[发明专利]一种电网对称短路故障时含飞轮储能单元的永磁直驱风力发电系统低电压穿越控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及永磁直驱风力发电系统运行控制领域，特别是涉及一种电网对称短路故障时含飞轮储能单元的永磁直驱风力发电系统低电压穿越控制方法。 

背景技术

随着大功率电力电子器件和永磁材料成本的不断下降，兆瓦级多极低速无刷永磁同步发电机已逐步进入工程应用领域，由于电力系统中风电机组发电容量的不断扩大，为保证电力系统运行可靠性以及稳定性，电网要求风电机组应具备低电压穿越能力，即要求当电网发生短路故障时，永磁直驱风力发电机组等风力发电系统仍能并网运行，并向电网提供无功支撑。否则电网故障过程中发电系统直流链电压将急剧上升，会损坏并网变流器，使发电系统以及所并电网的运行可靠性和稳定性受到影响。目前国内已有学者就如何增强永磁直驱风力发电机组低电压穿越性能进行了研究，已公开下列文献： 

(1)大功率直驱风电变流器低电压穿越电路.中国发明专利，申请号：201020569904.3 

(2)一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法和系统.中国发明专利，申请号：201010601121.3 

(3)应用超级电容提高风电系统低电压穿越能力.电机与控制学报，2010，14(5)：26-31. 

(4)储能型直驱永磁同步风力发电控制系统.电力系统保护与控制，2010，38(14)：43-48. 

文献(1)、文献(2)通过在发电系统直流侧安装卸荷负载，当电网发生对称短路故障时投入卸荷电路，吸收电机侧变换器输出功率，稳定控制发电系统直流链电压，保证永磁直驱风力发电机组不脱网运行。采用上述技术手段的永磁直驱风力发电机组虽具备低电压穿越功能，但由于增加了新的硬件保护装置，也增加系统安装以及散热设计难度，另一方面，由于电网故障时电机侧变换器输出功率被卸荷电路消耗，这将降低永磁直驱风力发电系统的风能利用率，同时其无法在电网故障期间向电网提供一定的无功支撑，这将无法满足新的电网运行导则需要。 

文献(3)、文献(4)将蓄电池和超级电容引入永磁直驱风力发电系统，利用其作为储能装置吸收电机侧变换器输出功率，维持直流链电压稳定。但蓄电池充放电次数有限，造成其使用寿命短，增大了系统运行成本。另一方面，考虑到超级电容耐压较低，不适宜在风电系统等高电压等级场合可靠应用。因此应考虑采用适宜于大容量风电场工程应用的储能装置。 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种电网对称短路故障时含飞轮储能单元的永磁直驱风力发电系统低电压穿越控制方法。本方法在实现故障过程中直流链电压稳定控制的同时，可实现发电系统向电网提供无功功率支撑，有效提高电网故障过程中发电系统以及所并电网的运行可靠性和稳定性。 

本发明的技术方案是这样实现的：一种电网对称短路故障时含飞轮储能单元的永磁直驱风力发电系统低电压穿越控制方法，其特征在于，本控制方法同时包含对电机侧变换器的控制、电网侧变换器的控制以及飞轮电机侧变换器的控制，各变换器的控制分别为： 

(A)、电机侧变换器的控制步骤为： 

(A1)、首先采集永磁同步发电机的定子电流信号：利用电流霍尔传感器采集永磁同步发电机的两相定子电流信号i_sa，i_sb； 

(A2)、检测永磁同步发电机的转子位置信号，计算其电角速度和电角度：利用转子位置传感器检测得到永磁同步发电机的转子位置θ_s1及转速ω_s1，并根据θ_s1及ω_s1计算得到永磁同步发电机转子电角速度ω_s＝p_sω_s1及永磁同步发电机转子电角度θ_s＝p_sθ_s1；其中：p_s为电机的极对数； 

(A3)、根据采集得到的永磁同步发电机定子电流信号i_sa，i_sb，利用等式i_sc＝-i_sa-i_sb计算得到C相定子电流信号i_sc；利用坐标变换公式将三相定子电流信号i_sa，i_sb，i_sc投影至根据永磁同步发电机转子磁场方向定向的两相同步旋转dq坐标轴系，可得到两相同步旋转dq坐标轴系下的永磁同步发电机定子电流i_sd，i_sq；