[發明專利]直驅永磁風機的無功協調控制方法及系統

有效

• 申請號: 201810778801.9
• 申請日: 2018-07-16
• 公開（公告）號: CN108879716B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 任永峰;紀蔚濤;云平平;薛宇;廉茂航
• 申請（專利權）人: 內蒙古工業大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/16
• 代理公司: 北京專贏專利代理有限公司 11797
• 代理人: 劉備

本發明公開了一種直驅永磁風機的無功協調控制方法及系統，該方法包括：接收檢測得到的公共并網點的電壓值；比較所述公共并網點的電壓值與預設的并網點電壓參考值；若所述公共并網點的電壓值與預設的并網點電壓參考值之間的差值位于預設范圍內，則啟用靜止同步補償器進行無功控制，同時網側變流器繼續工作在恒功率因數模式；若所述公共并網點的電壓值與預設的并網點電壓參考值之間的差值超出所述預設范圍，切換直驅永磁風機網側變流器工作狀態，與靜止同步補償器聯合進行無功控制。實施本發明能在并網點電壓跌落/驟升時，直驅永磁風機向電網提供穩定的無功支撐，提升直驅式風電場的無功裕度和并網點電壓的穩定性。

技術領域

本發明涉及風力發電機領域，特別涉及一種直驅永磁風機的無功協調控制方法及系統。

背景技術

風電滲透率的不斷增加給電網的安全穩定運行和調度帶來了不利影響。在電網發生故障時，風電場的故障穿越能力以及對公共并網點(point of common coupling，PCC)的電壓支撐、無功補償等問題受到了風電行業的廣泛關注。目前變速恒頻風電機組在風電裝機總容量中占據主導地位，其所配備的變流器能夠實現有功、無功的解耦控制，因此可作為風電場重要的無功源參與無功調節。我國現行的《風電場接入電力系統技術規定》中明確要求電網故障時要充分利用風電機組的無功容量及其調節能力對并網點進行無功支撐。國內外學者針對以雙饋、直驅永磁風機為代表的變速恒頻風機參與無功調節進行了大量研究。

各種研究報告中分析了雙饋風機定子側和網側變流器無功調節的機理，根據兩者無功調節能力制定其無功控制策略，當無功需求大于無功出力極限時，通過減小有功出力來擴大無功出力范圍。此外，研究還指出直驅永磁風機由于配備了全功率變流器，無功調節能力較雙饋風機更強，但其提出的網側變流器控制策略受風電并網導則要求的無功電流的限制，無法在各種工況下充分利用直驅永磁風機的無功調節能力。其中，圖1為配備了直流卸荷電路的直驅永磁風機拓撲結構。雙PWM背靠背全功率變流器將發電機與電網隔離開來，使發電機轉速擺脫了電網頻率的約束，同時防止電網側故障影響傳遞到發電機側。機側變流器將永磁同步發電機發出的幅值和頻率變化的交流電整流成直流電，同時實現在不同風況下的最大功率跟蹤；網側變流器則將直流母線上的直流電逆變成與電網同頻的三相交流電，同時穩定直流母線電壓、調節向電網輸出的有功和無功功率。直流卸荷電路由IGBT控制，當電網發生故障導致直流母線電壓越限時投入直流卸荷電路，消耗掉在直流側堆積的能量。

由于風機的無功調節能力受有功輸出影響，因此僅靠風機的無功容量無法滿足系統調節需求，還需在風電場集中配備補償單元(詳見論文“風電場中級聯STATCOM(StaticSynchronous Compensator,簡稱靜止同步補償器)直流側電壓控制方法”)。現有相關文獻大多針對雙饋風機與補償單元的協調控制，對直驅永磁風機涉及較少且研究內容不夠詳盡。直驅永磁風機因具有高運行效率、低維護成本、故障穿越能力強等優勢，在大功率風電市場前景廣闊，因此研究直驅永磁風機與補償單元的無功協調控制具有重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提供一種直驅永磁風機的無功協調控制方法及系統，以實現在并網點電壓跌落/驟升時，直驅永磁風機向電網提供穩定的無功支撐，提升直驅式風電場的無功裕度和并網點電壓的穩定性。

具體而言，本發明提供一種直驅永磁風機的無功協調控制方法，包括步驟：

接收檢測得到的公共并網點的電壓值；

比較所述公共并網點的電壓值與預設的并網點電壓參考值；

若所述公共并網點的電壓值與預設的并網點電壓參考值之間的差值位于預設范圍內，則啟用靜止同步補償器進行無功控制，同時網側變流器繼續工作在恒功率因數模式；

若所述公共并網點的電壓值與預設的并網點電壓參考值之間的差值超出所述預設范圍，切換直驅永磁風機網側變流器工作狀態，與靜止同步補償器聯合進行無功控制。

進一步地，所述啟用靜止同步補償器進行無功控制包括：