[发明专利]一种基于静分岔控制SGSC的DFIG风电系统低电压穿越控制方法

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及风电系统控制领域，尤其是一种基于静分岔控制SGSC(Series Grid-side Converter，串联网侧变换器)的DFIG(Doubly Fed Induction Generator，双馈式异步发电机)风电系统低电压穿越控制方法。

(二)背景技术：

近年来随着风电装机容量在电力系统中所占的比例越来越高，风电场的运行对系统稳定性的影响越来越受到人们的重视，并对风电并网提出了具体的要求，其中风电机组的低电压穿越能力就是其中一项。采取有效的低电压穿越(Low Voltage Ride Through，LVRT)控制措施，以维护风场电网的稳定。由于DFIG的定子侧直接与电网相连，当电压骤降时发电机转子将极易产生过电压和过电流，因此应采取有效措施避免电网故障时转子过电流问题，提高DFIG风电系统的低电压穿越甚至零电压穿越能力。目前在不增加硬件的基础上主要采用改进的励磁控制策略来实现低电压穿越，但所提出的故障励磁控制算法无法进一步满足新的电网运行规程，因此，增加硬件来辅助系统实现低电压穿越已成为一种必然。目前，实际系统中应用较多的是故障过程中投入转子保护Crowbar电路来限制转子电流。由于故障时发电机以异步电机方式运行，其将从电网吸收无功功率，因此发电机无法参与故障过程中的系统功率调节，无法满足电网运行规程的无功要求，对暂态过程中的电网电压稳定性不利。另一方面，故障后采用Crowbar保护方式，DFIG的电磁转矩不可控且波动剧烈。这样基于自适应控制算法的静分岔理论的双馈变速风电机组实现LVRT功能便进入了视野，并结合双脉宽调制(Pulse-Width Modulation，PWM)励磁变流器及定子侧串联网侧变换器(SGSC)能有效地提高风电机组的端电压，相比于Crowbar保护方式，可实现系统的极低电压甚至零电压穿越运行，且故障过程中转子侧变换器(Rotor Side Converter，RSC)始终可控，使其在故障时可按系统要求参与电网功率调节，并且故障时发电机电磁转矩亦可控，可有效抑制风机传动轴系的冲击，从而可观地提高了风电场的LVRT能力。因此，虽然新拓扑结构在一定程度上增加了系统硬件成本，但是却可解决现有Crowbar保护方式所存在的主要技术问题，在很大程度上增强了系统的柔性和运行可靠性。

基于静分岔理论在双馈式风力发电机组和并网风电场电压稳定性的进一步深入研究，在电力系统仿真分析软件MATLAB里的PSAT(Power System Analysis Toolbox，电力系统分析工具)中建立双馈风电机组的LVRT功能模型，势必可以设计静分岔控制器以获得更好的双馈式风力发电机组实现低电压穿越能力，并结合双PWM励磁变流器及定子侧SGSC进而获得优良的电网对称及非对称短路故障穿越能力。

(三)发明内容

本发明的目的在于发明一种基于静分岔控制SGSC的DFIG风电系统低电压穿越控制方法，它可以克服现有技术的不足，是一种实用性强，性价比高的实时监控及保护方法。

本发明的技术方案：一种基于静分岔控制SGSC的DFIG风电系统低电压穿越控制方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)由于SGSC与PGSC(Parallel Grid-side Converter，并联网侧变换器)、RSC公用一条母线，在拓扑结构下，DFIG定子电压空间矢量将变成电网电压空间矢量与串联变压器注入的串联电压空间矢量的合成矢量：u_s＝u_i+u_g

式中，u_s为静止坐标轴下发电机定子电压空间矢量；u_r为串联变压器注入的串联电压空间矢量；u_g为电网电压空间矢量；

(2)采用该拓扑结构可通过控制SGSC的输出电压实现DFIG的低电压过渡；

(3)选取双馈发电机参数，包括双馈电机定子磁链ψ_s、转子的交流励磁ψ_r、发电机定子输出电压u_s，并结合双馈式风力发电机的数学模型：