不平衡電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種不平衡電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，該控制方法具體包括以下步驟：1)獲取正負序電壓的相位θp、θn；2)利用正負序電壓相位，將三相電網(wǎng)電壓電流變換到dq坐標系下，得到dq坐標系下的正負序電壓電流；3)利用正負序電網(wǎng)電流以及并網(wǎng)電抗器參數(shù)計算并網(wǎng)電抗器上的有功功率消耗直流分量ΔP0、余弦分量ΔPc2、正弦分量ΔPs2；4)獲得逆變器輸出有功功率的直流分量的參考值和無功功率直流分量的參考值5)利用得到的功率參考值，計算逆變器輸出電流的正負序分量；6)利用輸出電流的正負序分量取得開關信號，并用開關信號控制逆變器輸出電流和輸出功率。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有高效、簡便等優(yōu)點。
【專利說明】不平衡電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風電系統(tǒng)控制方法，尤其是涉及一種不平衡電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著由于風電場接入電網(wǎng)的功率不斷增加，風電場與電網(wǎng)的交互影響越來越大，為了提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性及電能質(zhì)量，電網(wǎng)對風電場并網(wǎng)提出了一系列的要求，其中包括低電壓穿越要求。
[0003]采用全功率變流器并網(wǎng)的永磁直驅(qū)同步風力發(fā)電機，實現(xiàn)了風力發(fā)電機與電網(wǎng)的完全解耦，控制靈活，通過合理控制能極大地提高低電壓穿越能力。
[0004]電網(wǎng)不對稱故障或不對稱負載、輸電線非全換位等，都可以導致電網(wǎng)電壓不平衡。電網(wǎng)電壓不平衡時，由于負序分量的產(chǎn)生，如果變流器采用傳統(tǒng)正序控制策略，將導致直流側電壓產(chǎn)生2倍頻波動，造成直流電容頻繁的充放電，降低電容器壽命。而變流器直流側的2次諧波電壓和電流將通過脈寬調(diào)制的調(diào)制作用將在交流側產(chǎn)生2n+l次非特征諧波。因此，研究不平衡電網(wǎng)電壓條件下直流側電壓的穩(wěn)定控制策略尤為重要。
[0005]耿強、夏長亮、閻彥等人和趙紫龍、吳維寧和王偉分別在《電網(wǎng)電壓不平衡情況下PWM整流器恒頻直接功率控制》和《電網(wǎng)不對稱故障下直驅(qū)風電機組低電壓穿越技術》文中直接通過穩(wěn)定輸至電網(wǎng)的有功功率來抑制直流端電壓的2倍頻分量。大多數(shù)文獻則利用改進的基于對稱分量法的雙電流控制策略來抑制直流端的2倍頻分量。肖磊、黃守道和黃科元等在《不對稱電網(wǎng)故障下直驅(qū)永磁風力發(fā)電系統(tǒng)直流母線電壓穩(wěn)定控制》提出了一種正負序電壓分別定向的雙電流控制策略，并結合能量泄放回路來實現(xiàn)直流側電壓的穩(wěn)定。陳毅東、楊育林和王立喬等在《電網(wǎng)不對稱故障時全功率變流器風電機組控制策略》針對電網(wǎng)頻率波動情況，加入了鎖相環(huán)頻率修正環(huán)節(jié)，提出了一種直流側采樣電壓帶2倍頻陷波函數(shù)的雙電流控制策略。以上控制策略都是在忽略并網(wǎng)電抗器上的功率波動條件下，通過注入電網(wǎng)一個合適的正負序電流來實現(xiàn)對輸至電網(wǎng)的有功功率的控制，從而實現(xiàn)對直流電壓的控制。但對于兆瓦級的風電機組中，全功率變流器開關頻率較低(約2kHz)，并網(wǎng)電抗器的電感值相對較大，因此忽略并網(wǎng)電抗器上的功率波動將對控制效果帶來不利影口向。Yongsug Suh 分別在〈〈Control scheme in hybrid synchronous stationary framefor PWM AC-DC converter under generalized unbalanced operating conditions〉〉和《Modeling and Analysis of Instantaneous Active and Reactive Power for PWM AC /DCConverter Under Generalized Unbalanced Network》文中通過引入網(wǎng)側變流器橋臂輸出電壓變量，雖然可以消除直流端的2倍頻分量，但控制系統(tǒng)復雜。廖勇、莊凱、姚駿在《電網(wǎng)電壓不平衡時全功率風電并網(wǎng)變流器的控制策略》提出了一種考慮并網(wǎng)電抗器上的功率波動，電壓外環(huán)引入前饋的控制策略，但計算過程復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種不平衡電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0008]一種不平衡電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于，該控制方法具體包括以下步驟:
[0009]I)獲取正負序電壓的相位θρ、θη；
[0010]2)利用正負序電壓相位，將三相電網(wǎng)電壓電流變換到dq坐標系下，得到dq坐標系下的正負序電壓電流，
[0011]正序為:
【權利要求】
1.一種不平衡電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于，該控制方法具體包括以下步驟: 1)獲取正負序電壓的相位θρ、θη; 2)利用正負序電壓相位，將三相電網(wǎng)電壓電流變換到dq坐標系下，得到dq坐標系下的正負序電壓電流， 正序為:
2.根據(jù)權利要求1所述的一種不平衡電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于，所述步驟I)具體為: 11)將三相電網(wǎng)電壓變換到αβ坐標系下，在α β坐標系下采用T / 4延時法獲得電網(wǎng)電壓的正負序分量； 12)利用步驟11)中得到的αβ坐標系下的正負序分量，采用正負序分別定向的鎖相方法，得到正負序電壓的相位θρ、θη。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種不平衡電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于，所述步驟4)具體為: 41)直流側電壓參考值與測量值的誤差經(jīng)PI控制器后乘以直流電壓參考值，得到逆變器輸出有功功率的直流分量的參考值.^ 5 42)公共連接點處電壓參考值與測量值的誤差經(jīng)PI控制器后得到逆變器輸出無功功率直流分量的參考值&。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種不平衡電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于，若要維持單位功率因素控制，把ρ:設為ο。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種不平衡電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于，所述步驟6)具體為: 61)在dq坐標系下，正負序電流經(jīng)PI控制器后得到正負序電壓信號； 62)正負序電壓信號經(jīng)過變換得到αβ坐標系下的電壓信號； 63)再經(jīng)過SVPWM得到逆變器的開關信號，開關信號控制逆變器輸出電流和輸出功率。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種不平衡電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于，該控制方法在雙電流控制方法的基礎上，引入并網(wǎng)電抗器上功率消耗量作為逆變器參考功率輸出的修正量，修正正負參考電流，進而實現(xiàn)直流側電壓2倍頻分量的抑制，并在直流端引入了儲能元件，平衡發(fā)電機發(fā)出的功率與逆變器輸至電網(wǎng)的功率，實現(xiàn)逆變器直流端的電壓穩(wěn)定。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種不平衡電網(wǎng)電壓下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于，所述儲能元件為超級電容或蓄電池等，并聯(lián)在直流側，在逆變器輸出功率低于發(fā)電機發(fā)出功率時，超級電容將剩余功率存儲起來，在發(fā)電機發(fā)出功率低于逆變器輸出能力時將 功率傳送至電網(wǎng)。
【文檔編號】H02J3/38GK103972924SQ201410153006
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權日:2014年4月16日
【發(fā)明者】羅祾, 陳甜甜, 潘愛強, 金家培 申請人:國網(wǎng)上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司