[发明专利]一种提升双馈风机低电压穿越能力的换流器控制方法

说明书

一种提升双馈风机低电压穿越能力的换流器控制方法，电压突降后，时刻监测直流电容电压和转子电流i_r，判断直流电容电压或转子电流是否超过限制值；在直流电容电压或转子电流i_r超过限制值时，触发主动式Crowbar保护电路；在直流电容电压和转子电流均低于限制值并保持两个周波内无越限后，退出主动式Crowbar保护电路，同时将转子侧和网侧换流器的PI控制切换为综合干扰抑制控制；在电压降落恢复后，切回PI控制，实现电网故障突降下风电场的低电压穿越的目的。与PI控制策略相比，本发明设计的综合LVRT控制策略能够充分利用换流器的输出能力，在电压跌落期间具有较好的暂态控制性能，能有效地满足双馈风机的低电压穿越需求。

技术领域

本发明属于电力系统控制领域，涉及一种双换流器独立非线性控制方法，具体涉及一种提升双馈风机低电压穿越能力的换流器控制方法，尤其适合于含有大规模风力发电并网的输电系统。

背景技术

全球化石能源短缺和环境污染的危机逐渐加重，可再生能源的发展受到广泛关注。在各种类型的风力发电系统(wind generator system,WGS)中，基于双馈感应电机(Doubly fed induction generator,DFIG)的风力发电系统因其体积小、成本低、控制灵活等优点被广泛应用于陆上风电场。

由于DFIG的定子绕组与电网直接连接，风机的运行易受电网扰动影响，尤其是电网电压突降的影响。为此，多数国家颁布的电网规范要求：WGS在电网电压突降时需保持持续并网并为电网提供动态无功支持，即要求WGS具备一定的低压穿越(low voltage ridethrough,LVRT)能力。另一方面，随着风电场的大规模集成，缺乏LVRT能力的WGS在严重电压下降时可能会发生大规模脱网，甚至直接影响整个电力系统的稳定运行。因此，在风电规模日益扩大、电网稳定性问题突出的背景下，迫切需要一种提高WGS的LVRT能力的控制策略。

为了提高风电场的LVRT能力，国内外学者已经进行了相关的研究。转子过电流和直流母线过电压被普遍认为是制约大型风电场并网运行的两个主要因素。Crowbar保护电路通常安装在转子侧，以减少电网故障时的过电流。然而，Crowbar电路一旦触发动作，基于DFIG的WGS将以感应电机模式运行，从电网中吸收无功功率，导致电网电压进一步恶化。此外，有一种采用串联动态电阻(SDR)电路的方法，令SDR电路与转子绕组串联从而直接限制转子过电流。还有文献设计了直流斩波器，由与直流电容器并联的制动电阻组成，用于限制直流链路过电压。然而，上述方法在电网故障时不能提供足够的无功支持。此外，静态同步补偿器(STATCOM)和静态无功补偿器(SVC)等动态无功补偿器也被应用于提供动态无功支持。然而，硬件设备的加装会产生高额的成本，不利于大量推广。

在各种基于DFIG的LVRT方案中，最经济有效的方法是通过合理设计换流器控制，充分利用DFIG自身的控制能力来实现故障穿越。一类是基于传统PI控制器的若干改进控制方法，如粒子群优化(PSO)控制方案、改进退磁控制、磁链跟踪控制等。然而，DFIG具有非线性的特性，传统的线性化的控制器在大扰动下的控制性能无法得到充分保证。因此，第二类基于非线性的控制器设计也被提出，例如精确线性化控制、离散时间神经滑模间接功率控制等。然而，一方面这些方法控制律在实际应用中过于复杂；另一方面，在电网故障时此类方法不能提供足够的暂态无功支持。

值得注意的是，上述研究方案是从转子侧换流器控制的角度进行设计的，对网侧换流器控制的关注较少。在严重的电网电压下降时，直流电容可能会出现过电压击穿电力电子器件的绝缘层，甚至损坏DFIG的情况。基于此，有文献设计了网侧换流器的控制方案，例如PI-DFR控制、神经离散逆最优控制器等。然而，这些控制器在实际应用时并未充分考虑网侧换流器模型的非线性特性，未能保证理想的控制性能。

发明内容

本发明目的在于提供了一种提升双馈风机低电压穿越能力(LVRT)的换流器控制方法。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：