[发明专利]一种双馈风电机组无功补偿和矢量控制方法

说明书

本发明涉及一种双馈风电机组无功补偿和矢量控制方法，属于新能源发电中双馈风力发电机组的运行与控制技术领域。为避免电网电压跌落导致双馈风力发电机组脱网运行，一方面通过改变网侧变换器控制方法，以无功补偿模式调节网侧的输出无功；另一方面考虑到电压跌落期间定子磁链的暂态特性，转子侧变换器在传统矢量控制方法的基础上增加由电压跌落引起的定子磁链变化项，电压跌落期间及故障切除后抑制直流侧过电压和转子侧过电流以帮助系统电压的恢复。针对网侧和转子侧变换器协同控制方法的研究，能够有效避免电网电压跌落导致双馈风力发电机组脱网运行，帮助系统故障电压恢复，维持电网稳定性。

技术领域

本发明涉及新能源发电中双馈风力发电机组的运行与控制技术领域，具体涉及在电网电压发生电压跌落现象时机组能够向系统提供一定的无功功率，加快故障电压恢复并提高机组低电压穿越能力的一种双馈风电机组无功补偿和矢量控制方法。

背景技术

近些年来可再生能源发电得到大力推广，风力作为主要的清洁能源之一，风电系统建设规模日渐扩大，除了增加电力系统总装机容量外，其运行状态对电网电压瞬时跌落时的功率平衡和电压稳定的影响也越来越大。多数电气设备所处的自然环境恶劣，易导致电压跌落现象的发生。相关数据显示，超过60％的电压降与恶劣环境(如大风，暴雨，强降雪等)有关；电力系统中各电气设备不正常运行导致故障发生也会使电压跌落，例如配电网某输电线路发生接地短路时，对远处受电端的用户负荷会造成很大影响，不能满足其供电可靠性要求；除此之外，一些大容量设备(如大型电动机、变压器等)突然启动或投入运行时会产生严重的电流畸变，影响与该负荷所接母线的电压稳定，发生电网电压跌落现象。

事实上，电力系统受恶劣环境的影响时常发生，电网电压大多数情况下都处在波动状态，当发生电网电压跌落现象时，为保持系统运行稳定性，风电机要求继续并网运行并能支撑系统所需无功，以改善系统电压恢复过程。双馈风力发电机组组成的风电场作为重要的无功源，能够在稳定电网电压和补偿无功方面发挥一定的作用。虽然单台风机调节无功的能力有限，但是对于并网点电压小幅值波动时，由多台风机组成风电场能够提供较充足的无功来改善并网点运行的稳定性。

由于双馈风电机自身具有功率因数可调、有功无功易于控制、变流器容量小、低损耗等优点，发生电网电压跌落时对其控制策略的研究就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种在不需要无功补偿装置的前提下，利用双馈风力发电机组本身无功调节能力，对风电场并网点无功需求进行补偿，能够稳定并网点无功波动，缓解电网无功压力的双馈风电机组无功补偿和矢量控制方法

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种双馈风电机组无功补偿和矢量控制方法，为避免电网电压跌落导致双馈风力发电机组脱网运行，按照以下步骤进行：

S1：分析电网电压跌落起始至故障切除后双馈风力发电机组暂态全过程；

S2：改变网侧变换器控制方法，在电压跌落期间改变其工作方式，运行在非单位功率因数模式下，向系统提供一定无功支撑，以无功补偿模式调节网侧的输出无功，帮助系统故障电压恢复；

S3：改进转子侧变换器控制方法，考虑电压跌落期间定子磁链的暂态特性，转子侧变换器在传统矢量控制方法的基础上增加由电压跌落引起的定子磁链变化项，电压跌落期间及故障切除后抑制直流侧过电压和转子侧过电流以帮助系统电压的恢复；

S4：在Matlab/Simulink上建立仿真模型，对双馈风力发电机组的运行特性进行分析，验证S2和S3中所述控制方法的有效性。二者相结合的矢量控制方法在电网电压跌落时，一方面向系统增发无功能有效缩短电网电压恢复时间，另一方面引入定子磁链变化项降低了转子侧电流幅值且抑制了直流侧电压过高，增强了风电机组的低电压穿越能力。

本发明技术方案的进一步改进在于：S1中，电网电压跌落起始至故障切除后，双馈风力发电机组暂态全过程具体分析推导过程如下：