永磁直驱风电机组低电压穿越时有功和无功协调控制方法

摘要

一种永磁直驱风电机组低电压穿越时有功和无功协调控制方法，它根据电网电压幅值变化对网侧变流器采用两种不同的控制策略：当电网电压正常时，为有功优先的最大功率跟踪控制模式，使风电机组最大限度地捕获风能，当电网电压超出正常范围时，为无功优先控制模式，使注入电力系统的动态无功电流达到并网要求。机侧变流器则采用基于转子储能的直流电压控制模式，利用永磁直驱风力发电机组自身转速及动能的变化，缓解变流器直流侧功率不平衡，稳定直流电压。本发明根据电网电压的幅值变化实现电网电压突变前后风电机组有功和无功的协调控制，它通过释放或储存转子动能来抑制直流母线电压的波动，从而提高了永磁直驱风电机组的低电压穿越能力，并向电网快速准确的提供无功功率支持，对电网电压的恢复起到一定的支持作用。

主权项

一种永磁直驱风电机组低电压穿越时有功和无功协调控制方法，其特征是，它根据电网电压幅值的变化对网侧变流器采用两种不同的控制策略：当电网电压正常时，为有功优先的最大功率跟踪控制模式，使风电机组最大限度地捕获风能；当电网电压超出正常范围时，为无功优先控制模式，使注入电力系统的动态无功电流达到并网要求；对机侧变流器则采用基于转子储能的直流电压控制模式，利用永磁直驱风力发电机组自身转速及动能的变化，缓解变流器直流侧功率不平衡，稳定直流电压；网侧与机侧变流器的具体控制方法如下：a．网侧变流器控制模式① 当风电场并网点电压正常，即0.9＜V_g＜1.1，其中，V_g为风电场并网点电压标幺值，网侧变流器采用最大功率跟踪控制策略，对永磁直驱风力发电机组进行有功控制：发电机有功参考指令P^*_opt为：式中，P_max为永磁直驱风电机组输出有功功率限幅值，ω₀为永磁直驱风电机组的切入电角速度；ω₁为永磁直驱风电机组进入转速恒定区时的电角速度；ω_max为永磁直驱风电机组角速度限幅值，ω_e为永磁直驱风电机组的电角速度，k_opt为最大功率跟踪曲线的比例系数；② 当电网出现故障，即V_g＜0.9或V_g＞1.1时，网侧变流器为无功优先控制模式，为使动态无功电流达到大型风电场并网要求，在低电压穿越过程中，利用下式计算每个风电场注入电力系统的动态无功电流：；式中：I_N为风电场额定电流； 为保护网侧变流器电力电子器件不受损坏，利用下式计算网侧变流器有功电流限流值：式中：I_{g_max}为网侧变流器最大限流值；b．机侧变流器控制模式采用直流电压控制模式：利用PI控制器根据直流母线电压的偏差调节电机定子有功电流参考指令I_{s_q}^*，使风力发电机输送到直流侧的有功功率P_s与网侧变流器输出的有功功率P_g相等，进而将直流侧功率的不平衡转化为发电机机械功率P_m和电磁功率P_s的不平衡，即利用风机惯性储能，将电容器充放电所引起的直流电压波动转化为发电机动能变化引起的转速波动，从而有效抑制直流母线电压的波动。