)組的應(yīng)用，形成了雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔直并網(wǎng)的特殊電網(wǎng)拓?fù)洹?/p>

隨著風(fēng)電滲透率越來越高，電網(wǎng)故障下風(fēng)電場不能從電力系統(tǒng)中切除，否則會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成巨大沖擊，因此風(fēng)電場應(yīng)具備一定的故障穿越能力。在雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔直并網(wǎng)系統(tǒng)中，雙饋風(fēng)電機(jī)組和柔直換流站的控制方式相互耦合，使得故障特性分析和故障穿越控制更加復(fù)雜。當(dāng)交流系統(tǒng)側(cè)發(fā)生三相對稱短路時，柔直電網(wǎng)側(cè)換流站輸出有功功率減少，但是由于雙饋風(fēng)電機(jī)組故障穿越措施僅以避免風(fēng)電機(jī)組不脫網(wǎng)為目標(biāo)，并未考慮雙饋風(fēng)電機(jī)組輸出有功功率與柔直電網(wǎng)側(cè)換流站輸出功率的匹配，不平衡的有功功率將使柔性直流輸電的直流電壓升高，嚴(yán)重時會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，因此必須對柔直兩側(cè)不平衡有功功率加以控制，以實現(xiàn)雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的故障穿越。

電網(wǎng)故障下，將直流過壓信息傳輸?shù)诫p饋風(fēng)電機(jī)組，通過雙饋風(fēng)電機(jī)組控制減小輸出有功功率能抑制直流電壓，但是存在通信延時和可靠性問題。因此在確保直流電壓不越限的前提下，應(yīng)首先控制柔性直流輸電的風(fēng)電場側(cè)換流站減小其交流側(cè)饋入的有功功率，再由雙饋風(fēng)電機(jī)組對機(jī)電兩側(cè)的不平衡功率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。目前通過柔性直流輸電的風(fēng)電場側(cè)換流站控制減少風(fēng)電場側(cè)饋入功率的方法主要包括3類：一類是利用風(fēng)電場側(cè)換流站控制實現(xiàn)風(fēng)電場交流電壓頻率的提升，即升頻法；一類是利用風(fēng)電場換流站控制實現(xiàn)風(fēng)電場交流電壓的降低，即降壓法；另一方面則是在直流側(cè)附加泄能電阻電路，以吸收不平衡功率。其中，附加泄能電阻電路會導(dǎo)致散熱問題嚴(yán)重；雙饋風(fēng)電機(jī)組對機(jī)端電壓較為敏感，降壓法可能會觸發(fā)雙饋風(fēng)電機(jī)組的故障穿越控制，因此升頻法對于雙饋風(fēng)電機(jī)組經(jīng)柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的故障穿越具有更好的適用性。

目前，針對雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔直并網(wǎng)系統(tǒng)故障穿越的升頻法，研究人員進(jìn)行了一系列研究，但是研究的重點(diǎn)主要集中于提高升頻法的響應(yīng)速度。部分研究人員對所需提升的頻率大小進(jìn)行一定的探索，但是僅從避免直流電壓越限方面來確定頻率的控制定值，并未考慮雙饋風(fēng)電機(jī)組對于機(jī)端電壓頻率升高的適應(yīng)性。雙饋風(fēng)電機(jī)組對機(jī)端電壓十分敏感，電壓頻率的變化通過發(fā)電機(jī)定子反應(yīng)和雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)換流器影響轉(zhuǎn)子電流的大小，雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的升頻控制可能造成雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子電流升高，威脅雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)換流器安全。此外，為了使得雙饋風(fēng)電機(jī)組能夠直接參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)，目前一般采用附加虛擬慣量控制環(huán)節(jié)對雙饋風(fēng)電機(jī)組有功功率控制指令值進(jìn)行修正，此時雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與機(jī)端電壓頻率呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，升頻控制可能造成雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子超速，威脅雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子機(jī)械安全。