[发明专利]适用于双馈风电场低电压穿越期间最大有功功率输出的控制方法

权利要求书

1.一种适用于双馈风电场低电压穿越期间最大有功功率输出的控制方法，其特征在于：所述方法的步骤为：

S1、结合双馈风电系统及双馈风机变流器，确定风电场低电压穿越时对无功电流的注入要求，如式(1)：

ΔI_q＝K×(0.9-U_pcc)×I_N,(0.2≤U_pcc≤0.9)    (1)

其中：ΔI_q为标准规定的无功电流注入量；

K为无功补偿系数；

U_pcc为并网点电压标幺值；

I_N为风电场额定电流；

S2、根据风电场是否配置无功补偿装置，确定无功电流输出方式：

对于配备无功补偿装置的风电场，在低压穿越期间优先考虑利用无功补偿装置输出无功电流，当无功补偿装置输出无功电流不满足需求时，再利用DFIG输出无功电流，因此低压穿越期间需要DFIG输出的无功电流I_Q为：

其中：I_Q为DFIG需要输出的无功电流；

K为无功补偿系数；

U_pcc为低压穿越期间并网点电网电压标幺值；

对于未配备无功补偿装置的风电场，无功电流由DFIG自身提供，因此

I_Q＝K(0.9-U_pcc)    (3)

其中：I_Q为DFIG需要输出的无功电流；

K为无功补偿系数；

U_pcc为低压穿越期间并网点电网电压标幺值；

在低压穿越期间DFIG输出总有功功率P_DFIG与转子电流i_rd存在如下关系：

其中：P_DFIG为DFIG输出的有功功率；

s为转差率；

i_rd为转子变流器d轴电流；

L_m为DFIG励磁电感；

U_pcc为并网点电压；

L_s为定子电感；

由(4)可知，当转子侧变流器d轴电流i_rd最大时，DFIG输出总有功功率P_DFIG达到最大；

S3、转子侧变流器d轴电流i_rd参考值优化

在转子电流I_rmax约束下，转子d轴电流i_rd和q轴电流i_rq存在式(5)所示的约束：

其中：I_rmax为转子变流器安全运行时允许通过的最大电流；

i_rd为转子变流器d轴电流；

i_rq为转子变流器q轴电流；

由(5)可知，要使转子侧变流器d轴电流i_rd达到最大，转子q轴电流模值|i_rq|应该在满足要求的基础上尽可能小，

低压穿越期间DFIG的无功电流由网侧变流器和DFIG定子共同提供，即：

I_Q＝i_gq+i_sq(6)

其中：I_Q为DFIG需要输出的无功电流；

i_gq为网侧变流器提供的无功电流；

i_sq为DFIG定子提供的无功电流；

DFIG定子输出无功功率Q_s与定子无功电流i_sq和转子q轴电流i_rq存在式(7)的关系：

其中：Q_s为DFIG定子输出的无功功率；

L_m为DFIG励磁电感；

U_pcc为并网点电压；

L_s为定子电感；

ω_s为电压电角频率；

i_sq为定子q轴电流；

i_rq为转子q轴电流；

根据式(7)，可以计算得到i_sq与i_rq的关系，如式(8)所示：

其中：i_sq为定子q轴电流；

L_s为定子电感；

ω_s为电压电角频率；

i_rq为转子变流器q轴电流；

L_m为DFIG励磁电感；

U_pcc为并网点电压；

根据(8)可知，只有当转子q轴电流i_rq小于0时，DFIG定子才能够输出无功电流(i_sq大于0)，且转子q轴电流模值|i_rq|越大，定子输出无功电流i_sq越大；根据(7)和(8)可知，要使转子q轴电流模值|i_rq|尽可能小，应该优先利用网侧变流器输出无功电流，然后再利用DFIG定子输出无功电流；

S4、网侧变流器d轴电流i_{gd_LVRT}参考值优化

网侧变流器的控制目标是直流侧电压稳定，低电压穿越期间网侧变流器d轴电流参考值i_{gd_LVRT}由电压外环得到，需要优先保证：

i_{gd_LVRT}＝i_gdref    (9)

其中：i_{gd_LVRT}为网侧变流器d轴电流参考值；

i_gdref为网侧变流器电压环得到的有功电流参考值；

为保证DFIG能够输出更多有功功率，低电压穿越期间应优先利用网侧变流器输出无功电流，其q轴电流参考值i_{gq_LVRT}应设置为：

其中：i_{gq_LVRT}为网侧变流器q轴电流参考值；

I_gmax为网侧变流器允许通过的最大电流，通常I_gmax为0.3pu；

i_gdref为网侧变流器电压环得到的有功电流参考值；

I_Q为DFIG需要输出的无功电流；

当网侧变流器输出无功电流能力能够满足系统无功电流需求时，即此时仅由网侧变流器输出无功电流，而无需DFIG定子输出无功电流，即i_sq为0，根据式(8)，转子侧变流器电流环q轴参考值i_{rq_LVRT}应设置为：

其中：i_{rq_LVRT}为转子侧变流器q轴电流参考值；

L_m为DFIG励磁电感；

U_pcc为并网点电压；

ω_s为电压电角频率；

在满足电力系统无功需求的前提下，为保证风机能够尽可能输出有功功率，转子侧变流器d轴参考值i_{rd_LVRT}应设置为：

其中：i_{rd_LVRT}为转子侧变流器d轴电流参考值；

i_{rq_LVRT}为转子侧变流器q轴电流参考值；

I_rmax为转子侧变流器允许通过的最大电流，通常I_rmax为1.2pu；

i_rdref是由最大功率跟踪控制得到的有功电流参考值；

当网侧变流器输出无功电流能力不能满足系统无功电流需求时，即时，此时还需要DFIG定子输出无功电流，为优先保证无功电流输出，根据式(8)，转子侧变流器电流环q轴参考值i_{rq_LVRT}应设置为：

其中：i_{rq_LVRT}为转子侧变流器q轴电流参考值；

i_{gq_LVRT}为网侧变流器q轴电流参考值；

I_Q为DFIG需要输出的无功电流；

L_m为DFIG励磁电感；

U_pcc为并网点电压；

L_s为定子电感；

ω_s为电压电角频率；

在满足系统无功需求的前提下，为保证风机能够输出最大有功功率，转子侧变流器d轴参考值i_{rd_LVRT}仍由式(13)给出。