[发明专利]一种双滞环控制的风电场无功支撑方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电低压穿越能力技术领域，涉及对于风电并网点的稳定性问题和对电力系统的无功功率补偿的问题，具体是基于空间矢量双滞环控制的风电场低电压穿越无功支撑控制方法。

背景技术

随着风力发电在电网中所占比重的大幅增加，系统对于风电场的稳定运行要求越来越高，而风电场的低电压穿越正是并网技术要求的关键一项。有关国家标准标准已经有比较明确的规定，风电场电压跌落到额定电压的20%持续时间不超过625ms、在2s时间以内电压恢复到90%额定电压的范围内风电场不允许脱网，如超过此范围风电场允许脱网，但是这一标准对风力发电机制造企业的约束不足，绝大多数风力发电机在出厂后都不具备该能力。因此，除了对单台风力发电机进行改造以外，还应该在风电接入点出接入STATCOM装置，以保证风电场达到并网的技术要求。

由于风速的随机变化容易导致风电场输出功率的波动，当无功功率补偿不足时，甚至会引起电压闪变；当电网发生故障时，风电场要能够保持并网运行，甚至向电网提供无功功率，帮助系统恢复，避免风电场脱网造成更大事故，即风电场应该具备一定的低压穿越能力。以上两个方面，都要求风电场具有一定的无功补偿能力，而现有的电容器组的补偿方式很难满足风电场的动态补偿要求，因此需要引入静止同步补偿器（STATCOM）应用于风电场，使其与风电场原有的无功补偿器件相配合，提高并网风电场的稳定性和低电压穿越能力。

STATCOM与一般使用连续无功补偿设备（SVC）比较起来，具有调节范围大，响应速度快，谐波含量小，占地面积小等特点，而且在电网电压跌落时可以提供更多的无功功率支持。STATCOM的基本原理是将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态补偿的目的。又由于直流侧采用的电容和电压的两种储能元件的不同，可以分为电压型和电流型两种。无论是电压型还是电流型的STATCOM其动态补偿机理是相同的，但是由于效率问题，常用电压型STATCOM。

STATCOM的控制目标为：调节其输出的有功功率，以保证直流侧的电压稳定；同时控制输出无功功率，从而改善系统功率因数，或者调节并网点电压，改善其电压水平。这个控制目标可以通过调节STATCOM输出电流的d、q分量实现。STATCOM控制器一般包括外环、内环两层PI控制结构。外环包括直流电压控制环节、无功功率或者并网点电压控制环节，主要产生d、q轴的电流参考值。内环控制将得到的参考值与瞬时无功功率检测技术得到、比较之后解耦，控制PWM出发脉冲，从而达到控制目的。

传统的STATCOM控制方法主要有PWM技术和滞环控制两种方式，PWM技术可以获得恒定的开关频率，装置安全性较高，但响应速度受闭环稳定性要求影响，即便是在稳态也会出现明显的滞后误差。滞环控制可以获得较好的控制性能，精确度较高且响应快，属于实时控制，硬件电路简单，理论上无需系统参数，但开关频率可能波动较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双滞环控制的风电场无功支撑方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种双滞环控制的风电场无功支撑方法，电力系统通过配电网变压器与风电场相连，静止同步补偿器STATCOM，接入配电网变压器，保证风电场与电力系统接入点的电压稳定，其特征在于包括方法如下：

（1）首先根据STATCOM直流侧的电压控制环节、无功功率或者并网点电压控制环节，经过PI环节产生d、q轴的电流参考值；

（2）利用瞬时无功检测技术，提取出电网的并网接入点的瞬时有功电流、瞬时无功电流；

（3）将（2）步的瞬时有功电流、瞬时无功电流与（1）步所得到的电流参考值相比较，使STATCOM输出电流能够跟踪其参考值；利用电压空间双滞环控制得到PWM控制的触发脉冲；

（4）在PWM控制环节引入电压空间矢量双滞环控制；

（5）精确输出无功电流；参考电压u*所在的复平面区间由电流变化率δ和当前换流器的开关状态确定，从而选取最佳的电压矢量控制，精确输出无功电流；

（6）将原有的PWM技术和滞环控制的优点相互结合，精确跟踪控制参考电流的变化，满足风电场无功补偿的需要。