[发明专利]一种风力发电机组低电压穿越控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机组低电压穿越控制方法。

背景技术

风力发电在全球范围内所占比例越来越大，风力发电机对于电网的影响就不能再忽略。截至目前，在电网扰动情况下，当电网电压减小到一定值的时候，风力机组便会自动脱网。随着风力发电电量的急剧增加，这种方法已经不再适合于电网运行准则。为了使风力发电机组连接在电网，电网安全运行准则要求风力机具有低电压穿越(LVRT，Low VoltageRide-Through)功能。在风力发电占主导地位的国家，比如：丹麦、德国等国相继制定了新的电网运行准则。要求只有当电网电压跌落低于如图1所示的规定曲线以后才允许脱网。当电压在阴影部分以上时，发电机不仅不脱网，而且还应提供无功功率来帮助恢复电网电压。在不同国家之间有着不同的要求。丹麦要求25％以后持续100ms。E.ON要求电网电压跌落到15％并且持续300ms，澳大利亚要求跌落到0％持续175ms。

正常运行情况下，转子变流器控制发电机的转速，而网侧变流器控制转子和电网间的功率流动，保持两个变流器间的电容电压恒定。当电压跌落时，主磁通由于具有很大的时间常数因此不会发生突变，而且转速由于是机械过程更不会发生快速的变化，因此电机的反电动势不会发生变化，所以一个很大的电压差就会被施加在定子绕组的电阻和漏感之间。这会导致定子电流出现过流现象。根据电机的磁链平衡方程可以得知转子电流也会出现过流现象。如果达到过流保护极限值，就会引起过流保护继电器动作，从而导致风力发电机组脱网。另外，转子侧变流器的保护动作会使发电机的电磁转矩减小，导致发电机转速增加，由于转子加速度增加会产生附加转矩。如果达到转速保护极限值，风力发电机组将会脱网、停车。同时若由于电网电压的跌落导致风电场解列，会使风电系统缺失更大一部分有功和无功，导致系统故障的进一步加剧，因此必须在限制转子侧的电流的同时，要及时灵活的向电网馈送一部分无功功率，抑制电网电压的进一步跌落，使风力发电机能够不脱网，保持连续运行。

目前主要的无功补偿装置有电容器，电抗器等，但是这些装置不能分时分段地馈送无功到电网，不能满足电网电压随时变化的要求。STATCOM作为一种新型的装置或者运行方式，是属于灵活交流输电的范畴，能够通过及的注入或者吸收无功功率来改变终端电压，保证系统的稳定性，本发明就是通过使网侧变流器运行在该模式下，使机组具有良好的低电压穿越特性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术在电压跌落时易导致风力发电机组脱网的缺点，电压跌落时，本发明的控制方法可使网侧变流器运行在静止无功补偿，即STATCOM模式，该模式能够及时的检测跌落深度，得到相应的无功功率和有功功率回馈到电网中，防止电网电压进一步跌落。本发明在故障期间仍能将发电机与电网继续保持连接，使风力发电机组具有良好的低电压穿越特性。

本发明采用的技术方案是：在原有电压外环和电流内环控制策略的基础上，加入STATCOM模式的控制方法，使网侧变流器运行在STATCOM模式。在不改变系统原有的背靠背结构的情况下，仅对网侧变流器的控制方法进行了改进和优化，即检测电压跌落的情况，经过PI调节器，发出相应的无功电流，并且在容量允许的范围内，发出需要补偿的有功电流，分别作为电流内环控制参考值和电压外环控制参考值，即可以灵活地补偿出相应的无功功率和有功功率，解决了电压跌落下风力发电机组容易脱网的问题。

变速恒频风力发电系统功率回路主要由风力发电机组、发电机、发电机侧变流器、直流侧电容、电网侧变流器、电网侧滤波电感等构成。由风电机组拖动风力发电机，把捕获的风能转化为电能，通过发电机侧变流器转化为直流电，直流侧电容作为能量缓冲环节，稳定直流侧电压，由电网侧变流器把直流电逆变为交流电，通过滤波电感并入电网。发电机侧变流器通过调节发电机定子侧的d轴和q轴电流，控制发电机的转矩和定子的无功功率(通常无功设定值为0)，电网侧变流器通过调节网侧的d轴和q轴电流，控制直流侧电压和流向电网的无功功率，实现输出有功和无功的解耦控制，输出通常为单位功率因数。