[发明专利]一种提高风电系统不对称故障穿越能力的控制方法

摘要

一种提高风电系统不对称故障穿越能力的控制方法。该方法在现有技术基础上，于机侧整流器和网侧逆变器之间接入了超级电容储能系统。在控制方面，对该机侧整流器、对网侧逆变器的进行控制之外，也增加了对超级电容储能系统的控制。本发明通过对机侧整流器和网侧逆变器的协调控制，使得机组能够实现最大风能的跟踪、并网有功无功可调节以及并网三相电流对称，保证了电网正常时机侧整流器和网侧逆变器之间直流母线电压的稳定。通过对加入的超级电容储能系统的控制，保证机组在电网不对称故障期间直流母线电压稳定，特别是在保证并网三相电流对称的同时，消除电网不对称故障期间直流母线电压二倍工频纹波，从而提高了风电系统不对称故障穿越能力。

主权项

1.一种提高风电系统不对称故障穿越能力的控制方法，该控制方法针对的风电系统包括直驱永磁同步风力发电机组（D-PMSG）、电网和连接在直驱永磁同步风力发电机组（D-PMSG）和电网之间的包括了机侧整流器和网侧逆变器的背靠背变流器；其中，机侧整流器采用转速外环、电流内环的双闭环控制结构，以对直驱永磁同步风力发电机组进行最大风能跟踪的控制；网侧逆变器采用电压外环、电流内环的双闭环控制结构，以让电压外环保证电网正常情况下直流母线电压的稳定，让电流内环保证并网有功功率无功功率可调节和并网三相电流始终对称；其特征在于，在所述机侧整流器和网侧逆变器之间接入有超级电容储能系统，该超级电容储能系统由超级电容模块和buck-boost型的双向DC/DC电路组成；所述双向DC/DC电路由储能电感（L）、并联的功率开关管（G1）和续流二极管（D1），以及并联的功率开关管Ⅱ（G2）和续流二极管Ⅱ（D2）组成，其中，所述储能电感（L）的一端连接在该超级电容模块的正极，该储能电感（L）的另一端连接在所述功率开关管Ⅱ（G2）和续流二极管Ⅱ（D2）的一个并联点上构成公共点（1）；所述功率开关管（G1）和续流二极管（D1）的一个并联点连接在该公共点（1）上，另一个并联点与所述机侧整流器和网侧逆变器之间的直流母线正极连接；所述超级电容模块的负极连接在所述功率开关管Ⅱ（G2）和续流二极管Ⅱ（D2）的另一个并联点上构成公共点Ⅱ（2），该公共点Ⅱ（2）连接至所述机侧整流器和网侧逆变器之间的直流母线负极；在所述控制方法中还包括对该超级电容储能系统的控制，其控制过程如下；当电网正常，超级电容模块处于额定电压时，控制超级电容储能系统不工作，双向DC/DC电路中的两个功率开关管（G1、G2）都处于断开状态；当电网发生不对称故障时，对超级电容储能系统按照如下步骤控制：（1）将机侧整流器的输入瞬时有功功率P_in减去网侧逆变器的输出瞬时有功功率P_out，得到目标功率值ΔP，控制超级电容储能系统输出瞬时有功功率P_sc跟踪目标功率值ΔP，让背靠背变流器直流侧有功功率达到平衡，以消除直流侧母线电压二倍工频纹波；（2）将目标功率值ΔP与实际的超级电容储能系统输出的瞬时有功功率P_sc的差值，经过比例积分调节器（PI），得到电感电流参考值i_L^*；（3）将电感电流参考值i_L^*与所述储能电感（L）的实际电感电流值i_L的差值，经过比例积分调节器（PI）得到开关占空比信号d₁；（4）将开关占空比信号d₁经过脉宽调制器（PWM），然后，一路直接地、另一路再通过非门，而分别得到两个功率开关管（G1、G2）的开关信号，以让超级电容储能系统输出瞬时有功功率P_sc跟踪目标功率值ΔP；当电网不对称故障被消除直至超级电容模块恢复至额定电压的时段，对超级电容储能系统按照如下步骤控制：（1）将超级电容模块的额定电压值V_sc-ref与超级电容模块的实际电压值V_sc的差值，经过比例积分调节器（PI）得到电感电流参考值i_L^*；（2）将电感电流参考值i_L^*与所述储能电感（L）的实际电感电流值i_L的差值，经过比例积分调节器（PI）得到开关占空比信号d₂；（3）将开关占空比信号d₂经过脉宽调制器（PWM），一路直接地、另一路再通过非门，而分别得到两个功率开关管（G1、G2）的开关信号，以让超级电容电压恢复至额定值。