[發明專利]一種電壓源型雙饋風機功角穩定增強控制方法

在審

• 申請號: 202011159340.0
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112952896A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 洪敏;辛煥海;賴全怡;應有;黃林彬
• 申請（專利權）人: 浙江運達風電股份有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/46;H02P9/00;H02P21/00;H02P101/15
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明提出一種電壓源型雙饋風機功角穩定增強控制方法，包括以下步驟：定義虛擬功角δ為d軸和電網電壓之間的夾角，并利用虛擬功角δ分析在電流不飽和和電流限幅工況下電壓源型DFIG功角的暫態穩定性；進行功角穩定增強控制，將電壓源型雙饋風機定子電壓的V_q分量作為P?f下垂環的非線性輔助分量，構造一個新的虛擬功角曲線。本發明能夠解決在大干擾下，電壓源型雙饋風機由于自身特性以及變流器電流限幅環節導致的暫態功角失穩問題，并使得故障清除后能夠恢復到原有穩定運行狀態，并有效提高其靜態功角穩定裕度。

技術領域

本發明涉及電壓源型雙饋風機技術領域，尤其是一種電壓源型雙饋風機功角穩定增強控制方法

背景技術

隨著風電并網容量的不斷提升，大量通過電力電子裝置并網的雙饋風力發電機組使得現有電力系統的轉動慣量缺失，造成系統頻率穩定性下降等問題愈加嚴重。電壓源型的下垂控制技術可通過模擬傳統同步發電機的運行特性，使雙饋風機(Doubly fedInduction Generator,DFIG)顯示電壓源特性，提高雙饋風機的并網等效慣量和電網的風能滲透率，并為電網提供電壓和頻率支撐。研究表明，在大干擾下，電壓源型雙饋風機具有與傳統同步發電機相似的功角特性。且由于輸出功率中正弦函數的非線性，導致電壓源型雙饋風機與同步發電機一樣存在潛在的同步穩定問題。此外，由于變流器內部的限流控制，在大干擾下電壓源型雙饋風機會因電流的限幅而退變成一個電流源，該特性使得電壓源型雙饋風機的失穩過程更加復雜。由此，電壓源型雙饋風機的功角穩定問題值得進一步研究。在以往的文獻中，主要有兩種方法來解決大擾動下電壓源型雙饋風機存在的暫態功角失穩問題，一種方法是在變流器電流輸出達到飽和值時增加虛擬阻抗，這種方案能使故障清除后系統恢復到原有穩定運行狀態，但不能有效增加功角穩定性；另一種是當檢測到較大擾動時切換變流器的控制方法，這種方案增加了功角穩定性，但無法使得系統恢復到初始穩定運行狀態。這兩種方法增加了很多額外參數，并且需要在線故障檢測和控制切換，實現起來較為復雜。在大干擾下，電壓源型雙饋風機會出現與傳統同步發電機類似的暫態功角失穩，而且會因變流器的電流限幅而退變成一個電流源，進一步惡化同步穩定性，導致虛擬功角暫態失穩，并且故障切除后難以恢復到原有狀態。

發明內容

本發明解決了電壓源型雙饋風機由于自身特性以及變流器電流限幅環節導致的暫態功角失穩問題，提出一種電壓源型雙饋風機功角穩定增強控制方法，能夠解決在大干擾下，電壓源型雙饋風機由于自身特性以及變流器電流限幅環節導致的暫態功角失穩問題，并使得故障清除后能夠恢復到原有穩定運行狀態，并有效提高其靜態功角穩定裕度。

為實現上述目的，提出以下技術方案：

一種電壓源型雙饋風機功角穩定增強控制方法，包括以下步驟：

S1，定義虛擬功角δ為d軸和電網電壓之間的夾角，并利用虛擬功角δ分析在電流不飽和和電流限幅工況下電壓源型DFIG功角的暫態穩定性；

S2，進行功角穩定增強控制，將電壓源型雙饋風機定子電壓的V_q分量作為 P-f下垂環的非線性輔助分量，構造一個新的虛擬功角曲線。

作為優選，所述步驟S1具體包括：

S101，穩態下虛擬功角其中為電網電壓，為DFIG定子電壓值，推導虛擬功角和P-f下垂環的關系式為：

其中δ為虛擬功角的導數，θ為P-f下垂控制決定的d軸相位，θ_g為電網電壓的相位，P₀和P_s分別為DFIG定子有功功率的給定值和輸出值；

S102，在電流不飽和工況下，電壓源型雙饋風機定子功率：

其中X_∑為線路等效阻抗，