[發(fā)明專利]諧波電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810214785.0
• 申請日: 2018-03-15
• 公開（公告）號: CN108321844B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚駿;劉瑞闊;裴金鑫;駱悅;孫鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24;H02P21/14;H02J3/16
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

本發(fā)明公開了一種諧波電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，本控制方法涉及對永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器和機(jī)側(cè)變換器的控制；其中網(wǎng)側(cè)變換器的控制目標(biāo)設(shè)定為抑制系統(tǒng)總輸出有功、無功功率的6倍頻脈動(dòng)分量；機(jī)側(cè)變換器采用矢量控制策略，將永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)定子平均有功功率指令、定子平均無功功率跟對應(yīng)的反饋量之差送至機(jī)側(cè)變換器電流參考值計(jì)算模塊，得到電流參考值，再采用轉(zhuǎn)子磁場定向，將得到的機(jī)側(cè)變換器電流參考值輸送至機(jī)側(cè)變換器電流內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)，得到機(jī)側(cè)變換器控制電壓分量。本控制方法改善了永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量，降低了直流母線電壓的波動(dòng)，提高其使用壽命，降低了運(yùn)維成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種諧波電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制方法，以期降低諧波電網(wǎng)電壓對永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的危害，并改善其輸出電能質(zhì)量及并網(wǎng)穩(wěn)定性，屬于新能源發(fā)電領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，風(fēng)能作為一種綠色能源，在可再生能源領(lǐng)域得到了迅猛發(fā)展，隨著風(fēng)電裝機(jī)容量比重越來越大，風(fēng)電電能質(zhì)量對電網(wǎng)的影響越來越受到關(guān)注。永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)由于省去了電刷、滑環(huán)及齒輪箱等部件，并采用全功率變流器，發(fā)電效率和運(yùn)行可靠性較高，已成為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主流機(jī)型之一。然而風(fēng)能資源主要集中于偏遠(yuǎn)地區(qū)，風(fēng)電系統(tǒng)與電力主干網(wǎng)絡(luò)連接較弱，且由于大量電力電子變流裝置的應(yīng)用及負(fù)荷的非線性等因素，不可避免的給電力系統(tǒng)帶來諧波污染，這嚴(yán)重影響了永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量。因此，如何改善諧波電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的并網(wǎng)電能質(zhì)量，提高其穩(wěn)定運(yùn)行能力是目前大規(guī)模風(fēng)電發(fā)展關(guān)鍵問題。目前國內(nèi)外學(xué)者已展開了相關(guān)研究，如已公開的下列文獻(xiàn)：

(1)JunBum Kwon,Xiongfei Wang,Claus Leth Bsk,et al.Analysis ofharmoniccoupling and stability in back-to-back converter systems for wind turbinesusing harmonic state space(HSS)[C].IEEE Conversion Congress and Exposition(ECCE),Montreal,QC,2015:730-737.

(2)全宇，年珩.不平衡及諧波電網(wǎng)下并網(wǎng)逆變器的諧振滑模控制技術(shù)[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34(9)：1345-1352.

文獻(xiàn)(1)系統(tǒng)地分析了永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的諧波電流特性，提出通過在并網(wǎng)點(diǎn)加裝濾波器以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)諧波電流的抑制并進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)的風(fēng)電消納能力，但該文獻(xiàn)僅對永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)的諧波源進(jìn)行了分析，并未對諧波電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行特性展開研究，且所提諧波電流抑制策略增加了濾波裝置的設(shè)計(jì)難度。

文獻(xiàn)(2)基于對電網(wǎng)電壓不平衡且諧波畸變下永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的運(yùn)行行為分析，分別提出了基于諧振滑模控制器的改進(jìn)控制策略，在一定程度上改善了傳統(tǒng)正、負(fù)序電流分離造成的延時(shí)現(xiàn)象并減小了比例積分控制器的設(shè)計(jì)難度，有效實(shí)現(xiàn)了永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)輸出電流平衡無畸變，但其總輸出功率及直流母線電壓的波動(dòng)并未得到抑制，影響了永磁直驅(qū)風(fēng)場的輸出電能質(zhì)量及直流鏈電容的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提出一種諧波電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的控制方法，本控制方法在不增加硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，對網(wǎng)側(cè)變換器的控制策略進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，加入了抑制總輸出有功功率和總輸出無功功率脈動(dòng)的輔助控制環(huán)節(jié)，改善了永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量，降低了直流母線電壓的波動(dòng)，提高其使用壽命，降低了運(yùn)維成本。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

諧波電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：本控制方法涉及對永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器和機(jī)側(cè)變換器的控制；

(A)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器的控制目標(biāo)設(shè)定為抑制系統(tǒng)總輸出有功、無功功率的6倍頻脈動(dòng)分量，其具體控制步驟為：