[发明专利]一种电励磁风力发电系统低电压穿越控制方法

说明书

技术领域

本发明一种电励磁风力发电系统的结构与并网方法，特别涉及一种电励磁风力发电系统低电压穿越控制方法。

背景技术

随着风力发电机组装机容量的不断增加，风力发电系统对电网的影响已经不能忽略。风电装机容量较小时，风电场的运行对电力系统稳定性的影响可以不予考虑；当风电装机容量越来越大，在系统中所占比例逐年增加时，风电场的运行对电力系统稳定性的影响变得不容忽视。世界各国电力系统对风电场接入电网时的要求越来越严格，各国电网公司相继对风电场/风力发电机组的并网提出了更严格的技术要求，包括低（零）电压穿越能力、无功控制能力以及输出功率控制能力等，其中低电压穿越被认为是对风力发电系统设计控制技术的最大挑战。

风力发电系统的低电压穿越能力是指在接入点电网电压降低到一定值的情况下不脱离电网而继续维持运行，甚至还可以为电力系统提供一定无功支持以帮助系统恢复电压的能力。欧洲等发达国家已相继制定了风力发电系统具备电网故障运行能力的强制性标准，且不同国家有不同的要求，德国要求电网电压跌至15%时持续300ms，澳大利亚要求电网电压跌至0%时持续175ms，而且德国和西班牙明确要求风力发电系统在低电压穿越时，要实现对电网的无功支持，且无功电流最大为100%的额定电流。

对于传统永磁风力发电系统来说，通常采用电机侧变换器控制发电机的转速以实现最大风能跟踪控制，网侧变换器控制中间直流母线电压的控制方案。当电网电压瞬间跌落时，发电机转速由于惯性来不及调节，此时网侧变换器即使以最大电流并网，由于电网电压的下降无法实现功率平衡，如果直流侧不采取措施，必然造成中间直流母线电压的泵升，最终损坏变换器的开关器件。常用的解决方法有两种，一种是调节风力机的桨距角，以减少前级捕获的功率，但响应和调节速度较慢，一般为秒级；另一种是在直流侧增加卸荷电路，通过控制功率器件投入和切出卸荷电路，调节直流侧电压；一般情况下是结合以上两种方法，该方案虽然能实现前后的功率平衡，但会造成直流侧电压有较大的波动，影响直流侧电容的寿命，而且电网故障对机侧变换器、网侧变换器的控制方法和发电机的运行均产生了影响，不利于系统在电网电压故障消除后快速恢复至正常运行，降低了系统的运行效率，同时需要增加制动电阻，系统的硬件成本和体积都相应增大。

基于以上分析，本发明人对现有的低电压穿越技术进行研究改进，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种电励磁风力发电系统低电压穿越控制方法，其在低电压穿越期间无需改变机侧变换器控制方法和发电机的运行状态，使网侧变换器一直工作于最大风能跟踪模式，同时无需使用电阻等元件消耗剩余能量，从而使系统在电网电压故障消除后能够快速恢复至正常运行，使风力发电系统的效率进一步提高，降低系统体积和成本。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种电励磁风力发电系统低电压穿越控制方法，所述电励磁风力发电系统包括风力机、电励磁发电机、不控整流桥和并网变换器，所述风力机直接或通过齿轮箱驱动电励磁发电机旋转发电，而不控整流桥将电励磁发电机输出的交流电压转换为直流电压，整流后直流母线与并网变换器的输入相连，通过并网变换器将电能送入电网；所述控制方法包括如下步骤：

（1）根据实时检测的风速v_w得到该风速下机组的最佳运行转速ω_opt，将ω_opt与反馈的转速ω比较得到的差值△ω通过第一PI调节器得到并网变换器有功电流给定值i_d^*，并网变换器一直工作于最大风能跟踪控制模式；

（2）当电网电压瞬间跌落时，将检测到的电网电压u_s与电网电压参考值u_ref^*比较，得到的差值△u通过第二PI调节器得到网侧变换器无功电流给定值i_q1^*，依据约束关系计算并网变换器无功电流的最大补偿量值i_q2^*，i_max为并网变换器最大允许电流；然后比较i_q1^*和i_q2^*的大小，选择较小者作为并网变换器无功电流i_q^*的给定值，向电网注入无功功率。