[發(fā)明專利]一種利用有功-頻率特性提高雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)性能的控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210685348.3
• 申請(qǐng)日: 2022-06-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114938031A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏湘武;雷國(guó)慶;官舒穎;馬騰宇;李鐵成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）;國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02J3/48;H02J3/28
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明針對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在故障穿越過(guò)程中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速無(wú)法響應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化，從而造成系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣性量呈現(xiàn)降低，不利于故障穿越的問(wèn)題，提出一種利用有功?頻率特性提高雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)性能的控制方法，在電網(wǎng)故障過(guò)程導(dǎo)致雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率無(wú)法外送時(shí)，所述控制方法利用雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)異步化同步運(yùn)行的特點(diǎn)，通過(guò)勵(lì)磁來(lái)控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，從原理上分析了三相短路時(shí)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的暫態(tài)變化過(guò)程，根據(jù)其頻率特性曲線提出雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的“有功功率暫態(tài)頻率特性”。在其特有控制方式下有利于電機(jī)穩(wěn)定，從而提升整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所述控制方法具有暫態(tài)性能好、易于實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)(Doubly-fed induction generator,DFIG)逆變器控制領(lǐng)域，特別是涉及一種利用有功-頻率特性提高DFIG暫態(tài)性能的控制方法。

背景技術(shù)

2021年，全國(guó)風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機(jī)4757萬(wàn)千瓦，海上風(fēng)電裝機(jī)躍居世界第一。全國(guó)風(fēng)電平均利用率96.9％，風(fēng)能利用率及經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)步提升。然而，在風(fēng)電并網(wǎng)容量快速增加的同時(shí)，風(fēng)電事故對(duì)電網(wǎng)安全構(gòu)成的影響逐漸顯現(xiàn)，包括英國(guó)8·9大停電、甘肅酒泉2·24風(fēng)電脫網(wǎng)等均反映了風(fēng)力發(fā)電自身穩(wěn)定性較弱，基于控制主導(dǎo)的并網(wǎng)環(huán)節(jié)缺乏慣量支撐能力，導(dǎo)致連鎖脫網(wǎng)，進(jìn)而造成大范圍電網(wǎng)故障。

傳統(tǒng)DFIG的并網(wǎng)控制，多采用有功/無(wú)功解耦控制。其有功外環(huán)保證DFIG實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤(Maximum power point tracking,MPPT)運(yùn)行，保證風(fēng)能利用效率。但隨之而來(lái)的問(wèn)題就是DFIG的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速無(wú)法響應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化，從而造成系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，這就會(huì)給電網(wǎng)的安全帶來(lái)巨大不安全因素，從而增加電網(wǎng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，如英國(guó)8·9 大停電就是在電網(wǎng)電壓故障過(guò)程中因DFIG的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速無(wú)法響應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電流過(guò)大進(jìn)而造成了霍恩風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)。

針對(duì)通過(guò)勵(lì)磁控制提升DFIG暫態(tài)穩(wěn)定性的工作，已有方法以非線性控制理論為基礎(chǔ)，對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)發(fā)電機(jī)控制器相位參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提出采用輸出反饋設(shè)計(jì)非線性超螺旋滑膜勵(lì)磁控制器，不斷增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并給出了相應(yīng)地穩(wěn)定系統(tǒng)速度的建議。但同時(shí)，亦有研究分析了粒子群算法的缺點(diǎn)，采用交叉策略和自適應(yīng)慣性權(quán)重策略相結(jié)合的改進(jìn)粒子群算法，對(duì)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)控制。但基于算法的勵(lì)磁控制，對(duì)控制器算力要求較高，不利于推廣采用。

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，DFIG的運(yùn)行工況逐漸復(fù)雜。有必要合理利用DFIG機(jī)組暫態(tài)有功-頻率特性，改善機(jī)電耦合性能。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明提出一種利用有功-頻率特性提高DFIG暫態(tài)性能的控制方法。通過(guò)對(duì)DFIG機(jī)側(cè)變流器勵(lì)磁的控制，改變DFIG的電磁轉(zhuǎn)矩，從而使DFIG在暫態(tài)過(guò)程中，主動(dòng)吸收/釋放能量；同時(shí)改變風(fēng)能利用系數(shù)，提高暫態(tài)功率平衡能力。具體技術(shù)方案如下。

一種利用有功-頻率特性提高DFIG暫態(tài)性能的控制方法，其特征在于，所述方法控制利用風(fēng)輪機(jī)的有功-頻率特性，通過(guò)勵(lì)磁控制DFIG電磁轉(zhuǎn)矩，在DFIG暫態(tài)過(guò)程中，主動(dòng)調(diào)節(jié)DFIG轉(zhuǎn)子動(dòng)能和風(fēng)能利用系數(shù)，平衡故障狀態(tài)下的能量，實(shí)現(xiàn)DFIG電網(wǎng)故障下的穿越。

所述利用有功-頻率特性提高DFIG暫態(tài)性能的控制方法包括步驟：

1)測(cè)量機(jī)端電壓頻率，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入暫態(tài)過(guò)程中，系統(tǒng)頻率因故障有功缺額而變化，其公式為：

Δf＝f_n-f

其中Δf為系統(tǒng)頻率偏差量，f_n為系統(tǒng)額定頻率，f為機(jī)端頻率。

2)當(dāng)系統(tǒng)頻率偏差為0.033Hz內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)被認(rèn)為是正常頻率變化；只有系統(tǒng)頻率偏差大于0.033Hz，暫態(tài)提升控制使能。計(jì)算暫態(tài)提升控制使能信號(hào)switch，其判斷條件為：