[发明专利]谐波电网电压下永磁直驱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永磁直驱风力发电系统的控制方法，本控制方法涉及对永磁直驱风力发电系统网侧变换器和机侧变换器的控制；其中网侧变换器的控制目标设定为抑制系统总输出有功、无功功率的6倍频脉动分量；机侧变换器采用矢量控制策略，将永磁直驱风力发电系统定子平均有功功率指令、定子平均无功功率跟对应的反馈量之差送至机侧变换器电流参考值计算模块，得到电流参考值，再采用转子磁场定向，将得到的机侧变换器电流参考值输送至机侧变换器电流内环控制环节，得到机侧变换器控制电压分量。本控制方法改善了永磁直驱风电系统的输出电能质量，降低了直流母线电压的波动，提高其使用寿命，降低了运维成本。

技术领域

本发明涉及一种谐波电网电压下永磁直驱风力发电系统控制方法，以期降低谐波电网电压对永磁直驱风电系统的危害，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

近年来，风能作为一种绿色能源，在可再生能源领域得到了迅猛发展，随着风电装机容量比重越来越大，风电电能质量对电网的影响越来越受到关注。永磁直驱风电系统由于省去了电刷、滑环及齿轮箱等部件，并采用全功率变流器，发电效率和运行可靠性较高，已成为风力发电系统的主流机型之一。然而风能资源主要集中于偏远地区，风电系统与电力主干网络连接较弱，且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，这严重影响了永磁直驱风电系统输出电能质量。因此，如何改善谐波电网电压下永磁直驱风电系统的并网电能质量，提高其稳定运行能力是目前大规模风电发展关键问题。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)JunBum Kwon,Xiongfei Wang,Claus Leth Bsk,et al.Analysis ofharmoniccoupling and stability in back-to-back converter systems for wind turbinesusing harmonic state space(HSS)[C].IEEE Conversion Congress and Exposition(ECCE),Montreal,QC,2015:730-737.

(2)全宇，年珩.不平衡及谐波电网下并网逆变器的谐振滑模控制技术[J].中国电机工程学报，2014，34(9)：1345-1352.

文献(1)系统地分析了永磁直驱风电系统的谐波电流特性，提出通过在并网点加装滤波器以实现对风电系统并网谐波电流的抑制并进一步提高电力系统的风电消纳能力，但该文献仅对永磁直驱风力发电系统内的谐波源进行了分析，并未对谐波电网电压下永磁直驱风力发电系统的运行特性展开研究，且所提谐波电流抑制策略增加了滤波装置的设计难度。

文献(2)基于对电网电压不平衡且谐波畸变下永磁直驱风电系统的运行行为分析，分别提出了基于谐振滑模控制器的改进控制策略，在一定程度上改善了传统正、负序电流分离造成的延时现象并减小了比例积分控制器的设计难度，有效实现了永磁直驱风电系统输出电流平衡无畸变，但其总输出功率及直流母线电压的波动并未得到抑制，影响了永磁直驱风场的输出电能质量及直流链电容的使用寿命。

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永磁直驱风电系统的控制方法，本控制方法在不增加硬件设备的基础上，对网侧变换器的控制策略进行了重新设计，加入了抑制总输出有功功率和总输出无功功率脉动的辅助控制环节，改善了永磁直驱风电系统的输出电能质量，降低了直流母线电压的波动，提高其使用寿命，降低了运维成本。

本发明的技术方案是这样实现的：

谐波电网电压下永磁直驱风力发电系统的控制方法，其特征在于：本控制方法涉及对永磁直驱风力发电系统网侧变换器和机侧变换器的控制；

(A)永磁直驱风力发电系统网侧变换器的控制目标设定为抑制系统总输出有功、无功功率的6倍频脉动分量，其具体控制步骤为：