[发明专利]一种双馈风电机组的高低电压穿越协同控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电技术，特别是电网电压幅值骤变故障下双馈风电机组的不脱网运行技术。所提出的双馈风电机组高低电压穿越协同控制方法，能够在风电机组并网点发生广义电压跌落、骤升故障时，灵活切换控制模式，满足并网规范对机组并网运行能力及无功电流注入的要求。

背景技术

随着风电在电网中所占比重的大幅提高，世界各主要风电大国相继出台并网规范，对并网风电机组的运行可靠性提出明确要求。其中较为典型的是，电网电压跌落、骤升下风电机组的不脱网运行要求，即通常所说的低电压穿越(low voltage ride-though,LVRT)技术、高电压穿越(high voltage ride-though,HVRT)技术。

电网发生对称、不对称电压跌落故障时，DFIG风电机组的暂态过渡过程分析已见诸大量报道。一个基本和重要结论是：电压跌落瞬间DFIG定子磁链中产生的直流磁链、负序磁链(仅见于不对称跌落)是导致DFIG定、转子绕组过电流的主要原因。同时，若考虑真实开关的实际关断过程，对称跌落故障下电网电压恢复时刻的电流冲击可能会有所降低；非对称跌落时最大冲击电流发生在定、转子磁链反向时刻；最高母线电压发生在三相对称跌落时刻，而最大的转子冲击电流发生在相间短路故障时。综合来看，DFIG风电机组低电压穿越运行的难点在于如何躲过故障发生后1～2个电网周波的严重电流冲击。对此，近年来国内外风电技术专家、学者提出了一些改进控制和保护方案，主要可分为以下三类：1)重新设计励磁变流器控制方案，依赖变流器本身固有容量实现故障穿越；2)采用端电压支撑装置，抑制电压跌落深度或降低跌落速率；3)改进励磁控制与硬件保护相结合。

在配置有无功补偿装置的风电场中，一般情况下其无功功率处于平衡状态，但当电网电压发生跌落时，常会引发一些无LVRT能力的风电机组从电网中解列，此时无功补偿装置如未得到及时调节，将导致电网无功功率过剩，进而抬升并网点端电压。那些曾通过低电压穿越考验的机组如未考虑过电压保护设计，此时也不得不接续从电网中解列，再次造成风电机组大规模脱网。针对电网电压骤升故障下风电机组的HVRT技术，目前国内外报道相对较少，可见该问题尚未引起国内外学者的普遍重视。从已有的文献研究看，对该问题的认识尚存在以下两点不足：1)电网电压骤升故障对包含网侧、转子侧变流器在内的完整DFIG机组的系统影响尚未见深入研究，制约DFIG高电压穿越能力的关键因素尚未厘清；2)已有控制策略往往只是局部改善了DFIG风电机组的故障穿越运行性能，没有考虑机组对故障电网的“贡献”，特别是忽视了并网导则对DFIG机组的无功电流要求，故难以实现真正的高电压穿越。

特别地，从故障发生的机理及其对风电机组的影响看，电压骤升、跌落均是一种特殊的电压幅值变化过程，对两者的研究不应割裂开来。进一步地，所提出的控制策略应能同时满足风电机组的低电压穿越、高电压穿越运行约束。对此，尚未有文献提出包含LVRT、HVRT在内的风电机组的广义电压故障穿越运行技术。这正是本发明要解决的技术难题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种双馈风电机组的高低电压穿越协同控制方法，实现电网故障期间风电机组的不脱网运行，以满足日益严格的风电并网导则对机组高电压穿越运行能力的要求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双馈风电机组的高低电压穿越协同控制方法，包括：

1.根据实时监测到的双馈风力发电机(DFIG)定子端电压U_s水平(额定值为1pu)，将双馈风电机组的运行状态划分为正常运行模式(记为Mode I)、低电压穿越运行模式(记为Mode II)、高电压穿越运行模式(记为Mode III)等3个运行模式；具体为：

1.1当0.9pu≤U_s≤1.1pu时，双馈风电机组处于正常运行模式(Mode I)，此时转子侧变流器(RSC)按最大风能追踪(MPPT)设定其有功、无功电流指令，网侧变流器(GSC)以单位功率因数运行；