[发明专利]一种永磁直驱型风力发电系统低电压穿越时网侧变流器的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电系统技术领域，尤其涉及一种永磁直驱型风力发电系统低电压穿越时网侧变流器的控制方法。

背景技术

随着并网风电场容量的提高，风力发电系统对电网的影响已经不能忽略。常规的风力发电系统，当电网电压跌落到一定值时，风力发电机组便自动脱网，这种情况在风力发电所占比例不高的电网中是可以接受的；但对于风力发电容量较大的电力系统，风力发电机组的离网会造成电网电压和频率的崩溃，给工业生产带来巨大的损失，从而给大规模应用风力发电带来困难。为了使风力发电机组在电网电压瞬间跌落时仍能保持并网，电网安全运行准则要求风力发电机组具有一定的低电压运行能力。

在永磁直驱型风力发电系统中，采用全功率变流器连接永磁同步发电机（PMSG）和电网实现并网发电，因此电网电压跌落时全功率变流器的运行特性就直接关系到发电系统的低电压穿越（LVRT）运行能力，对系统低电压穿越控制而言，主要集中在对网侧变流器的控制。

现有技术中，永磁直驱型风力发电系统在应用中所采用的控制策略主要有：模糊控制，滑膜控制、自适应控制与矢量控制等。模型中采用矢量控制，系统的最大功率跟踪功能主要在机侧变流器控制实现，网侧变流器主要实现功率解耦、稳定直流母线电压和保证系统谐波畸变率等，系统的低电压穿越运行能力主要在网侧变流器实现。由于PI控制自身的饱和特性，在系统低电压穿越这种剧烈的动态过程中，往往会出现部分PI控制器饱和失控，从而给控制系统带来不利的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁直驱型风力发电系统低电压穿越时网侧变流器的控制方法，能够分析和仿真验证出不利于系统低电压穿越时的PI控制环，并对控制策略进行改进，从而满足系统低电压穿越时的控制要求，提高永磁直驱型风力发电系统性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种永磁直驱型风力发电系统低电压穿越时网侧变流器的控制方法，所述方法包括：

通过永磁直驱型风力发电系统的传递函数建立所述永磁直驱型风力发电系统的数学模型；

制定所述永磁直驱型风力发电系统低电压穿越时网侧变流器的控制策略；

在电力系统实时数字仿真器RTDS中建立所述网侧变流器的数学模型；

利用所建立的网侧变流器的数学模型，仿真对比控制策略在所述永磁直驱型风力发电系统低电压穿越时的控制结果，验证所制定控制策略的有效性。

所制定的网侧变流器的控制策略具体为：

在所述永磁直驱型风力发电系统低电压穿越时屏蔽并网点输出电压外环，采用单电压外环和双电流内环的控制策略。

所述方法还包括：在所述永磁直驱型风力发电系统中，网侧变流器采用改进的电网电压定向的矢量控制，机侧变流器采用定子磁链定向的矢量控制。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述方法通过永磁直驱型风力发电系统的传递函数建立所述永磁直驱型风力发电系统的数学模型；制定所述永磁直驱型风力发电系统低电压穿越时网侧变流器的控制策略；在电力系统实时数字仿真器RTDS中建立所述网侧变流器的数学模型；利用所建立的网侧变流器的数学模型，仿真对比控制策略在所述永磁直驱型风力发电系统低电压穿越时的控制结果，验证所制定控制策略的有效性。该方法能够分析和仿真验证出不利于系统低电压穿越时的PI控制环，并对控制策略进行改进，从而满足系统低电压穿越时的控制要求，提高永磁直驱型风力发电系统性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的永磁直驱型风力发电系统低电压穿越时网侧变流器的控制方法流程示意图；

图2为网侧变流器原控制策略示意图；

图3为本发明实施例所提供的系统低电压穿越时网侧变流器制定的控制策略示意图；

图4为本发明实施例所述系统电压跌落过程中原控制策略和制定的控制策略条件下系统输出结果示意图；

图5为本发明实施例所述系统电压跌落过程中原控制策略和制定的控制策略条件下系统输出结果示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。