[发明专利]直驱永磁风机的无功协调控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种直驱永磁风机的无功协调控制方法及系统，该方法包括：接收检测得到的公共并网点的电压值；比较所述公共并网点的电压值与预设的并网点电压参考值；若所述公共并网点的电压值与预设的并网点电压参考值之间的差值位于预设范围内，则启用静止同步补偿器进行无功控制，同时网侧变流器继续工作在恒功率因数模式；若所述公共并网点的电压值与预设的并网点电压参考值之间的差值超出所述预设范围，切换直驱永磁风机网侧变流器工作状态，与静止同步补偿器联合进行无功控制。实施本发明能在并网点电压跌落/骤升时，直驱永磁风机向电网提供稳定的无功支撑，提升直驱式风电场的无功裕度和并网点电压的稳定性。

技术领域

本发明涉及风力发电机领域，特别涉及一种直驱永磁风机的无功协调控制方法及系统。

背景技术

风电渗透率的不断增加给电网的安全稳定运行和调度带来了不利影响。在电网发生故障时，风电场的故障穿越能力以及对公共并网点(point of common coupling，PCC)的电压支撑、无功补偿等问题受到了风电行业的广泛关注。目前变速恒频风电机组在风电装机总容量中占据主导地位，其所配备的变流器能够实现有功、无功的解耦控制，因此可作为风电场重要的无功源参与无功调节。我国现行的《风电场接入电力系统技术规定》中明确要求电网故障时要充分利用风电机组的无功容量及其调节能力对并网点进行无功支撑。国内外学者针对以双馈、直驱永磁风机为代表的变速恒频风机参与无功调节进行了大量研究。

各种研究报告中分析了双馈风机定子侧和网侧变流器无功调节的机理，根据两者无功调节能力制定其无功控制策略，当无功需求大于无功出力极限时，通过减小有功出力来扩大无功出力范围。此外，研究还指出直驱永磁风机由于配备了全功率变流器，无功调节能力较双馈风机更强，但其提出的网侧变流器控制策略受风电并网导则要求的无功电流的限制，无法在各种工况下充分利用直驱永磁风机的无功调节能力。其中，图1为配备了直流卸荷电路的直驱永磁风机拓扑结构。双PWM背靠背全功率变流器将发电机与电网隔离开来，使发电机转速摆脱了电网频率的约束，同时防止电网侧故障影响传递到发电机侧。机侧变流器将永磁同步发电机发出的幅值和频率变化的交流电整流成直流电，同时实现在不同风况下的最大功率跟踪；网侧变流器则将直流母线上的直流电逆变成与电网同频的三相交流电，同时稳定直流母线电压、调节向电网输出的有功和无功功率。直流卸荷电路由IGBT控制，当电网发生故障导致直流母线电压越限时投入直流卸荷电路，消耗掉在直流侧堆积的能量。

由于风机的无功调节能力受有功输出影响，因此仅靠风机的无功容量无法满足系统调节需求，还需在风电场集中配备补偿单元(详见论文“风电场中级联STATCOM(StaticSynchronous Compensator,简称静止同步补偿器)直流侧电压控制方法”)。现有相关文献大多针对双馈风机与补偿单元的协调控制，对直驱永磁风机涉及较少且研究内容不够详尽。直驱永磁风机因具有高运行效率、低维护成本、故障穿越能力强等优势，在大功率风电市场前景广阔，因此研究直驱永磁风机与补偿单元的无功协调控制具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种直驱永磁风机的无功协调控制方法及系统，以实现在并网点电压跌落/骤升时，直驱永磁风机向电网提供稳定的无功支撑，提升直驱式风电场的无功裕度和并网点电压的稳定性。

具体而言，本发明提供一种直驱永磁风机的无功协调控制方法，包括步骤：

接收检测得到的公共并网点的电压值；

比较所述公共并网点的电压值与预设的并网点电压参考值；

若所述公共并网点的电压值与预设的并网点电压参考值之间的差值位于预设范围内，则启用静止同步补偿器进行无功控制，同时网侧变流器继续工作在恒功率因数模式；

若所述公共并网点的电压值与预设的并网点电压参考值之间的差值超出所述预设范围，切换直驱永磁风机网侧变流器工作状态，与静止同步补偿器联合进行无功控制。

进一步地，所述启用静止同步补偿器进行无功控制包括：