[发明专利]谐波电网电压下双馈风力发电系统的控制方法

说明书

本发明公开了一种谐波电网电压下双馈风力发电系统的控制方法，本方法涉及对双馈风力发电系统机侧变换器和网侧变换器的控制；其中双馈风力发电系统机侧变换器的控制目标设定为抑制定子端输出无功功率和电磁功率6倍频脉动；双馈风力发电系统网侧控制器的控制目标设定为抑制双馈系统总输出有功、无功功率6倍频脉动。本发明在不增加硬件设备的基础上，实现了谐波电网电压下双馈风电系统定子无功功率、电磁转矩、总输出有功功率、总输出无功功率无波动的控制目标，保证了发电机的安全稳定运行，提高其使用寿命；同时改善了双馈风电系统并网点电能质量，提高了谐波电网电压下双馈风电系统的并网稳定性。

技术领域

本发明涉及一种谐波电网电压下双馈风力发电系统控制方法，以期降低谐波电网电压对双馈风力发电系统的危害，并改善其输出电能质量及并网稳定性，属于新能源发电领域。

背景技术

随着能源和环境问题日益严峻，风力发电技术得到了广泛的关注和长足发展，其中双馈风电机组因具有变速恒频运行、变换器容量小等优点，已成为风力发电系统的主流机型之一。然而双馈风电系统定子绕组与电网直接相连，导致其对机端电压变化异常敏感。在实际电网中，由于大量电力电子变流装置的应用及负荷的非线性等因素，不可避免的给电力系统带来谐波污染，谐波不仅会增加双馈风电系统损耗，还会使其产生机械振动、噪音及电气谐振等，若此时双馈风电系统仍采用传统的控制策略，将不利于风电系统及所并电网的稳定可靠运行。因此，提高谐波电网电压下双馈风电系统的运行性能是目前大规模风电发展关键问题之一。目前国内外学者已展开了相关研究，如已公开的下列文献：

(1)年珩，宋亦鹏.谐波电网下基于矢量比例积分电流调节器的双馈异步发电机运行控制技术[J].中国电机工程学报，2013，33(6)：101-111.

(2)Hailiang Xu,Jiabing Hu,Yikang He.Operation of Wind-Turbine-DrivenDFIG Systems Under Distorted Grid Voltage Conditions:Analysis andExperimental Validations[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2012,27(5):2354-2366.

文献(1)只考虑了谐波电网电压下双馈异步发电机转子侧变换器的控制，并没有涉及电网电压畸变时网侧变换器的控制策略。在谐波电网电压下，双馈风电系统网侧变换器交流侧电压和电流将含有谐波分量，不仅会影响整个系统的运行效率，还将进一步造成网侧变换器输出功率的脉动，从而降低整个系统并网端电网的电能质量。同时，网侧变换器交流侧谐波电压也将造成直流侧母线电压的脉动进而影响直流侧电容的使用寿命，也将直接影响机侧变换器的正常运行

文献(2)针对谐波电网电压条件提出了双馈风电系统转子侧变换器的4种增强控制目标，即消除发电机定子端或转子端电流谐波分量或发电机定子端输出功率脉动或发电机定子端无功功率与电磁转矩脉动，但由于转子侧变换器控制变量的限制，所提控制策略无法在谐波电网电压下同时实现4个优化控制目标，且该文献也未进一步研究谐波电网电压下双馈风电系统网侧变换器的控制策略与控制目标。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种谐波电网电压下双馈风力发电系统的控制方法，该方法在不增加硬件设备的基础上，对机侧变换器和网侧变换器的控制策略进行了重新设计，其中，机侧变换器加入了定子无功功率和电磁转矩脉动的辅助控制环节，可有效抑制谐波电网电压条件下双馈风电系统电磁转矩波动，确保机械传动轴系运行安全，提高其使用寿命；网侧变换器加入了抑制双馈系统总输出有功、无功功率脉动的辅助控制环节，最大程度改善双馈风电系统的总输出电能质量。

本发明的技术方案是这样实现的：

谐波电网电压下双馈风力发电系统的控制方法，其特征在于：本方法涉及对双馈风力发电系统机侧变换器和网侧变换器的控制；