[发明专利]电网不对称故障下永磁直驱风电机组增强低电压穿越控制方法

说明书

本发明公开了一种电网不对称故障下永磁直驱风电机组增强低电压穿越控制方法，涉及对永磁直驱风电机组网侧变换器和机侧变换器的控制。本方法在充分考虑变换器容量和机组运行工况基础上，得到永磁直驱风电机组网侧变换器的正、负序dq轴电流给定指令，进一步将得到的网侧变换器正、负序控制电压和直流母线电压U_dc通过空间矢量调制产生网侧变换器PWM驱动信号，使得永磁直驱风电机组能够抑制并网点电压不平衡度，并最大限度地向电网提供有功电流，从而显著增强了永磁直驱风电机组在电网不对称故障下的低电压穿越能力及其所并电网的电能质量。

技术领域

本发明涉及风力发电技术，具体涉及一种永磁直驱风电机组在电网不对称故障下的增强故障穿越控制方法，属于新能源发电技术领域。

背景技术

目前，永磁直驱风电机组因其采用永磁体励磁，省去了齿轮箱、电刷、滑环等故障率较高的部件，具有耐盐雾腐蚀、结构简单以及运行噪声小等优点，已经成为风力发电系统中的主流机型之一。由于永磁直驱风电机组通过全功率变换器实现了机网隔离，充分利用全功率变换器的容量对风电场公共点的电压进行补偿，是提高永磁直驱风电机组故障穿越能力的主要手段。并鉴于我国风电资源大多集中在偏远地区，与电力主网连接较弱，相比于电网对称短路故障，电网不对称短路故障在实际系统中发生的概率更大。当电网发生不对称跌落故障时，发电系统将输出大量的负序电流，使并网变流器产生不平衡发热、损耗增大，严重威胁并网变流器运行性能和发电系统并网电能质量；其次，电网电压不平衡还会造成发电系统馈入电网的功率发生振荡，引起发电系统直流链电压波动，严重影响发电系统和电网的安全稳定运行。因此，为了提高永磁直驱风电机组在电网不对称故障下的低电压穿越能力及风电机组所并电网的电能质量，需进一步对不对称电网故障条件下永磁直驱风电系统的低电压穿越控制方法进行深入研究。目前，针对永磁直驱风电机组的不对称故障穿越技术，国内外学者已开展了相关研究，如已公开的下列文献：

(1)张晓英,程治状,李琛,丁宁,蒋拯.直驱永磁风力发电系统在不对称电网故障下的电压稳定控制[J].电力系统保护与控制.2013,41(18):17-24.

(2)朱小军,姚骏,蒋昆,夏先锋,文一宇,龙虹毓.电网不对称故障下含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统增强运行控制策略[J].电网技术,2013,37(5):1454-1463.

文献(1)采用双同步旋转坐标轴系下双电流环控制策略，或实现无负序电流输出至电网，或实现输出有功功率和直流侧母线电压2倍频波动得到有效抑制，或实现输出无功功率无波动，一定程度上提高了永磁直驱风电系统的故障穿越能力，但无法同时实现多个运行目标。文献(2)通过在变换器的直流母线上加装储能装置以吸收直流电容2倍频波动以及发电机输出的有功功率从而维持直流母线电压稳定且无波动，并通过网侧变换器消除输出电流的负序分量或者输出功率的2倍频波动，加强了风电系统的故障穿越能力和并网系统的电能质量，但并没有充分发挥网侧变换器的容量，且硬件设备的使用必然会增加整个系统的成本。

在电网不对称故障期间，由于电网负序电压和系统负序电流的出现，必然会对永磁直驱风电机组的运行性能产生严重影响。因此，在不增加额外的硬件设备基础上，充分利用永磁直驱风电机组中变流器的容量和可控能力，研究电网不对称故障下永磁直驱风电机组的增强低电压穿越控制方法，从而保障永磁直驱风电机组不脱网安全稳定运行并且抑制并网点电压的不平衡度，以进一步提高电网暂态电压水平，对增强永磁直驱风电系统的故障穿越能力及其所并电网的电能质量具有重要的现实意义。

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出一种电网不对称故障下永磁直驱风电机组增强低电压穿越控制方法，本方法充分利用永磁直驱风电机组中网侧变换器容量来抑制并网点电压不平衡度，并最大限度地向电网提供有功电流，从而提高永磁直驱风电机组故障穿越能力及其并网电能质量。

本发明的技术方案是这样实现的：