[发明专利]一种含双馈风电场和永磁直驱风电场的混合风电场群的对称故障穿越控制方法

权利要求书

1.一种含双馈风电场和永磁直驱风电场的混合风电场群的对称故障穿越控制方法，其特征在于：本方法同时包含对双馈风电机组转子侧变换器、网侧变换器的控制，以及对永磁直驱风电机组电机侧变换器、网侧变换器的控制，各变换器的控制分别如下：

(A)双馈风电机组转子侧变换器的控制步骤为：

A1)采集双馈风电机组所处点的风速ω₁；基于最大风能跟踪原理，根据风速ω₁和双馈风电机组参数计算其捕获的最大有功功率P_DFIG；

A2)采集三相电网电压信号U_abc；双馈风电机组转子侧变换器采用电网电压定向，通过三相abc静止坐标轴系到两相dq同步旋转坐标轴系的变换得到电网电压U_dq，其中U_g＝U_d,U_q＝0；

A3)根据步骤A1)获得的双馈风电机组输出总的有功功率P_DFIG和步骤A2)获得的故障期间电网电压U_g，基于下式约束条件，判断该运行情况下双馈风电机组是否能输出大于电网导则最低无功电流要求；

$P_{DFIG}\≤{(-3.021{U_g}^4+6.101{U_g}^3-1.711{U_g}^2)}^{\frac{3}{4}}$

A4)若满足A3)中的约束条件，则根据步骤A1)获得的双馈风电机组输出总的有功功率P_DFIG和步骤A2)获得的故障期间电网电压U_g计算双馈风电机组的无功电流极限i_{sqmax_D}，并将其作为故障期间双馈风电机组转子侧变换器q轴电流给定值其中双馈风电机组定、转子侧的无功电流极限计算公式如下所示：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{rq\max \_D}=\sqrt{I_{r\max \_D}^2-{\left(\frac{L_s{\mathrm{\ω}}_s{\left(k_W\right)}^{\frac{1}{3}}}{L_{m}N}\frac{{\left(P_{DFIG}\right)}^{\frac{2}{3}}}{U_g}\right)}^2}\\ i_{sq\max \_D}=\sqrt{{\left(\frac{L_m}{L_s}{I}_{r\max \_D}\right)}^2-{\left(\frac{L_s{\mathrm{\ω}}_s{\left(k_W\right)}^{\frac{1}{3}}}{L_{m}N}\frac{{\left(P_{DFIG}\right)}^{\frac{2}{3}}}{U_g}\right)}^2}-\frac{U_g}{{\mathrm{\ω}}_s{L}_s}\end{array}\right.$

式中，L_s、L_m分别为双馈风电机组定、转子绕组全电感以及定转子绕组之间的互感；I_{rmax_D}为双馈风电机组转子侧变换器允许运行的最大电流；ω_s为双馈风电机组的同步转速；k_W为风力机有关的常数；N为齿轮箱增速比；

若不满足A3)中的约束条件，则按照电网导则的最低无功电流要求I_Q≥1.5(0.9-U_g)I_N，0.2pu≤U_g≤0.9pu作为故障期间转子侧变换器q轴电流给定值

A5)基于步骤A4)计算得到的转子侧变换器q轴电流给定值再根据转子侧变换器允许运行的最大电流I_{rmax_D}计算d轴电流给定值，其计算公式如下所示：

$i_{rd\_D}^{*}=\sqrt{I_{r\max \_D}^2-i_{rq\_D}^{*2}}$

A6)根据步骤A4)和步骤A5)计算得到的双馈风电机组转子侧变换器dq轴电流给定值，转子侧变换器采用电流闭环矢量控制策略，其控制电压和直流量电压u_dc通过空间矢量调制产生转子侧变换器PWM驱动信号，以实现向电网提供满足电网导则无功电流要求下的最大无功电流；

(B)双馈风电机组网侧变换器的控制步骤为：

B1)双馈风电机组网侧变换器采用矢量控制策略，其控制电压和直流量电压u_dc通过空间矢量调制产生网侧变换器PWM驱动信号，以维持直流母线电压稳定；

(C)永磁直驱风电机组网侧变换器的控制步骤为：

C1)采集永磁直驱风电机组所处点的风速ω₂；基于最大风能跟踪原理，根据风速ω₂和永磁直驱风电机组参数计算其捕获的最大有功功率P_PMSG；

C2)根据步骤C1)获得的永磁直驱风电机组输出总的有功功率P_PMSG和步骤A2)获得的故障期间电网电压U_g，基于下式约束条件，判断该运行情况下永磁直驱风电机组是否能输出大于电网导则最低无功电流要求；

$P_{PMSG}\≤{(-2.25{U_g}^4+4.05{U_g}^3-0.613{U_g}^2)}^{\frac{1}{2}}$

C3)若满足C2)中的约束条件，则根据步骤C1)获得的永磁直驱风电机组输出总的有功功率P_PMSG和步骤A2)获得的故障期间电网电压U_g计算永磁直驱风电机组的无功电流极限i_{gqmax_P}，并将其作为故障期间永磁直驱风电机组网侧变换器q轴电流给定值其无功电流极限计算公式如下所示：

$i_{gq\max \_P}=\sqrt{{\left(I_{g\max \_P}\right)}^2-{\left(\frac{P_{PMSG}}{U_g}\right)}^2}$

式中I_{gmax_P}为永磁直驱风电机组网侧变换器允许运行的最大电流；

若不满足C2)中的约束条件，则按照电网导则的最低无功电流要求I_Q≥1.5(0.9-U_g)I_N，0.2pu≤U_g≤0.9pu作为故障期间永磁直驱风电机组网侧变换器q轴电流给定值

C4)基于步骤C3)计算得到的永磁直驱风电机组网侧变换器q轴电流给定值再根据网侧变换器允许运行的最大电流I_{gmax_P}计算d轴电流给定值，其计算公式如下所示：

$i_{gd\_P}^{*}=\sqrt{I_{g\max \_P}^2-i_{gq\_P}^{*2}}$

C5)根据步骤C3)和步骤C4)计算得到的永磁直驱风电机组网侧变换器dq轴电流给定值，网侧变换器采用电流闭环矢量控制策略，其控制电压和直流量电压u_dc通过空间矢量调制产生网侧变换器PWM驱动信号，以实现向电网提供满足电网导则无功电流要求下的最大无功电流；

(D)永磁直驱风电机组电机侧变换器的控制步骤为：

D1)永磁直驱风电机组电机侧变换器采用矢量控制策略，其控制电压和直流量电压u_dc通过空间矢量调制产生电机侧变换器PWM驱动信号，以维持直流母线电压稳定。