[发明专利]一种提高双馈风电并网电力系统故障电压的控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种提高双馈风电并网电力系统故障电压的控制方法。其包含以下步骤：(1)计算双馈风电机组在故障瞬间的电气量结合电网参数计算故障发生的位置和过渡电阻；(2)计算双馈风电机组功率控制范围内最大故障电压所需的有功功率控制参考值；(3)计算双馈风电机组功率控制范围内最大故障电压所需的无功功率控制参考值；(4)在故障发生瞬间将双馈风电机组转子侧变流器外环功率参考值切换为计算的功率参考值，即可实施控制。针对现有双馈风电机组电压控制方法的不足，本发明能够准确刻画故障期间双馈风电机组的功率控制能力，在其功率控制范围内可最大限度地提升故障电压，有效避免新能源电源的低压脱网，有利于故障后的电网电压恢复。

技术领域

本发明涉及电力系统保护和控制领域，具体指一种提高双馈风电并网电力系统故障电压的控制方法及系统，属于电力系统暂态控制领域。

背景技术

双馈风电机组电气部分主要由感应发电机和背靠背变流器组成，其中背靠背变流器一侧与电网连接，一侧为感应发电机提供励磁。得益于变流器的快速调控能力，在电网故障下双馈风电机组拥有较强的功率控制能力和电压支撑能力。

基于风电并网导则的要求，风电场在发生故障时需为电网提供1.5(0.9-U_s)倍的无功电流。为满足这一要求，加装无功补偿装置是有效途径之一，但这种方法额外增加装置和成本，同时可能引起故障切除后无功补偿装置切除不及时导致的高电压脱网的问题。鉴于双馈风电机组的快速调控能力，有学者提出利用双馈风电机组自身的无功输出能力为电网提供支撑。部分文献通过改进控制器结构来实现双馈风电机组无功输出能力的提升。另外还有部分文献通过对双馈风电机组功率约束条件的探讨、暂态功率极限的挖掘，扩展了双馈风电机组可用的无功能力，通过功率的优化分配实现了双馈风电机组能力的充分利用和对电网电压的有效支持。为充分挖掘故障条件下双馈风电机组的无功功率极限，研究人员作出了大量的努力，主要讨论了定子电流热限制、转子最大允许电流、PWM调制方式、绕组损耗等因素对双馈风电机组功率范围的影响。在矢量定向控制策略下，定子功率受控于转子电流，进而受到转子侧最大允许电流的限制。另外双馈风电机组暂态功率范围还受限于机端电压，机端电压越高，暂态功率范围越大，无功功率极限也越大。现有研究在分析双馈风电机组暂态功率范围时仅集中于机组内部的约束，将机端电压作为静态的外部条件。现有基于双馈风电机组暂态功率范围的电压控制方法通常采用功率范围内的最大无功功率，但未量化对暂态电网电压的提升效果。

随着双馈风电机组渗透率的提高和其功率控制能力的充分开发，源网耦合性日益增强，双馈风电机组输出暂态功率改变了电网的潮流分布，而电网潮流又反过来作用于双馈风电机组的机端电压。此时双馈风电机组机端电压成为关于其有功和无功功率的动态参数，其暂态功率范围也将发生变化。现有对双馈风电机组功率范围的研究尚未考虑到电网潮流的影响，所得结果可能不准确，基于功率可控范围的电压控制方法也因未考虑到电网潮流影响下双馈风电机组暂态功率范围的变化而无法充分利用双馈风电机组的暂态电压支撑能力。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明公开了一种提高双馈风电并网电力系统故障电压的控制方法，首先根据计算双馈风电机组在故障瞬间的电气量结合电网参数计算故障发生的位置和过渡电阻；然后计算双馈风电机组功率控制范围内能达到的最大故障电压所需的有功功率控制参考值，此计算方法充分考虑了双馈风电机组和电网的耦合作用，通过分析当前故障情况下功率控制范围内不同运行点的支撑效果，从而确定了能实现最大故障电压的有功功率；然后计算双馈风电机组功率控制范围内能达到的最大故障电压所需的无功功率控制参考值；最后在故障发生瞬间将双馈风电机组转子侧变流器外环功率参考值切换为计算的功率参考值，即可实施控制。本发明充分计及了电网故障期间电网结构和参数对双馈风电机组功率控制范围的影响，能够准确刻画故障期间双馈风电机组的功率控制能力，在其功率控制范围内最大限度地提升故障电压，可有效避免新能源电源的低压脱网，有利于故障后的电网电压恢复。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：