[發明專利]一種雙饋異步風機故障穿越的功率控制方法及系統

在審

• 申請號: 202110421036.7
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113315136A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 楊蕾;何金定;蔡光;剡文林;黃潤;張斌;秦文超;張哲銘
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16;H02J3/24;H02J3/48;H02J3/50;H02P9/00
• 代理公司: 昆明正原專利商標代理有限公司 53100
• 代理人: 于洪;金耀生

本發明涉及一種雙饋異步風機低電壓穿越的功率控制方法及系統，首先實時監測雙饋風機并網點電壓有效值，并計算并網點電壓有效值和電壓參考值的電壓偏差值；通過電壓偏差值所在范圍來判斷電網電壓是否跌落或者升高；根據得到的電網電壓是否跌落或者升高，來計算無功參考值；根據無功參考值和最大功率跟蹤功率來計算有功參考值；接受有功參考值和無功參考值，從而實現對風機的控制。本發明根據實時電壓測量值和電壓死區值的實時偏差經過PI控制獲得當前能提供的無功功率參考值，在電網發生電壓跌落時進行無功支撐。該方法減少了對硬件設施的損耗程度，延長設施壽命，降低了系統成本，提高了系統的電能變換效率。

技術領域

本發明屬于面向風力發電系統并網控制系統技術領域，具體涉及一種雙饋異步風機低電壓穿越的功率控制方法及系統。

背景技術

隨著風電的大規模并網，減緩了能源危機的同時，也為電網系統電壓和頻率穩定性帶來了負面影響。故障穿越問題一般是由于電網送段與受端發生較大額度的偏差或者線路故障所導致的常見問題，由于風電機組結構中含有電力電子器件組成的變流器，風電機組對并網點電壓的變化十分敏感，當并網點發生電壓跌落時，風機的運行穩定性會受到不平衡機械功率和電磁功率影響，由此產生的過流與附加轉矩可能使器件損壞。此外電網發生的短時故障，可能導致風電機組脫網，而風電機組的脫網會帶來功率分布的變化以及整個系統的穩定性問題。

目前新能源LVRT功能多以保持新能源不脫機工作為目的，一般有旁路保護策略和勵磁控制策略兩種方法，前者主要通過改進Crowbar電路來抑制LVRT帶來的過電流問題，但通常會導致雙饋異步風機(Double-fed induction wind generator,DFIG)吸收電網的無功功率，不利于故障節點電壓恢復；后者主要通過改變DFIG轉子側(Rotor-sideconverter,RSC)和網側變流器(Grid-side converter,GSC)的控制方式，不僅可以減小過電流帶來的危害，還可以抑制其向電網的無功吸收。但前者無法使DFIG在低電壓穿越過程中時向電網輸送無功，后者在電網發生故障穿越過程中，瞬時為電網提供大量無功支撐，導致系統級無功有功的大幅度波動，這種波動在高比例新能源運行的系統中將造成電網無功有功的短時大幅度波動，不利于電網穩定，對于風電打捆直流送出的系統，也會在直流換相失敗等過程中惡化電網過電壓問題。因此如何克服現有技術的不足是目前面向風力發電系統并網控制系統技術領域亟需解決的問題。

發明內容

本發明為解決在故障穿越過程中的電壓恢復階段中由于瞬時切換網側和轉子側變流器控制模式以及轉子側變流器的再投入產生的暫態沖擊及能量損失問題，提供一種雙饋異步風機故障穿越的功率控制方法及系統，該方法通過監測實時并網點電壓并與電壓恢復設定值進行偏差計算，再通過PI控制來獲得無功優先控制模式下的平滑無功、有功參考值，以這種電壓偏差計算定無功功率控制目標值來替代以往的定暫態電壓控制方式，避免了階躍式的無功、有功變化。該控制方法可以減少對硬件設施的損耗程度，延長設施壽命，降低了系統成本，提高了系統的電能變換效率以及系統的電壓和頻率穩定性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種雙饋異步風機故障穿越的功率控制方法，包括如下步驟：

步驟(1)，實時監測雙饋風機并網點電壓有效值U_{rms_meas}，并計算并網點電壓有效值U_{rms_meas}和電壓參考值U_ref的電壓偏差值ΔU；

步驟(2)，通過偏差值ΔU所在范圍來判斷電網電壓是否跌落或者升高；

步驟(3)，當無電壓跌落時，電壓偏差信號經由死區控制后經PI控制后無功參考值為0；當電壓跌落或者升高時，電壓偏差值ΔU越過死區控制，經過PI控制后無功參考值Q_ref開始變化，風機開始輸出無功；

步驟(4)，有功參考值根據步驟(3)得到的無功參考值和最大功率跟蹤功率P_mppt經過公式計算得到；