[发明专利]基于无功调差技术的风电场中压母线电压闭环控制方法

说明书

本发明针对分散式风电特点，提出采用无功电流的形式来表征双馈风电机组无功能力，根据定转子绕组发热、变流器容量以及直流环节耐压等条件限制计算获得双馈风电机组无功电流极限，可直接用于变流器控制的电流限幅设计；本发明在变流器矢量控制的基础上，提出带下垂特性的机端电压闭环控制策略，具有无需变流器模块间的通讯，实现分散式风电机组自发的无功动态补偿并保持机网侧无功电流合理分配的优点；本发明在风电场全场电压控制设置适当调差避免场级无功环流；本发明在采取上述控制策略的基础上在新能源并网风电机组参与电力系统调压功能时发挥重要的作用，有利于新能源吸纳利用及电力系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及风电场中实现调压功能时采用的基于无功调差技术的中压母线电压闭环控制方法。

背景技术

“十二五”期间，国家政策开始鼓励发展分散式风电项目，将数台风电机组或数十兆瓦以内的小型风电场直接接入配电网负荷中心附近，实现风电出力就地消纳。该模式下风电接入点一般位于偏远地区，配电网末端线路压降和损耗较大，无功不足，风电机组通常也不具备同步发电机的惯量特性来参与电力系统的一次调频调压能力，若风电机组提供灵活的无功补偿和电压支撑作用，既能减轻配电网的无功负担提升经济性，也有利于风电机组的稳定运行。

当前无功补偿控制研究以大型风电场应用为主，通常采用自动电压控制(AVC)系统分散式应用，涉及电网调度、风电场及风电机组单机控制等分层无功协调，最终通过调节风电场内每台风电机组输出的无功功率来实现并网点定功率因数控制或无功功率调度指令跟踪。由于风电机组与场级集控系统之间存在无功指令通信，受通信时滞与控制时间常数制约，风电机组对电网调度无功指令的响应时间至少为秒级。而分散式风电机组与负荷的电气距离近，为维持负荷变化时的电压恒定，需实现ms级的动态无功补偿。可见，将上述集控形式的无功控制系统应用于小型分散式风电场，在电压响应速度、经济性和灵活性等方面有所欠缺。

为实现分散式双馈风电机组灵活和快速的无功补偿效果，采用无功电流的形式来表征无功能力，根据风电机组实时有功电流和转速信息得到双馈风电机组的实时无功能力，能直接用于变流器控制的限幅设计。在具体的无功控制方法上，采用带下垂特性的机端电压闭环控制策略，与按机网侧无功能力比例分配的方法对比，两种方法均可实现双馈风电机组机网侧无功合理分配和自动无功补偿控制，但下垂特性不要求变流器模块间的通讯，不必考虑通信延时对无功响应速度影响，定子侧和网侧变流器均可实现快速无功补偿，更适用于当前工程使用需求。

发明内容

为解决现有技术上的不足，本发明的目的在于提供一种风电场中实现调压功能时采用的基于无功调差技术的中压母线电压闭环控制方法，使得在实现风电机组实现调压功能时速度更快，精度更高，确保后续无功输出的有效性。

本发明采用以下技术方案来实现：

1.一种基于无功调差技术的风电场中压母线电压闭环控制方法，其特征在于：

(1)根据定转子绕组发热、变流器容量以及直流环节耐压的条件限制计算获得双馈风电机组无功电流极限，直接用于变流器控制的电流限幅；设定子额定最大电流为I_{s max}，I_s为三相坐标下的电流有效值，i_sd、i_sq表示定子电流d轴和q轴分量，有：

(2)设转子绕组长期运行允许的最大电流有效值为I_{r max}，将转子侧电流实际值折算至定子侧，并用定子电流d轴和q轴分量i_sd、i_sq表示，得：