[发明专利]一种电压源型双馈风机功角稳定增强控制方法

说明书

本发明提出一种电压源型双馈风机功角稳定增强控制方法，包括以下步骤：定义虚拟功角δ为d轴和电网电压之间的夹角，并利用虚拟功角δ分析在电流不饱和和电流限幅工况下电压源型DFIG功角的暂态稳定性；进行功角稳定增强控制，将电压源型双馈风机定子电压的V_q分量作为P‑f下垂环的非线性辅助分量，构造一个新的虚拟功角曲线。本发明能够解决在大干扰下，电压源型双馈风机由于自身特性以及变流器电流限幅环节导致的暂态功角失稳问题，并使得故障清除后能够恢复到原有稳定运行状态，并有效提高其静态功角稳定裕度。

技术领域

本发明涉及电压源型双馈风机技术领域，尤其是一种电压源型双馈风机功角稳定增强控制方法

背景技术

随着风电并网容量的不断提升，大量通过电力电子装置并网的双馈风力发电机组使得现有电力系统的转动惯量缺失，造成系统频率稳定性下降等问题愈加严重。电压源型的下垂控制技术可通过模拟传统同步发电机的运行特性，使双馈风机(Doubly fedInduction Generator,DFIG)显示电压源特性，提高双馈风机的并网等效惯量和电网的风能渗透率，并为电网提供电压和频率支撑。研究表明，在大干扰下，电压源型双馈风机具有与传统同步发电机相似的功角特性。且由于输出功率中正弦函数的非线性，导致电压源型双馈风机与同步发电机一样存在潜在的同步稳定问题。此外，由于变流器内部的限流控制，在大干扰下电压源型双馈风机会因电流的限幅而退变成一个电流源，该特性使得电压源型双馈风机的失稳过程更加复杂。由此，电压源型双馈风机的功角稳定问题值得进一步研究。在以往的文献中，主要有两种方法来解决大扰动下电压源型双馈风机存在的暂态功角失稳问题，一种方法是在变流器电流输出达到饱和值时增加虚拟阻抗，这种方案能使故障清除后系统恢复到原有稳定运行状态，但不能有效增加功角稳定性；另一种是当检测到较大扰动时切换变流器的控制方法，这种方案增加了功角稳定性，但无法使得系统恢复到初始稳定运行状态。这两种方法增加了很多额外参数，并且需要在线故障检测和控制切换，实现起来较为复杂。在大干扰下，电压源型双馈风机会出现与传统同步发电机类似的暂态功角失稳，而且会因变流器的电流限幅而退变成一个电流源，进一步恶化同步稳定性，导致虚拟功角暂态失稳，并且故障切除后难以恢复到原有状态。

发明内容

本发明解决了电压源型双馈风机由于自身特性以及变流器电流限幅环节导致的暂态功角失稳问题，提出一种电压源型双馈风机功角稳定增强控制方法，能够解决在大干扰下，电压源型双馈风机由于自身特性以及变流器电流限幅环节导致的暂态功角失稳问题，并使得故障清除后能够恢复到原有稳定运行状态，并有效提高其静态功角稳定裕度。

为实现上述目的，提出以下技术方案：

一种电压源型双馈风机功角稳定增强控制方法，包括以下步骤：

S1，定义虚拟功角δ为d轴和电网电压之间的夹角，并利用虚拟功角δ分析在电流不饱和和电流限幅工况下电压源型DFIG功角的暂态稳定性；

S2，进行功角稳定增强控制，将电压源型双馈风机定子电压的V_q分量作为 P-f下垂环的非线性辅助分量，构造一个新的虚拟功角曲线。

作为优选，所述步骤S1具体包括：

S101，稳态下虚拟功角其中为电网电压，为DFIG定子电压值，推导虚拟功角和P-f下垂环的关系式为：

其中δ为虚拟功角的导数，θ为P-f下垂控制决定的d轴相位，θ_g为电网电压的相位，P₀和P_s分别为DFIG定子有功功率的给定值和输出值；

S102，在电流不饱和工况下，电压源型双馈风机定子功率：

其中X_∑为线路等效阻抗，