[发明专利]一种弱网环境下双馈风机故障穿越期间电流指令控制方法

说明书

本发明公开了一种弱网环境下双馈风机故障穿越期间电流指令控制方法。该方法综合考虑了并网导则要求，风机变流器容量以及系统小干扰稳定性的影响，对有功电流与无功电流指令进行设定。本发明建立了双馈风力发电机并网系统的小信号模型，通过李雅普诺夫稳定判据分析有功电流与无功电流指令对系统稳定性的影响，从而得到能够使系统能够在电网跌落故障期间稳定运行的电流指令约束条件。本发明的小信号模型详细精确，且稳定性分析方法简洁直观，能够为弱电网环境下的双馈风力发电系统低电压穿越期间的电流指令设定提供可靠的参考。

技术领域

本发明属于双馈风力发电机并网稳定性研究领域，尤其涉及一种弱网环境下双馈风机故障穿越期间电流指令控制方法。

背景技术

随着风电行业的快速发展，在全世界范围内，风力发电功率占系统有功电源的比率越来越大，对电网的影响越来越不容忽视。在这样的条件下，如果电网发生故障时允许风机简单脱网，将可能导致故障电网的有功功率严重不平衡，甚至危及整个系统的安全稳定。此外，由于大型集中式风电场通常位于偏远地区，因此连接电网所需的长传输线具有高阻抗这一显著特性，导致系统的短路比(SCR)较低。

而且，由于双馈风力发电机组的转子侧变流器的容量有限，因此双馈风力发电系统对电网故障非常敏感。受传输线高阻抗的影响，当电网发生跌落故障时，锁相环与电流环都会与弱电网发生耦合，从而导致低频振荡的产生。此时，风力发电机组若仅按照并网导则的要求输出有功、无功电流，可能导致系统持续振荡甚至失稳。因此，亟需建立弱电网环境下双馈风力发电机组的小信号模型，研究双馈风电机组在弱电网跌落故障下的稳定性问题，从而给出能够使系统在电网跌落故障期间稳定运行的电流指令。针对这一问题，国内外学者已经做出了一些研究。

现有文献通过阻抗建模分析法对系统的稳定性进行研究，通过推导双馈风机及其控制系统的传递函数，得到双馈风机的输入阻抗模型。但是系统的传递函数推导过程较为复杂，且只能得到单输入单输出的传递关系，无法逐个分析系统中各环节对系统稳定性的影响。

因此，目前需要建立一种能够综合考虑双馈风机的电磁暂态过程，风机控制系统中的电流环、锁相环以及电网阻抗等因素的精确小信号模型，并且结合并网导则要求与风机变流器的容量限制，控制电流指令使系统在弱电网故障期间能够稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种弱网环境下双馈风机故障穿越期间电流指令控制方法。本发明可提高电网故障期间双馈风力发电系统的稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种弱网环境下双馈风机故障穿越期间电流指令控制方法，包括以下步骤：

(1)分析双馈风机并网系统在电网跌落故障期间的小干扰稳定性，得到有功、无功电流指令的稳定拟合函数，包括以下子步骤：

(1.1)建立双馈风力发电系统的小信号模型，包括以下子步骤：

(1.1.1)求取双馈风力发电机的状态方程，可以得到：

其中，上标b代表理想同步坐标系，为转子电流的d,q轴分量，为定子电流的d,q轴分量，为转子电压的d,q轴分量，为并网电压的d,q轴分量，为定子磁链的d,q轴分量，为转差角频率；σ为漏感系数，L_m为定转子间互感，L_s为定子电感，L_r为转子电感；R_s为定子电阻；R_r为转子电阻；ω_r为转子角频率；ω_b为电网角频率；

(1.1.2)求取锁相环的状态方程，可以得到：