[发明专利]永磁直驱风力发电机组的阻尼控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁直驱风力发电机组的控制方法，可使所述风电机组在电网功率振荡时，通过参与电网的有功、无功功率调节，抑制系统振荡，提高系统的暂态稳定性，属控制技术领域。

背景技术

电网功率的低频振荡对电力系统的安全稳定运行有着重要影响，而对于风电装机比例较高的区域电网，这一问题将变得更加突出。虽然电力电子变流器隔离了系统功率振荡对变速恒频风力发电机组的影响，但电网受到故障扰动后，风电功率的波动性、不具备低电压穿越能力的风电机组解列等都会加剧区域电网内同步发电机所承受的振荡功率，更容易引发系统的持续振荡。然而目前针对风电装机比例较高的区域电网还没有一种抑制低频振荡的理想方法，无法保证电力系统的安全稳定运行。因此，通过改进现有变速恒频风电机组的控制策略，增加其对系统功率振荡的抑制能力，改善系统的阻尼特性，将对风电渗透率较高的区域电网的安全运行具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种永磁直驱风力发电机组的阻尼控制方法，以减小因风电渗透率的提高导致系统缺乏阻尼造成的不利影响。

本发明所述问题是由以下技术方案实现的：

一种永磁直驱风力发电机组的阻尼控制方法，它包括有功阻尼控制和无功阻尼控制，其中，有功阻尼控制是在最大功率跟踪控制策略的基础上，实时测量电网频率的变化量，并根据电网频率的变化量，快速调节风电机组有功输出，向电网注入阻尼功率，进而提高系统阻尼；无功阻尼控制是根据电网频率的变化量，利用永磁直驱风电机组网侧变流器迅速向电网提供无功，从而抑制系统功率振荡。

上述永磁直驱风力发电机组的阻尼控制方法，有功阻尼和无功阻尼的具体控制方法如下：

a．有功阻尼控制：

采用最大功率跟踪控制策略对永磁直驱风力发电机组进行有功控制：

发电机有功参考指令                                                为：

式中，Pmax为永磁直驱风电机组输出有功功率限幅值；ω0为永磁直驱风电机组的切入电角速度；ω1为永磁直驱风电机组进入转速恒定区时的电角速度；ωmax为永磁直驱风电机组角速度限幅值；ωr为永磁直驱风电机组的电角速度；kopt为最大功率跟踪曲线的比例系数；

系统功率振荡时，永磁直驱风电机组按下式调节转速：

   

式中，分别为永磁直驱风电机组角速度增量；为系统同步角速度增量；kp为有功阻尼控制系数，进而可以调节永磁同步风电机组的有功参考指令，控制风电机组向系统动态注入有功功率，抑制电网功率振荡，改善系统的阻尼特性；

b．无功阻尼控制：

采用定功率因数运行或电网电压幅值恒定的控制策略对永磁直驱风电机组进行无功功率控制，系统功率振荡时，永磁直驱风电机组按下式调节注入系统的无功功率：

式中，为永磁直驱风电机组的无功增量；kQ为无功阻尼控制系数，从而抑制电网功率振荡，改善系统的阻尼特性。

上述永磁直驱风力发电机组的阻尼控制方法，在电网电压波动允许范围内，无功阻尼控制在电网出现功率振荡后立即进行，而有功阻尼控制则在故障穿越后进行。

本发明利用永磁直驱风力发电机组有功功率和无功功率独立调节的特性，通过对有功和无功的调节增加系统阻尼，很好地解决了风电渗透率较高的区域电网中缺乏系统阻尼的问题，提高了电网的暂态稳定性，保证了电力系统的安全稳定运行。从图5-a～图5e给出的五个仿真图形中，可以看出本发明所提阻尼控制策略的有效性。

仿真系统如图1所示，假定风速为9m/s，永磁直驱风电机组运行在最大功率跟踪运行状态，母线B1在3.0s时刻，发生持续时间为0.1s的三相短路故障。图5- a、图5- b分别为永磁直驱风电机组无附加功率控制时与采用有功阻尼控制时全功率变流器直流侧电压响应对比和发电厂G1的有功响应对比。图5- c、图5-d分别对比了永磁直驱风电机组无附加功率控制时与采用无功阻尼控制时母线B1的电压和发电厂G1的有功功率。图5- e对比了永磁直驱风电机组无附加功率控制与在有功阻尼、无功阻尼共同控制下发电厂G1的有功响应。