[发明专利]一种风电引起的电压波动和闪变抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电控制方法，特别涉及一种由风电引起的电压波动和闪变抑制方法。

背景技术

电压波动和闪变是电能质量的一个重要技术指标。在电力系统中具有冲击性功率的负荷(如轧机、电弧炉)时，电力网中的电压降将发生相应变化，导致电压波动。频律在5～12Hz范围内的电压波动值，即使只有额定电压的1%，其引起的白炽灯照明的闪变，已足以使人感到不舒适，所以选白炽灯的工况作为判断电压波动值，把电压变动而引起人对灯闪的主观感觉叫“闪变”。

通常采取电压波动闪变的抑制措施有：提高供电能力。架设专线将大容量冲击性负荷用户接至较高电压等级的供电系统。该措施是在电网侧做技术改进从而减小和抑制电压波动和闪变；安装补偿器、改进运行操作和工艺。该方案是用户增加外围补偿设备和提高自身的控制技术，减小对电网电压的冲击。

随着越来越多的风力发电机组并网运行，风力发电对电网电能质量的影响引起了广泛关注。风资源的不确定性如风速变化，风剪切，塔影效应等都会引起转矩波动，转矩波动也将造成风力发电机输出功率的波动。风力发电功率的波动势必会引起电压的变化。落差过大也可能会使电压波动和闪变超出国家有关标准。

国内《电网技术》期刊第33卷第20期“风电引起的电压波动与闪变的仿真研究”一文指出，线路电抗与电阻比是影响风电机组引起电压波动和闪变的重要因素，合适的线路电抗与电阻比可以使有功功率引起的电压波动被无功功率引起的电压波动补偿掉。系统的短路容量大小对电压波动和闪变有较大的影响，短路容量越大，电压波动越小。在风电场接入电网设计时，尤其是接入薄弱电网时，需要选择合适的并网点和电压等级。这两点都是针对风电机组即将并入的电网环境提出的解决办法，要求电网做出改进，选择合适的线路电抗和电阻比，增加大并网点处的短路容量，成本费用较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术要求选取合适的并网点和要求增大电网环境短路容量缺点，提出一种风电引起的电压波动和闪变的抑制方法。本发明在风力发电机电源输出端抑制电压波动和闪变，通过改进风力发电机控制策略，提高风力发电机的动态性能，改善风电的电能质量，具有重大的生产实践意义。

本发明将自抗扰控制方法引入风力发电机直接转矩控制系统中。在现有的风力发电机直接转矩控制系统基础上，采用自抗扰控制技术抑制转子电流波动，将转矩尖波信号归到未知扰动中，在风速突变的情况下，如发生风速变化，风剪切，偏航误差，塔影效应等，采用非线性状态误差反馈抑制转子电流波动，保持输出转矩稳定，从而抑制转矩扰动，抑制风力发电机输出电压波动和闪变。在本发明中，风速变化，风剪切，偏航误差，塔影效应等引起的风机转矩波动统称为未知扰动。

本发明风电引起的电压波动和闪变抑制方法采用以下技术方案：

所述的自抗扰控制系统包含跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈三个部分。

在现有的风力发电机直接转矩控制系统基础上，本发明采用自抗扰控制技术，抑制转子电流波动，步骤如下：

第一步，在风力发电机直接转矩控制系统的基础上，采用自抗扰控制系统的跟踪微分器跟踪转子电流参考值i_{rq_ref}，跟踪微分器用来安排转子电流参考值与电流跟踪值的过渡过程，给出转子电流跟踪信号值z_21d，解决转子电流的控制响应速度与超调量之间的矛盾；

第二步，采用自抗扰控制系统的扩张状态观测器接收来自风力发电机直接转矩控制系统发出的风力发电机转子电流信号和转子电压参考信号。该扩张状态观测器设计了一个扩张的状态量来跟踪风力发电机转矩未知扰动的影响，然后给出扩张状态观测器的电流跟踪值z_22d补偿未知扰动，实现自抗扰控制系统的反馈线性化；将第一步得到的转子电流跟踪信号值z_21d和第二步得到的扩张状态观测器的电流跟踪值z_22d作差，差值ε1d作为非线性状态误差反馈部分的输入，非线性状态误差反馈部分根据该输入信号，给出风力发电机转子电压信号ε2d，补偿风力发电机的转矩未知扰动；

第三步，风力发电机的输出信号转子电流值i_rq和非线性状态误差反馈输出值，又作为扩张状态观测器的输入信号，不断修正所述的风力发电机转子电压控制参考信号，从而实现风力发电系统转子电流的自抗扰控制。风力发电机直接转矩控制系统的转子电流得到抑制以后，风力发电机直接转矩控制系统的转矩输出稳定，进而减小和抑制了风力发电机的输出电压波动，从而抑制风力发电机的输出电压和闪变。

附图说明