[发明专利]基于储能系统的双馈异步风电机组自启动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风电机组运行控制技术，具体涉及一种基于储能系统的双馈异步风电机组自启动控制方法。

背景技术

随着电网互联程度的不断提高，电网结构日益复杂化，再加上采用远距离输电，冲击负荷增加，电力系统的安全稳定受到极大挑战。虽然近年来电力系统运行的经济性与可靠性得到了很大提高，但是还是很难避免在遭受严重故障时可能产生的大面积停电事故。因此，在发生大停电以后，备用能源需要参与到系统的黑启动过程中。

因为双馈发电机组(Double-Fed Induction Generator，简称DFIG)具有变速恒频、有功无功分开控制的特点，使得其成为是当前风电场的主流配置机型。过去由于风电机组低电压穿越能力差以及电压、频率易于变化的原因，一般不将风电机组作为黑启动电源点。现在，先进的技术以及更好的控制系统使得风电系统参与电网黑启动成为可能。风电机组在网侧失压环境下实现自启动则是风电机组黑启动的关键。本专利提出了一种基于储能系统的双馈异步风电机组自启动控制技术，使得双馈异步风电机组在网侧失压的条件下实现可以自启动，从而有可能参与大停电后的黑启动过程。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中双馈异步风电机组自启动能力存在的不足，提供一种基于储能系统的双馈异步风电机组自启动控制方法。

技术方案：本发明的一种基于储能系统的双馈异步风电机组自启动控制方法，具体包括以下步骤：

1)当电网出现低电压故障时，双馈异步风电机组自启动控制器断开网侧负荷，向直流电容两端并入储能系统，储能系统向直流电容充电并保持自启动前期电容电压的稳定；同时控制器向转子侧变流器以及定子侧变流器发出逆变指令，采用PV电压控制策略，保证风机出口侧电压恒定以及直流侧电容电压恒定；

2)风机自启动初期，控制器持续对于系统电压进行检测，在网侧电压达到额定电压的控制范围以后，接入系统负荷，同时启动频率控制器，进一步对风电机组自启动频率进行控制，保证系统频率稳定在额定频率以内；

3)控制器检测到系统频率电压稳定后，系统稳定运行并断开储能系统。控制器通过转变转子侧变流器的控制模式，将控制目标为网侧输出电压恒定的PV电压控制策略转为控制目标为网侧负荷恒定的PQ功率控制策略，从而实现双馈异步风电系统带负荷的稳定运行，风电机组自启动过程结束。

所述步骤1)中，在风电机组启动初期，为了建立满足电网运行要求的电压，风电机组PV电压控制策略为：

双馈异步风电机组采用定子电压定向技术以及有功无功解耦控制技术，其有功无功的输出主要依赖于对于转子侧变流器的控制，自启动控制器采用PV控制模式，其转子电流参考值如下：

其中，P^*、U^*为风电机组有功功率、电压参考值；P_s为风电机组输出有功功率，U_s为风电机组输出电压；k_rpp、k_rpi分别为有功功率控制器的比例、积分系数；k_rvp、k_rvi分别为电压控制器的比例、积分系数；分别为d、q轴的转子电流参考值，

为了消除静差，引入积分环节，设计转子电流控制器：

其中，分别为d、q轴的转子电流参考值，k_irp、k_iri分别为转子电流控制器的比例、积分系数，

在考虑定子磁链变化的条件下，还需增加附加控制项：

其中，R_r、L_r分别为风电机组转子电阻和转子电抗；R_s、L_s分别定子电阻和定子电抗；L_m为励磁电抗；ω_slip为滑差角速度，ω₁为同步角速度；ψ_sd、ψ_sq分别为定子d、q轴磁链，

最终，自启动控制器采用PV控制模式，转子变流器所需输出的参考电压值如下：

其中，和为转子变流器的参考电压值信号，u'_rd和u'_rq为转子电流控制器输出信号，Δu_rd和Δu_rq为转子电流控制器附加控制项。

所述步骤2)中，在风电机组电压建立后，为了保证输出电压频率稳定，对风电机组自启动频率进行控制的方法为：