[发明专利]极弱电网下直驱风电系统低电压穿越功率切换控制方法

说明书

本发明公开了一种极弱电网下直驱风电系统低电压穿越功率切换控制方法，属于电力控制领域。该控制方法包括：正常电网情况下，给出了定电压的无功补偿控制方式，提高系统在弱网下的功率传输极限和系统稳定性；在并网点电压跌落的过程中，在满足风电场低电压穿越要求的情况下，合理配置无功补偿系数使得系统稳定性得以提高并具有灵活性；在电压跌落恢复过程中，采用有功电流按照斜率限幅进行恢复，无功电流快速切换的有功与无功协调控制策略，通过配置合适的有功恢复斜率即可满足低电压穿越有功恢复要求，提高了系统的动态响应速度和系统稳定性。

技术领域

本发明涉及一种风机变流器的低电压穿越有功与无功切换控制方法，尤 其是一种极弱电网下直驱风电系统低电压穿越功率切换控制方法，属于电力 控制领域。

背景技术

随着新能源的快速发展和风力并网发电规模的不断扩大，电力电子并网 接口系统日趋于高比例化，电网逐渐呈现弱网的特性，同时实际风力发电运 行过程中常由于故障引起并网点电压跌落，导致并网之后严峻的低电压穿越 问题层出不穷，已严重威胁电网的安全稳定运行。因此，并网风电机组的低 电压穿越控制策略的研究已成为当下研究的热点。

直驱系统的研究开始较早，但由于技术不成熟和成本大的原因，发展较 慢，但随着近年来半导体材料的发展与进步，其得到了快速发展，优势得以 凸显。直驱永磁同步风力发电系统相比于双馈式风力发电系统，由于实现了 机侧发电机组与网侧的隔离，因而具有较强的低电压穿越能力，但由于长期 受到的限制，使得双馈风力发电系统得到了广泛的发展，目前关于低电压穿 越控制技术的研究也大多集中在双馈型风电机组，而直驱永磁系统的低电压 穿越控制技术的研究相比较少，尤其是弱电网情况下的低电压穿越控制策略研究更少。

针对直驱永磁同步风力发电系统在低电压穿越过程中所面临的直流母线 电压急剧上升、波动和机网侧功率不匹配等问题，常规的控制策略多采用在 直流侧接入Crowbar和Chopper电路对多余的能量进行泄放，或者改变风力 发电机控制策略限制故障过程中的电磁功率输出以保证机网侧功率的平衡， 亦或者在直流侧增加储能装置对故障过程中网侧无法传输的能量进行存贮， 防止器件损坏，同时再结合网侧控制，实现系统的低电压穿越。常规的网侧 控制策略分为正常并网点电压情况与并网点电压跌落情况的控制策略，并网 点电压正常情况，网侧控制器多采用直流电压外环的单位功率因数控制，并 网点电压跌落情况下，网侧控制器按照风电场无功补偿要求对无功进行补偿， 同时对有功进行限制，虽然这样的控制策略也能够在一定程度上实现直驱永 磁同步风力发电系统的低电压穿越要求。不过大多数仅适用于强电网的工况 下，对电网强度敏感，电网适应性较差，而且无功补偿系数大多固定，不能 合理调节无功补偿电流。同时大多数文献对电压跌落过程中有功与无功切换， 尤其是电压恢复瞬间，有功与无功的无缝切换和协调控制技术鲜有研究和提 及，导致并网点电压恢复阶段有功与无功协调控制不明确，实际操作困难。

针对上述问题，国内外的专家学者们提出了一些方法，主要有：

题为“风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法和装置”的中国发 明专利申请说明书(CN108206535A)给出了一种根据电压故障发生前一时 刻单台风机发出的无功电流值，去调整低电压穿越过程中向电网发送的容性 无功电流值，进而在低电压穿越期间向电网输出更加合适的容性无功电流， 更好帮助系统穿越低电压过程，然而仅是阐述了电压跌落过程中无功电流的 选取，而对系统整个低穿过程中有功与无功的切换以及网侧低穿的控制并未 提及，并不明确。

题为“全功率风电机组并网变流器低电压穿越控制方法”的中国发明专 利申请说明书(CN103187734A)公开的技术方案中，采用网侧变流器与机侧 变流器的协调控制策略实现全功率风电机组并网变流器的低电压穿越，无硬 件泄能电阻，减小了能量损失，简化了系统结构和体积，但是若风能不能突 然发生变化，则会影响到电压跌落后恢复时间过长，而且不能适应于弱电网。