[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁直驱风力发电机组功率控制方法，可提高风电机组低电压穿越时的稳定性，并对电网提供动态无功支持，属发电技术领域。

背景技术

近年来，并网直驱永磁风电机组的低电压穿越问题已引起风机厂商的高度重视。通过全功率变流器并网的永磁直驱同步发电机组，其实现低电压穿越的关键技术问题在于维持变流器直流环节电容电压的稳定。传统技术方案主要是通过在直流侧安装卸荷电路、储能装置消纳多余的能量，或并联辅助变流器增加直流侧功率的输出通道。这些方法均需增加外部硬件电路，不但增加了变流器的体积及成本，使控制器变得复杂，而且还会造成风电机组的有功损失。同时，在电网电压跌落时，由于网侧变流器的限流使风电机组无法对电网提供及时的动态无功支持，对并网点电压的恢复几乎没有贡献。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁直驱风电机组有功和无功协调控制方法，在不增加外部硬件电路的前提下，提高风电机组的低压穿越能力，并对电网提供动态无功支持。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

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；机侧变流器则采用基于转子储能的直流电压控制模式，即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。

上述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，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时,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，其中,V_g为风电场并网点电压标幺值；

发电机有功参考指令                                                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始终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，利用风机惯性储能有效抑制直流母线电压的波动。