[发明专利]电网电压不对称跌落时直驱风机系统无功控制方法

说明书

本发明提出一种电网电压不对称跌落时直驱风机系统无功控制方法，其根据风速计算风力机的最大输出功率Pmmax；计算电网电压不对称跌落时的正负序dq轴分量，根据电压及无功控制的需求确定直驱风机系统的无功功率，并计算网侧变流器的无功电流参考值；根据风力机的最大输出功率和网侧无功电流参考值计算网侧变流器有功电流参考值；根据网侧变流器的电流参考值计算机侧变流器的有功功率参考值，根据所得的有功功率参考值控制风力机的转速，使其工作在风力机转矩‑转速特性曲线的稳定运行区域。此种直驱风机系统控制方法可以在电网电压不对称跌落时，充分利用风机系统的无功调节能力，同时消除直流侧电容电压的二倍频波动，实现平衡正弦的并网电流，提高系统的性能。

技术领域

本发明属于功率变换器技术领域，尤其涉及一种电网电压不对称跌落时直驱风机系统无功控制方法。

背景技术

直驱式风力发电系统由风力机、永磁同步发电机、全功率电力电子变换器、直流电容等结构组成。风力机直接驱动发电机在低速下运行，省去了传统风力发电机组中的变速齿轮箱，提高了可靠性。发电机与电网直接通过全功率电力电子变换器连接，实现了电网侧有功、无功的独立控制，提高了故障下的低电压穿越能力。永磁直驱风力发电机组由于其高可靠性和高效率在海上风电中越来越受到关注。

当电网电压不对称跌落时，网侧无中性线连接的三相PWM变流器中存在正序和负序分量，若网侧变换器采取正常运行时的控制方法会产生交流电流畸变，进一步恶化电网电压的不平衡度，增大谐波含量。在三相电网电压不对称跌落时，目前网侧变换器广泛采用的控制方法为平衡正序控制，机侧变流器则由于直流电容的解耦作用保持原控制方法不变。该控制方法可以使得三相并网电流正弦平衡，但由于电网电压中存在负序分量，系统中将产生二次谐波功率脉动。此时若利用风机系统来参与风电场的无功调节，无功电流会进一步加大二次功率脉动。根据功率守恒，直流侧也会有二次脉动功率进而产生2倍频的电压波动。在兆瓦级风机中，这种功率脉动是不容忽视的，若仅仅依靠直流电容来吸收二倍频功率波动，则需要采用更大容量的电容，增加成本的同时会降低电容器的寿命，危及系统的正常运行。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷和不足，本发明提出了一种电网电压不对称跌落时直驱风机系统无功控制方法，其可以在电网电压不对称跌落时充分利用风机系统的无功调节能力，同时消除直流侧电容电压的二倍频波动，实现平衡正弦的并网电流，提高系统的性能。

其根据风速计算风力机的最大输出功率Pmmax；计算电网电压不对称跌落时的正负序dq轴分量，根据电压及无功控制的需求确定直驱风机系统的无功功率，并计算网侧变流器的无功电流参考值；根据风力机的最大输出功率和网侧无功电流参考值计算网侧变流器有功电流参考值；根据网侧变流器的电流参考值计算机侧变流器的有功功率参考值，根据所得的有功功率参考值控制风力机的转速，使其工作在风力机转矩-转速特性曲线的稳定运行区域。此种直驱风机系统控制方法可以在电网电压不对称跌落时，充分利用风机系统的无功调节能力，同时消除直流侧电容电压的二倍频波动，实现平衡正弦的并网电流，提高系统的性能。

其具体采用以下技术方案：

一种电网电压不对称跌落时直驱风机系统无功控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：根据风速计算风力机的最大输出功率Pmmax；

步骤S2：计算电网电压不对称跌落时电压的正负序dq轴分量，根据电压及无功控制的需求确定直驱风机系统的无功功率，并计算网侧变流器的无功电流参考值；

步骤S3：根据风力机的最大输出功率和网侧电流计算网侧变流器有功电流参考值；

步骤S4：根据网侧变流器的电流参考值计算机侧变流器的有功功率参考值，根据所得的有功功率参考值控制风力机的转速，使其工作在风力机转矩-转速特性曲线的稳定运行区域。

进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：