[發明專利]適用于雙饋風電場低電壓穿越期間最大有功功率輸出的控制方法

在審

• 申請號: 202310208365.2
• 申請日: 2023-03-07
• 公開（公告）號: CN116131368A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 李博通;鄭丁川;李斌;陳曉龍;焦新茹;李佳寧
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/38;H02J3/16
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 霍慧慧

1.一種適用于雙饋風電場低電壓穿越期間最大有功功率輸出的控制方法，其特征在于：所述方法的步驟為：

S1、結合雙饋風電系統及雙饋風機變流器，確定風電場低電壓穿越時對無功電流的注入要求，如式(1)：

ΔI_q＝K×(0.9-U_pcc)×I_N,(0.2≤U_pcc≤0.9)????(1)

其中：ΔI_q為標準規定的無功電流注入量；

K為無功補償系數；

U_pcc為并網點電壓標幺值；

I_N為風電場額定電流；

S2、根據風電場是否配置無功補償裝置，確定無功電流輸出方式：

對于配備無功補償裝置的風電場，在低壓穿越期間優先考慮利用無功補償裝置輸出無功電流，當無功補償裝置輸出無功電流不滿足需求時，再利用DFIG輸出無功電流，因此低壓穿越期間需要DFIG輸出的無功電流I_Q為：

其中：I_Q為DFIG需要輸出的無功電流；

K為無功補償系數；

U_pcc為低壓穿越期間并網點電網電壓標幺值；

對于未配備無功補償裝置的風電場，無功電流由DFIG自身提供，因此

I_Q＝K(0.9-U_pcc)????(3)

其中：I_Q為DFIG需要輸出的無功電流；

K為無功補償系數；

U_pcc為低壓穿越期間并網點電網電壓標幺值；

在低壓穿越期間DFIG輸出總有功功率P_DFIG與轉子電流i_rd存在如下關系：

其中：P_DFIG為DFIG輸出的有功功率；

s為轉差率；

i_rd為轉子變流器d軸電流；

L_m為DFIG勵磁電感；

U_pcc為并網點電壓；

L_s為定子電感；

由(4)可知，當轉子側變流器d軸電流i_rd最大時，DFIG輸出總有功功率P_DFIG達到最大；

S3、轉子側變流器d軸電流i_rd參考值優化

在轉子電流I_rmax約束下，轉子d軸電流i_rd和q軸電流i_rq存在式(5)所示的約束：

其中：I_rmax為轉子變流器安全運行時允許通過的最大電流；

i_rd為轉子變流器d軸電流；

i_rq為轉子變流器q軸電流；

由(5)可知，要使轉子側變流器d軸電流i_rd達到最大，轉子q軸電流模值|i_rq|應該在滿足要求的基礎上盡可能小，

低壓穿越期間DFIG的無功電流由網側變流器和DFIG定子共同提供，即：

I_Q＝i_gq+i_sq(6)

其中：I_Q為DFIG需要輸出的無功電流；

i_gq為網側變流器提供的無功電流；

i_sq為DFIG定子提供的無功電流；

DFIG定子輸出無功功率Q_s與定子無功電流i_sq和轉子q軸電流i_rq存在式(7)的關系：

其中：Q_s為DFIG定子輸出的無功功率；

L_m為DFIG勵磁電感；

U_pcc為并網點電壓；

L_s為定子電感；

ω_s為電壓電角頻率；

i_sq為定子q軸電流；

i_rq為轉子q軸電流；

根據式(7)，可以計算得到i_sq與i_rq的關系，如式(8)所示：

其中：i_sq為定子q軸電流；

L_s為定子電感；

ω_s為電壓電角頻率；

i_rq為轉子變流器q軸電流；

L_m為DFIG勵磁電感；

U_pcc為并網點電壓；

根據(8)可知，只有當轉子q軸電流i_rq小于0時，DFIG定子才能夠輸出無功電流(i_sq大于0)，且轉子q軸電流模值|i_rq|越大，定子輸出無功電流i_sq越大；根據(7)和(8)可知，要使轉子q軸電流模值|i_rq|盡可能小，應該優先利用網側變流器輸出無功電流，然后再利用DFIG定子輸出無功電流；

S4、網側變流器d軸電流i_{gd_LVRT}參考值優化

網側變流器的控制目標是直流側電壓穩定，低電壓穿越期間網側變流器d軸電流參考值i_{gd_LVRT}由電壓外環得到，需要優先保證：

i_{gd_LVRT}＝i_gdref????(9)

其中：i_{gd_LVRT}為網側變流器d軸電流參考值；

i_gdref為網側變流器電壓環得到的有功電流參考值；

為保證DFIG能夠輸出更多有功功率，低電壓穿越期間應優先利用網側變流器輸出無功電流，其q軸電流參考值i_{gq_LVRT}應設置為：

其中：i_{gq_LVRT}為網側變流器q軸電流參考值；

I_gmax為網側變流器允許通過的最大電流，通常I_gmax為0.3pu；

i_gdref為網側變流器電壓環得到的有功電流參考值；

I_Q為DFIG需要輸出的無功電流；

當網側變流器輸出無功電流能力能夠滿足系統無功電流需求時，即此時僅由網側變流器輸出無功電流，而無需DFIG定子輸出無功電流，即i_sq為0，根據式(8)，轉子側變流器電流環q軸參考值i_{rq_LVRT}應設置為：

其中：i_{rq_LVRT}為轉子側變流器q軸電流參考值；

L_m為DFIG勵磁電感；

U_pcc為并網點電壓；

ω_s為電壓電角頻率；

在滿足電力系統無功需求的前提下，為保證風機能夠盡可能輸出有功功率，轉子側變流器d軸參考值i_{rd_LVRT}應設置為：

其中：i_{rd_LVRT}為轉子側變流器d軸電流參考值；

i_{rq_LVRT}為轉子側變流器q軸電流參考值；

I_rmax為轉子側變流器允許通過的最大電流，通常I_rmax為1.2pu；

i_rdref是由最大功率跟蹤控制得到的有功電流參考值；

當網側變流器輸出無功電流能力不能滿足系統無功電流需求時，即時，此時還需要DFIG定子輸出無功電流，為優先保證無功電流輸出，根據式(8)，轉子側變流器電流環q軸參考值i_{rq_LVRT}應設置為：

其中：i_{rq_LVRT}為轉子側變流器q軸電流參考值；

i_{gq_LVRT}為網側變流器q軸電流參考值；

I_Q為DFIG需要輸出的無功電流；

L_m為DFIG勵磁電感；

U_pcc為并網點電壓；

L_s為定子電感；

ω_s為電壓電角頻率；

在滿足系統無功需求的前提下，為保證風機能夠輸出最大有功功率，轉子側變流器d軸參考值i_{rd_LVRT}仍由式(13)給出。