[发明专利]一种永磁直驱风电系统网侧逆变器低电压穿越控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种永磁直驱风电系统网侧逆变器低电压穿越控制方法。

背景技术

风能是一种可再生能源，据估计，地球上的风能理论储存量约为2.74×10⁹MW，可开发利用的风能为2×10⁷MW，只要利用地球上1％的风能就能满足全球的能源需求。但是风能是一种间歇性能源，不稳定、地区差异大，加之我国风电事业起步较晚，国产化水平不高，尤其是我国在风电并网技术上还存在较多问题，近年风电脱网事故频出，暴露出当前风电机组的低电压穿越能力欠缺的问题，对于低电压穿越能力各国都出台了相应的标准，我国标准Q/GDW 392-2009。

在电网电压跌落期间，对于永磁直驱风电系统来说，直流母线电压上升和逆变器输出电流激增，以及如何实现对电网的无功补偿，是其在低电压穿越过程中面对的主要问题。由于风机输入能量瞬时不变，而逆变器输出能量瞬时减小，在直流母线上会产生不平衡的能量，如果这部分能量不能尽快输送出去，将导致直流侧电容持续充电，对电容造成损害。同时为了使能量得到平衡，网侧逆变器要增大输出电流，同样过大的电流会对网侧逆变器造成损害。而且如果电网电压不能及时得到无功支持而恢复，风机在超出标准规定的时间内仍会断网，所以无功支持也是提高低电压穿越的一个重要技术保障。

硬件方法：在直流侧增加卸荷负载电路以消耗或存储不平衡功率，保证直流电容电压稳定，；增设SVC补偿无功缺失，稳定母线电压。卸荷电路通过IGBT和直流母线直接相连，当电网电压跌落时，电压跌落检测装置会将电压跌落信号传到网侧变流器控制器中，控制器根据跌落深度控制卸荷负载的投入大小。同时，自动采样控制电路采集电网电压跌落信号，控制晶闸管触发角控制无功输出，进而对无功进行补偿。对于增加卸荷负载和SVC的硬件方法会带来如下问题：

1、使系统复杂化，可靠性下降，卸荷负载电路以及SVC价格昂贵，成本、体积增加；

2、在并网电压跌落时需要转变工作模式，需要对电网电压进行快速精确的监测，同时在转换过程中增加系统不可控因素，给系统带来暂态扰动；

3、卸荷负载和SVC投放时机和程度不易确定，调节精度不高，调节时间长。

控制方法：现行网侧变流器控制一般采用电压外环和电流内环控制系统。电压外环稳定直流电容电压，将采集值与设定值进行比较，偏差通过PI调节器输出有功无功电流参考量；电流内环将有功电流和无功电流解耦控制，通过SVPWM控制逆变器输出能量。对于控制方法，采集直流母线电压作为电压外环采集时间长，由于是对电容电压进行采集，电容电压不能突变，因此采集信息时间长，反应慢，存在滞后现象。

术语解释；

1.低电压穿越(low voltage ride-through，LVRT)：指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网电压恢复，“穿越”这个低电压时间(区域)。

2.静止动态无功补偿器(static var compensator，SVC)：一种可控的电力电子器件，由电抗器和电力电容器组成，可以补偿无功电流，改善功率因数。

3.永磁直驱同步风力发电机(direct-driven wind turbine with permanent magnet synchronous generator，D-PMSG)：一种风力发电机，一般采用全功率变流器并网。

发明内容

本发明针对硬件电路的控制难度大，在投出和切除的时候对系统带来暂态影响以及增大系统成本的不足上，提出使用功率外环的控制方法保证电压跌落并网期间系统的稳定和无功能够跟随电网跌落深度进行补偿，同时对网侧变流器过流进行限制，保证网侧变流器稳定工作。因为引起直流电容电压升高的根本原因是母线上存在不平衡功率，所以用功率环作为保证电容电压的控制器更能体现出其本质问题，也能得到更好的控制效果。

本发明的技术方案如下：