[發明專利]共享機制風電場中風力發電機的勵磁控制方法及控制裝置

有效

• 申請號: 202010517467.9
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111756292B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 徐奉友;岳紅軒;李延青;劉偉鵬;劉心社;李春陽;班龍;馮廣博;蘇靜
• 申請（專利權）人: 許昌許繼風電科技有限公司;許繼集團有限公司
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02P21/22;H02P9/00;H02P101/15
• 代理公司: 北京中創云知識產權代理事務所(普通合伙) 11837
• 代理人: 徐輝

本發明是為共享機制風電場設計的一種風力發電機的勵磁控制方法和控制裝置，在雙饋發電機轉子的dq軸電壓上疊加交流電壓，實現對雙饋發電機的矢量控制，減小了三相不平衡電網電壓造成的電磁力矩波動幅值。本發明提出的技術方案，考慮了當電網三相電壓不平衡現象出現時，發電機定子dq軸電壓會出現交流電壓，并在發電機轉子dq軸上疊加一組與定子側同樣頻率的交流電量，從而降低了發電機電磁轉矩震動幅值。本發明與現有技術相比可以有效降低不平衡電網電壓下的雙饋風力發電機電磁轉矩波動幅值，為共享機制風電場穩定運行提供一個必備條件。

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，涉及共享機制風電場要求下風力發電機的一種勵磁控制方法及控制裝置。

背景技術

電網三相電壓不平衡會導致風力發電機電磁轉矩震蕩。雖然歐美和中國電能質量標準對電網電壓不平衡度做了限制，但是電能質量標準限制下的電網依然可能引起風力發電機電磁轉矩出現很大幅度的震蕩，電磁轉矩震蕩會導致風力發電機連鎖反應，風電機組功率和傳動鏈都會受到影響。

風電場內所有風機共享數據，協調控制，提高電站控制質量和機組保護效率即共享機制風電場，這是一個比較有前途的風力發電機控制方案，國內外不少風力發電機研究機構已啟動這方面研究。由于電網三相電壓不平衡會導致風力發電機電磁轉矩震動，并引起連鎖反應，這種連鎖反應結果與風力發電機環境風速風向、機械屬性、地表形態等因素對風力發電機影響的結果互相疊加，給共享機制風電場內風機狀態檢測和故障保護帶來很大困難，大大增加了共享機制風電場的建設難度。當前風力發電機應對不平衡電網幾乎是不做有針對性的處理，當風力發電機控制系統檢測到風力發電機震動幅值超過閾值時即停機，一方面這種操作忽略了震動發生的原因，不便于電站維護人員對風力發電機的正常維護，另一方面降低了風力發電機的運行時間和發電量，再一方面，由電網電壓不平衡導致的發電機電磁轉矩大幅波動給共享機制風電場內的共享數據帶來大量的干擾數據，影響共享機制風電場的正常運行。

通過改變風力發電機的勵磁方式，應對電網三相電壓不平衡，降低電磁轉矩波動幅值，減小三相不平衡電壓與風力發電機其他影響因素的耦合作用是構建共享機制風電場的一個重要條件。

現有技術中，風力發電機普遍使用矢量控制技術，理想狀態下網側三相電壓幅值一樣，相位相差120°，d、q軸電量都認為是直流電量，具體控制方式原理圖如圖1所示。發電機網側三相電壓經坐標變換后得到dq軸直流電壓，變流器根據有功功率指令、無功功率指令和定子dq軸直流電壓計算出發電機轉子dq軸所需電壓；計算結果仍然是直流量。發電機轉子dq軸電壓經坐標變換變為三相交流電壓數據控制發電機轉子三相繞組的勵磁電壓。

根據上述風力發電機的控制原理可知，現有技術中，風力發電機矢量控制方案是基于理想電網電壓環境設計的，然而電力系統中用電負荷瞬息萬變，難免會出現三相負荷不平衡現象，負荷不平衡引起電網電壓不平衡，當電網電壓出現不平衡時，以理想電網為依據設計的風力發電機控制系統必然出現電磁轉矩大幅波動現象。

發明內容

為了確保風力發電機在電力系統中工作時，在出現三相負荷不平衡現象，并由此引起電網電壓不平衡時，能夠應對由電網三相電壓不平衡導致的風力發電機電磁轉矩震蕩的問題，本發明提供一種風力發電機的勵磁控制方法及其控制裝置，用于解決不平衡電網電壓發生時，雙饋風力發電機電磁力矩大幅震動問題，為建立共享機制風電場創造良好的前提條件。

為達到上述目的，本發明提供了一種風力發電機的勵磁控制算法及其控制方案，包括：

實時采集發電機網側三相電壓，并計算所述電壓幅值的歸一化系數；

建立dq軸旋轉坐標系，其中，d軸與定子磁通鏈方向重合，q軸超前d軸90°，對發電機定子電壓做3s/2r變換得到定子d、q軸電壓的交流分量和直流分量；