本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的運行、分析與調(diào)度領(lǐng)域，特別涉及一種提高雙饋風(fēng)機故障穿越能力的暫態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

隨著近些年風(fēng)電的迅猛發(fā)展，風(fēng)電在電網(wǎng)中的滲透率不斷增大，承擔(dān)著電力系統(tǒng)一部分的功率平衡，但由于風(fēng)電機組不具備故障穿越能力，造成各風(fēng)電場發(fā)生多起大面積脫網(wǎng)事故，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成較大威脅。其中，作為主流機型之一的雙饋風(fēng)機(DFIG)因其定子側(cè)直接與電網(wǎng)相連，對電網(wǎng)電壓故障特別敏感，極易發(fā)生由電網(wǎng)電壓跌落或驟升引起的脫網(wǎng)事故，嚴(yán)重制約了DFIG的并網(wǎng)運行。

為了保證在電網(wǎng)故障情況下雙饋風(fēng)電機組能夠不脫網(wǎng)連續(xù)運行，并且滿足各國電網(wǎng)公司對風(fēng)電并網(wǎng)的要求，國內(nèi)外很多學(xué)者對DFIG的故障穿越技術(shù)進行了大量的研究。目前，故障穿越的解決方案主要分為兩類：一類是在DFIG運行特性和傳統(tǒng)控制策略的研究基礎(chǔ)上提出的雙饋變流器改進控制策略；另一類是增加硬件輔助及相應(yīng)的控制策略設(shè)計。改進控制策略，如滅磁控制、引入PI-R控制器作為PI控制器的補充等，可以提高DFIG的故障穿越能力，但仍然難以滿足并網(wǎng)導(dǎo)則對風(fēng)電機組日益嚴(yán)格的入網(wǎng)要求。增加硬件輔助方法，如在定子側(cè)加裝動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、串聯(lián)耦合補償裝置(SCC)等，可有效補償定子端電壓至正常水平，提高DFIG的故障穿越能力，但顯然會大幅增加系統(tǒng)硬件成本。

儲能裝置具有動態(tài)吸收多余的能量并適時釋放的能力，能夠很好地彌補風(fēng)電的間歇性、波動性等缺點，目前，有大量研究在每臺風(fēng)力發(fā)電機勵磁直流環(huán)節(jié)單獨配置儲能裝置構(gòu)成儲能型DFIG，可以較好的風(fēng)電場輸出功率的波動。本文基于該儲能型DFIG結(jié)構(gòu)，對DFIG的故障穿越技術(shù)進行研究，不僅可以提高DFIG的故障穿越能力，同時還可以提高儲能型DFIG的經(jīng)濟效益。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于儲能型DFIG，提出了一種提高DFIG故障穿越能力的暫態(tài)重構(gòu)方案及控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

一種提高DFIG故障穿越能力的暫態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于，以傳統(tǒng)DFIG為基礎(chǔ)，采用分布配置方式，將儲能裝置通過雙向DC/DC變換器并聯(lián)至DFIG雙饋變流器的直流側(cè)，構(gòu)成儲能型DFIG；對GSC進行暫態(tài)重構(gòu)，為其新增一條與電網(wǎng)相連的串聯(lián)接口電路(l2)，該串聯(lián)接口電路由串接在DFIG機端與并網(wǎng)點(PCC)之間的串聯(lián)變壓器、制動電阻、LC濾波器和兩個電力電子開關(guān)組成，其中濾波器用于消除GSC開關(guān)管產(chǎn)生的諧波，制動電阻用于消耗串聯(lián)接口電路上的過載功率，保護GSC；為了濾除開關(guān)諧波，并聯(lián)接口電路(l1)上也串接LC濾波器以及控制該支路開斷的電力電子開關(guān)。

在上述的一種提高DFIG故障穿越能力的暫態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)，正常運行狀態(tài)下，儲能型DFIG運行在穩(wěn)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及穩(wěn)態(tài)控制策略下；即GSC通過并聯(lián)接口電路l1與電網(wǎng)相連，串聯(lián)接口電路被旁路，此時，GSC負(fù)責(zé)維持直流母線電壓的恒定，ESD調(diào)節(jié)GSC與電網(wǎng)之間的交換功率，可實現(xiàn)DFIG輸出功率的平滑控制；

在電網(wǎng)電壓故障狀態(tài)下，儲能型DFIG運行在暫態(tài)重構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及暫態(tài)控制策略下；即GSC通過串聯(lián)接口電路l1與電網(wǎng)相連，此時，儲能裝置(ESD)、GSC和串聯(lián)接口電路構(gòu)成儲能型串聯(lián)動態(tài)電壓恢復(fù)器(ESD-DVR)，在暫態(tài)控制策略下，ESD-DVR實現(xiàn)對定子電壓進行補償，阻隔電網(wǎng)電壓驟變對DFIG的影響，同時ESD代替GSC，負(fù)責(zé)維持直流母線電壓的恒定，從而提高儲能型DFIG的低電壓穿越能力；當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常時，儲能型DFIG由暫態(tài)運行模式切換至穩(wěn)態(tài)運行模式。

一種基于提高DFIG故障穿越能力的暫態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括：

步驟1，以傳統(tǒng)DFIG為基礎(chǔ)，構(gòu)建儲能型DFIG故障穿越暫態(tài)重構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)正常運行狀態(tài)下和電網(wǎng)電壓故障狀態(tài)下儲能型DFIG結(jié)構(gòu)的切換；

步驟2，分析電網(wǎng)電壓驟降和驟升時，儲能型DFIG在暫態(tài)重構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的定子電壓補償機理及其功率流動；

步驟3，基于步驟1所得到的儲能型DFIG故障穿越暫態(tài)重構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)步驟2分析得到的定子電壓補償機理，得到儲能型DFIG的暫態(tài)重構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制方法，實現(xiàn)電網(wǎng)電壓故障下DFIG的故障穿越控制。

在上述的一種基于提高DFIG故障穿越能力的暫態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)的控制方法，所述的步驟2中，電網(wǎng)電壓故障下，儲能型DFIG的定子電壓補償機理及其功率流動的具體分析如下：

當(dāng)檢測到電網(wǎng)電壓正序分量低于0.9p.u或高于1.1p.u時，儲能型DFIG將通過電力電子開關(guān)的控制實現(xiàn)故障穿越暫態(tài)重構(gòu)，即由穩(wěn)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)切換至?xí)簯B(tài)重構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；此時，ESD-DVR將通過串聯(lián)接口電路實現(xiàn)對定子電壓的補償，將其抬升并維持至故障前電網(wǎng)電壓，從而可阻隔電網(wǎng)電壓驟降或驟升對DFIG的影響；相應(yīng)的，ESD-DVR所需提供的補償電壓為

U_com＝U_{g_pre}-U_g＝ΔU_g1+ΔU_g2 式一

式中，U_{g_pre}為故障前電網(wǎng)電壓，以同步速ω_s旋轉(zhuǎn)，電網(wǎng)故障時跌落為U_g，可知，U_g包含以同步速ω_s旋轉(zhuǎn)的正序電壓分量和以-ω_s旋轉(zhuǎn)的負(fù)序電壓分量(不對稱故障下)，即U_g＝U_g1+U_g2，ΔU_g1＝U_{g_pre}-U_g1為正序電壓跌落，ΔU_g2＝-U_g2；因此，ΔU_g1、ΔU_g2即為ESD-DVR所需提供的補償電壓正序分量和負(fù)序分量；

由于故障過程中，ESD-DVR對DFIG定子電壓進行實時補償，DFIG定子電壓維持不變，DFIG可以按照常規(guī)控制策略進行有功、無功功率調(diào)節(jié)；

設(shè)定DFIG運行在單位功率因數(shù)狀態(tài)(即Φ₁＝0)，設(shè)故障時定子正序電壓跌落深度為d，忽略串聯(lián)變壓器的損耗，則故障期間，ESD-DVR輸出或吸收的有功功率可以表示為：

由式可知，ESD-DVR吸收或者輸出的有功功率主要由正序電壓跌落深度和故障前DFIG定子輸出功率決定；

當(dāng)DFIG運行在超同步運行狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子側(cè)功率由發(fā)電機流向直流側(cè)電容；當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時，由式可知，ESD-DVR將從電網(wǎng)吸收功率并流向直流側(cè)電容；此時，并聯(lián)接在DFIG直流側(cè)電容的ESD，將吸收轉(zhuǎn)子功率和DVR功率以維持直流側(cè)電容電壓的恒定，避免了兩側(cè)流入功率造成直流側(cè)電容電壓泵升，將威脅電容的安全運行；由于GSC額定功率通常為風(fēng)電機組額定功率的30-35％，嚴(yán)重電網(wǎng)電壓跌落情況下，ESD-DVR吸收的功率將大于GSC的額定功率，此時，制動電阻將被觸發(fā)自動投入消耗部分DVR吸收的功率，保證GSC的運行安全；

當(dāng)DFIG運行在次同步運行狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子側(cè)功率由直流側(cè)電容流向發(fā)電機；當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生瞬態(tài)驟升時，由式可知ESD-DVR將向電網(wǎng)輸出功率；此時，ESD將釋放出功率滿足轉(zhuǎn)子側(cè)和ESD-DVR的功率需求，維持直流側(cè)功率平衡，從而維持直流側(cè)電壓恒定，避免了兩側(cè)流出功率引起直流側(cè)電壓急劇降低，造成RSC或者GSC過調(diào)制，無法實現(xiàn)DFIG的高電壓故障穿越。

在上述的一種基于提高DFIG故障穿越能力的暫態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)的控制方法，所述步驟3中的具體控制方法是：

步驟3.1，為了準(zhǔn)確識別電網(wǎng)故障以及便于定子電壓的補償，電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，須準(zhǔn)確提取電網(wǎng)電壓正序分量U_g1和負(fù)序分量U_g2(不對稱故障下)；設(shè)故障情況下三相靜止ABC坐標(biāo)系下電網(wǎng)實時電壓為U_ga、U_gb、U_gc，按式可將其轉(zhuǎn)換到兩相靜止αβ坐標(biāo)系下，得到αβ坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓如式：

其中，分別為t＝0時刻，電網(wǎng)電壓正序分量U_g1和負(fù)序分量U_g2與α軸(A軸)之間的初始夾角；

根據(jù)式，T/4的延時后，電網(wǎng)電壓將變?yōu)?/p>

結(jié)合式四和式五，可以得到電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量在αβ坐標(biāo)系下可分別表示如下：

為了更簡單表示上述關(guān)系，可對式和采用矩陣形式進行表示：

通過鎖相環(huán)(PLL)可提取得到t＝0時刻d軸與α軸之間的夾角為θ，則式中αβ坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓正、負(fù)序分量可分別轉(zhuǎn)換為正序和負(fù)序dq坐標(biāo)系下，如下式所示：

同理可提取得到定子電壓的正負(fù)序分量的實時值U_s1dq和U_s2dq；

步驟3.2，根據(jù)步驟3.1提取得到的電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量，設(shè)計系統(tǒng)運行模式切換的控制方法；由式九可以獲得電網(wǎng)電壓正序分量大小，即

當(dāng)電網(wǎng)電壓正序分量U_g1跌落到0.9p.u.以下或者驟升到1.1p.u.以上時，儲能型DFIG進行故障穿越暫態(tài)重構(gòu)，GSC控制器切換到暫態(tài)電壓補償模式，當(dāng)故障切除后，當(dāng)電壓恢復(fù)到區(qū)間(0.9p.u.,1.1p.u.)時，儲能型DFIG恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)運行模式，因此可建立相應(yīng)邏輯判斷模塊，實現(xiàn)GSC并聯(lián)穩(wěn)態(tài)運行模式和暫態(tài)串聯(lián)電壓補償模式之間的切換控制，即

步驟3.3，在暫態(tài)重構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，對儲能型DFIG的故障穿越控制方法進行設(shè)計，使其通過串聯(lián)接口電路l2對儲能型DFIG提供定子電壓補償，實現(xiàn)故障穿越控制。

在上述的一種基于提高DFIG故障穿越能力的暫態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)的控制方法，所述步驟3.3的具體控制方法是：步驟3.3.1，由式一可知，ESD-DVR所需提供的補償電壓包含正序分量和負(fù)序分量；在正序同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下，補償電壓的正負(fù)序分量分別為直流量和頻率為100Hz的交流量，而在負(fù)序旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下，補償電壓的正序分量為交流量，負(fù)序分量為直流量；由于PI控制器只能對直流量進行調(diào)節(jié)，在正序同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下，PI控制器無法同時實現(xiàn)對補償電壓正序分量和負(fù)序分量的控制；因此，在正、負(fù)序同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下分別采用PI控制器實現(xiàn)對補償電壓正序分量和負(fù)序分量的獨立控制，并對ESD-DVR輸出正負(fù)序電壓采用直接電壓控制策略；

根據(jù)步驟3.1的正負(fù)序電壓提取方法，可提取得到定子電壓正負(fù)序分量的實時值分別為U_s1dq和U_s2dq，則在雙序dq坐標(biāo)系下，補償電壓正負(fù)序分量的指令值和實時值分別為

在(dq)⁺坐標(biāo)系和(dq)^-坐標(biāo)下，ESD-DVR輸出電壓的正負(fù)分量(U_com1dq)和負(fù)序分量(U_com2dq)分別與相應(yīng)正序電壓參考值(U^*_com1dq)和負(fù)序電壓參考值(U^*_com2dq)進行比較，經(jīng)PI控制器調(diào)節(jié)后分別得到ESD-DVR的正負(fù)序調(diào)制電壓(U_f1dq，U_f2dq)，再經(jīng)坐標(biāo)變換投影到三相靜止坐標(biāo)軸系下，其合成電壓空間矢量經(jīng)限幅后作為GSC輸電電壓的控制信號，產(chǎn)生變流器的觸發(fā)脈沖；

步驟3.3.2，本專利采用基于雙層電容器(EDLC)的儲能裝置，其通過雙向DC/DC變換器與DFIG的直流電容并聯(lián)；故障期間，ESD主要以維持直流母線電壓恒定為目標(biāo)，通過對DC/DC變換器控制EDLC吸收或輸出有功功率維持直流側(cè)功率平衡，進而調(diào)節(jié)直流電容電壓恒定；

當(dāng)RSC和GSC流向直流側(cè)的功率增大導(dǎo)致直流母線電壓上升時，DC/DC變換器工作于降壓模式，將直流側(cè)功率儲存在EDLC中；當(dāng)直流側(cè)向RSC和GSC輸出的功率增大導(dǎo)致直流母線電壓下降時，DC/DC變換器工作于升壓模式，EDLC釋能，以補償直流母線電壓；

DC/DC變換器控制策略具體是：DC/DC采用電壓電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，外環(huán)為直流母線電壓控制器，將直流母線電壓測量值U_dc與直流母線電壓參考值U_dcref進行比較，兩者偏差通過PI電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生EDLC電流參考值；內(nèi)環(huán)EDLC電流控制器將與EDLC電流測量值進行比較，兩者偏差經(jīng)過PI電流調(diào)節(jié)器，為DC/DC變換器的IGBT開關(guān)產(chǎn)生門控信號，開關(guān)器件g1和g2的門控信號互補；通過g1和g2的導(dǎo)通控制實現(xiàn)EDLC的儲能和釋放能量，即當(dāng)g1導(dǎo)通，g2關(guān)閉時，DC/DC變換器工作于升壓運行狀態(tài)；當(dāng)g1關(guān)閉，g2導(dǎo)通時，DC/DC變換器工作于降壓運行狀態(tài)；DC/DC變換器即是通過調(diào)節(jié)兩個開關(guān)導(dǎo)通的占空比來控制EDLC儲存和釋放的能量，從而維持直流母線電壓的恒定。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：1、充分發(fā)揮了儲能裝置能夠快速吸收和釋放功率的技術(shù)優(yōu)勢，使其不僅能夠在電網(wǎng)正常運行情況下實現(xiàn)風(fēng)電場輸出功率的平滑控制，同時還能夠在電網(wǎng)電壓驟降或驟升的故障情況下，輔助實現(xiàn)DFIG的故障穿越控制，提高了儲能裝置在雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用價值和經(jīng)濟效益。2、在該暫態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法下，能夠自動實現(xiàn)DFIG的低電壓和高電壓穿越控制，并取得較好效果。

附圖說明

圖1為儲能型DFIG的故障穿越暫態(tài)重構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖2為ESD-DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖3a為電網(wǎng)電壓驟降下補償電壓向量圖。

圖3b為電網(wǎng)電壓驟升下補償電壓向量圖。

圖4a為儲能型DFIG故障穿越暫態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功率流圖(超同步運行狀態(tài))。

圖4b為儲能型DFIG故障穿越暫態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功率流圖(次同步運行狀態(tài))。

圖5為系統(tǒng)運行模式切換控制策略。

圖6為ESD-DVR正、負(fù)序電壓補償控制策略。

圖7為ESD的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖及DC/DC變換器控制策略。

圖8a為暫態(tài)重構(gòu)控制方案下的電壓波形(故障期間傳統(tǒng)控制方案下的定子電壓)。

圖8b為暫態(tài)重構(gòu)控制方案下的電壓波形(ESD-DVR補償電壓)。

圖8c為暫態(tài)重構(gòu)控制方案下的電壓波形(定子電壓)。

圖9a為暫態(tài)重構(gòu)控制方案和傳統(tǒng)控制方案下的暫態(tài)特性對比(轉(zhuǎn)子電流)。

圖9b為暫態(tài)重構(gòu)控制方案和傳統(tǒng)控制方案下的暫態(tài)特性對比(直流母線電壓(kV))。

圖9c為暫態(tài)重構(gòu)控制方案和傳統(tǒng)控制方案下的暫態(tài)特性對比(定子有功功率)。

圖9d為暫態(tài)重構(gòu)控制方案和傳統(tǒng)控制方案下的暫態(tài)特性對比(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速)。

圖10a為故障期間暫態(tài)重構(gòu)方案下的系統(tǒng)潮流(注入電網(wǎng)的有功功率)。

圖10b為故障期間暫態(tài)重構(gòu)方案下的系統(tǒng)潮流(DVR吸收的有功功率)。

圖10c為故障期間暫態(tài)重構(gòu)方案下的系統(tǒng)潮流(流入GSC的有功功率)。

圖10d為故障期間暫態(tài)重構(gòu)方案下的系統(tǒng)潮流(轉(zhuǎn)子有功功率)。

圖10e為故障期間暫態(tài)重構(gòu)方案下的系統(tǒng)潮流(ESD吸收的有功功率)。

圖11a為三相電壓驟升時的電壓波形(電網(wǎng)電壓)。

圖11b為三相電壓驟升時的電壓波形(DVR補償電壓)。

圖11c為電壓對比。

圖11d為三相電壓驟升時的電壓波形(定子電壓)。

圖12a為三相電壓驟升時暫態(tài)重構(gòu)控制方案和傳統(tǒng)控制方案的仿真結(jié)果對比(注入電網(wǎng)的有功功率)。

圖12b為三相電壓驟升時暫態(tài)重構(gòu)控制方案和傳統(tǒng)控制方案的仿真結(jié)果對比(直流母線電壓)。

圖12c為三相電壓驟升時暫態(tài)重構(gòu)控制方案和傳統(tǒng)控制方案的仿真結(jié)果對比(轉(zhuǎn)子電流)。

圖12d為三相電壓驟升時暫態(tài)重構(gòu)控制方案和傳統(tǒng)控制方案的仿真結(jié)果對比(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速)。

圖13為三相電壓驟升時的DFIG-ESD功率潮流。

具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。

實施例：

本專利分別在以下兩種故障情況下驗證了該控制方法在提高DFIG故障穿越能力方面的有效性：1)兩相接地，電壓跌落故障；2)三相電壓驟升故障。本專利選取了傳統(tǒng)的不附加方案的DFIG控制方法作為對比方案，以驗證本文所提策略的優(yōu)越性。具體情況如下：

1)低電壓穿越控制的仿真算例

故障前系統(tǒng)運行在超同步運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)差率s＝-0.2。電網(wǎng)在t＝5s發(fā)生AB兩相接地故障，PCC點故障相電壓跌落85％，且故障持續(xù)時間為300ms。由于故障持續(xù)時間很短，風(fēng)速變化很小，因此假設(shè)風(fēng)速恒定。

附圖8(a)為故障期間電網(wǎng)電壓波形，當(dāng)檢測到電網(wǎng)故障發(fā)生時，DFIG從穩(wěn)態(tài)運行模式切換到暫態(tài)運行模式，ESD-DVR輸出電壓補償電網(wǎng)電壓的跌落(見附圖8(b))，因此DFIG定子電壓維持在故障前水平，如附圖8(c)所示。

傳統(tǒng)控制方案下，在電網(wǎng)電壓開始跌落和恢復(fù)過程中，定子電壓的劇烈變化，將會感應(yīng)出較高的轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流。如附圖9(a)所示，故障發(fā)生時，轉(zhuǎn)子電流增大為4p.u.，超過了RSC的電流上限，將對變流器造成嚴(yán)重?fù)p傷。同時，感應(yīng)出的轉(zhuǎn)子電流波動較大，不利用DFIG的正常運行。另外，如附圖9(b)所示，轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流經(jīng)RSC流入直流側(cè)后，將直流側(cè)的電壓抬升至1.4p.u。而采用本文所提出的暫態(tài)重構(gòu)方案時，轉(zhuǎn)子回路中的暫態(tài)轉(zhuǎn)子電流得到了有效的控制，轉(zhuǎn)子電流最高僅為1.7p.u.(見附圖9(a))，且電流振蕩較小，完全在RSC的電流承受范圍內(nèi)。相應(yīng)地，直流側(cè)電壓也未超過其電壓上限,如附圖9(b)所示。

附圖9(c)給出了兩種控制方案下的DFIG有功輸出波形。由附圖9(c)可知，傳統(tǒng)控制方案下，定子有功輸出下降為0.52p.u.，引起了機械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩間的嚴(yán)重不平衡以及機組轉(zhuǎn)速的上升。而采用DVR補償后，DFIG在故障期間基本不受電網(wǎng)故障的影響，有功輸出發(fā)生短暫波動后即可恢復(fù)，大大增加了DFIG在故障期間功率控制的靈活性。相應(yīng)地，如附圖9(d)所示，由于有功輸出的快速恢復(fù)，機組的不平衡轉(zhuǎn)矩消失，DFIG機組的轉(zhuǎn)速也不會發(fā)生變化。

附圖10給出了采用ESD-DVR補償控制后故障期間的有功潮流變化。由附圖10(a)、(b)可知，故障期間，DFIG注入電網(wǎng)的有功功率減少，剩余的風(fēng)電功率經(jīng)DVR輸送到網(wǎng)側(cè)變流器。由附圖10(c)可以發(fā)現(xiàn)，DVR吸收的功率超過了GSC的額定容量，但是由于制動電阻的存在，經(jīng)制動電阻吸收部分功率后，流經(jīng)GSC的功率將下降為0.35p.u.。

2)高電壓穿越控制的仿真算例

切除大負(fù)荷以及并入大容量的電容時均可能導(dǎo)致電網(wǎng)電壓上升，而本專利所提出的控制方法還可以解決電網(wǎng)電壓升高的問題。仿真時，設(shè)置t＝5s時，電網(wǎng)電壓上升至1.25p.u.，并持續(xù)300ms，故障過程中風(fēng)速為9.2m/s且保持不變。

正常情況下，GSC作為網(wǎng)側(cè)變流器，與儲能裝置協(xié)調(diào)控制DFIG的有功輸出。當(dāng)檢測到電網(wǎng)電壓上升至1.1p.u.時，儲能型DFIG系統(tǒng)將切換至?xí)簯B(tài)運行模式，ESD-DVR將對DFIG定子電壓進行補償，此時ESD-DVR補償?shù)碾妷簽樨?fù)值，ESD-DVR向電網(wǎng)輸出功率。通過ESD-DVR的補償，DFIG定子電壓可基本維持不變。附圖11給出了電網(wǎng)電壓，ESD-DVR補償電壓以及定子電壓的有效值。

由附圖12(d)可知，在傳統(tǒng)控制方案下，故障發(fā)生時，電網(wǎng)電壓上升，DFIG定子側(cè)將會受到有功沖擊，此時DFIG轉(zhuǎn)速從0.94p.u.下降到0.91p.u.，以補償功率不平衡。而采用本專利所提的儲能型DFIG補償控制后，由于ESD-DVR的電壓補償，定子側(cè)功率能夠快速恢復(fù)到正常工作范圍，而不會導(dǎo)致功率不平衡，因此故障消失后DFIG亦不會受到故障的影響，而能繼續(xù)正常并網(wǎng)運行。采用定子電壓補償后，DFIG的轉(zhuǎn)速也得到了有效的控制，能夠在故障過程中維持在正常范圍內(nèi)。

傳統(tǒng)控制方案中，一般采用PI控制，為了補償定子電壓，GSC會增大其調(diào)制系數(shù)，控制網(wǎng)側(cè)冗余的有功功率流向直流側(cè)，以保持直流側(cè)電壓恒定。但是采用這種補償方式，將導(dǎo)致組成GSC的反向并聯(lián)的二極管正向?qū)?，使得部分功率回流至GSC，即直流側(cè)將從電網(wǎng)吸收能量。如附圖12(b)所示，采用傳統(tǒng)的控制方案時，最終將導(dǎo)致直流側(cè)電壓上升至1.36p.u.，且故障過程中，直流側(cè)過電壓將一直存在，為保護直流側(cè)電容，最終有可能導(dǎo)致DFIG脫網(wǎng)運行。但是，采用儲能型DVR控制后，GSC將向電網(wǎng)注入反向電壓，以保持定子電壓恒定，使得故障過程中直流側(cè)電壓維持在安全范圍內(nèi)，最終可避免傳統(tǒng)控制中的直流側(cè)過電壓。另外，如附圖12(c)所示，與傳統(tǒng)控制方案相比，采用儲能型DVR控制后，轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流的振蕩程度也得到了有效的抑制，且能較快地恢復(fù)到平穩(wěn)水平。因此，本文所提出的故障穿越控制策略亦能有效提高DFIG高電壓穿越能力。

附圖13給出了電壓上升故障下的有功輸出波形。故障發(fā)生前，DFIG運行在超同步狀態(tài)，轉(zhuǎn)子勵磁電流從直流側(cè)流向轉(zhuǎn)子回路。故障發(fā)生時，如附圖13所示，GSC作為DVR動作，向電網(wǎng)注入反向電壓，以維持定子電壓恒定。在GSC向電網(wǎng)補償電網(wǎng)電壓的同時，儲能系統(tǒng)向轉(zhuǎn)子回路和GSC提供了0.13p.u.有功功率，其中GSC向電網(wǎng)注入約0.1p.u.的有功功率。因為有了GSC的注入功率，DFIG-ESD系統(tǒng)最終的有功輸出從0.4p.u.提高至0.5p.u.。故障過程中，轉(zhuǎn)子功率由儲能系統(tǒng)提供。

根據(jù)上述仿真算例結(jié)果可以看出，本發(fā)明能夠在電網(wǎng)電壓驟降或驟升情況下，實現(xiàn)儲能型DFIG的系統(tǒng)模式切換及其低電壓穿越控制和高電壓穿越控制，使DFIG的轉(zhuǎn)子及直流側(cè)的暫態(tài)特性能夠維持在正常范圍。同時，儲能裝置在DFIG的暫態(tài)控制中得到了充分的利用，提高了儲能裝置的經(jīng)濟效益，具有重要的現(xiàn)實意義和良好的應(yīng)用前景。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。