[发明专利]一种提高风电系统不对称故障穿越能力的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及并网的直驱永磁同步风力发电机组的风电系统，在发生不对称故障时提高其穿越能力的控制方法。

背景技术

风力发电产生的电能（风电）是绿色能源。除极小型的风力发电机之外，风力发电机均是先并入电网中，再通过电网向用户供电的。随着并网风电容量的不断上升，其对电网的影响不可忽视，因此电网导则要求风电系统在规定范围的电网故障下不脱网运行。于是，如何保证风电系统在电网故障周期内不脱网，即确保其“穿越”电网故障时期，就成为了风电系统特有的重要课题。目前的风力发电机中，直驱永磁同步风力发电机组（D-PMSG）是发展较快、运用较多的一种。该直驱永磁同步风力发电机组是通过背靠背变流器（包括了机侧整流器和网侧逆变器）并入电网中的——这种风电系统面对电网对称故障，采用现有控制方法就有较好的故障穿越能力；而面对电网不对称故障（单相接地短路故障、相间短路故障和两相接地故障等）时，其穿越能力就还有待提高。由于各种电网不对称故障的共同特征，是电网电压中出现了负序分量，所以，消除这一负序分量对风电系统的影响，是提高风电系统不对称故障穿越能力的关键。在《直驱永磁同步风电机组不对称故障穿越的研究》{杨晓萍，段先锋，钟彦儒. 直驱永磁同步风电机组不对称故障穿越的研究[J]. 电机与控制学报，2010年2月，14（2）：7-12.}中，就提出了一种在电网发生不对称故障时，消除电网电压负序分量对风电系统影响的方法。该方法提出了“按照电网电压正序分量和额定电压的比值”来“减小发电机输出功率的控制策略，并控制网侧逆变器电流保持对称”。在确保“逆变器电流不含负序分量，保持三相对称”方面，该方法的确取得了不错的效果。然而，该方法却没有消除背靠背变流器内直流电压中的二倍频纹波（即机侧整流器和网侧逆变器之间的直流母线电压中的二倍工频纹波）。原因是，在运用该方法情况下，如果消除了“直流电压中的二倍频分量”，其“逆变器电流中就会有负序分量”，又“会使三相电流不对称”，进而“会威胁逆变器的安全”。本领域技术人员清楚，直流电压含有的二倍工频纹波，对背靠背变流器的安全运行，仍然是有一定程度不利影响的。该现有技术“在消除直流电压的二倍频纹波和保持三相电流对称这两个方面，选择了后者”的作法，只是“两害相权取其轻”的不得以作法而已。

发明内容

本发明的目的是，提供一种同时还能安全地消除机侧整流器和网侧逆变器之间的直流母线电压中二倍工频纹波的提高风电系统不对称故障穿越能力的控制方法。

为实现所述发明目的，提供这样一种提高风电系统不对称故障穿越能力的控制方法，该控制方法针对的风电系统包括直驱永磁同步风力发电机组、电网和连接在直驱永磁同步风力发电机组和电网之间的包括了机侧整流器和网侧逆变器的背靠背变流器；其中，机侧整流器采用转速外环、电流内环的双闭环控制结构，以对直驱永磁同步风力发电机组进行最大风能跟踪的控制；网侧逆变器采用电压外环、电流内环的双闭环控制结构，以让电压外环保证电网正常情况下直流母线电压的稳定，让电流内环保证并网有功功率无功功率可调节和并网三相电流始终对称。其改进之处是，在机侧整流器和网侧逆变器之间接入有超级电容储能系统，该超级电容储能系统由超级电容模块和buck-boost型的双向DC/DC电路组成；所述双向DC/DC电路由储能电感、并联的功率开关管?和续流二极管?，以及并联的功率开关管Ⅱ和续流二极管Ⅱ组成，其中，储能电感的一端连接在该超级电容模块的正极，该储能电感的另一端连接在功率开关管Ⅱ和续流二极管Ⅱ的一个并联点上构成公共点?；功率开关管?和续流二极管?的一个并联点连接在该公共点?上，另一个并联点与机侧整流器和网侧逆变器之间的直流母线正极连接；超级电容模块的负极连接在功率开关管Ⅱ和续流二极管Ⅱ的另一个并联点上构成公共点Ⅱ，该公共点Ⅱ连接至机侧整流器和网侧逆变器之间的直流母线负极；在控制方法中还包括对该超级电容储能系统的控制，其控制过程如下；

当电网正常，超级电容模块处于额定电压时，控制超级电容储能系统不工作，双向DC/DC电路中的两个功率开关管都处于断开状态；

当电网发生不对称故障时，对超级电容储能系统按照如下步骤控制：

（1）将机侧整流器的输入瞬时有功功率P_in减去网侧逆变器的输出瞬时有功功率P_out，得到目标功率值ΔP，控制超级电容储能系统输出瞬时有功功率P_sc跟踪目标功率值ΔP，让背靠背变流器直流侧有功功率达到平衡，以消除直流侧母线电压二倍工频纹波；