[发明专利]用于直驱式风力发电机低电压穿越的功率控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统运行和控制技术领域，尤其涉及一种用于直驱式风力发电机低电压穿越的功率控制装置及方法。

背景技术

风力发电作为一种主流的新能源发电方式，在中国获得了极大发展。但是，随着风电并网规模的不断增大，由电网故障引起电压跌落造成的风机脱网事故频繁发生。风力发电机组的低电压穿越能力成为了保证电力系统安全稳定运行的关键因素。

目前，主流的风力发电机类型包括直驱永磁同步风力发电机（wind turbine with direct-driven Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG）和双馈感应异步风力发电机（wind turbine with Doubly Fed Induction Generator，DFIG）。PMSG相较DFIG省去了齿轮箱，其风轮和发电机转子同轴连接，提高了系统效率，减弱了运行噪声，增强了系统运行的可靠性。因此，PMSG在风力发电领域的应用越来越广泛。PMSG风机的低电压穿越能力也成为了学者和工程人员们研究的重点，受到了越来越多的关注。

直驱永磁同步风力发电机组的典型拓扑结构主要由风轮机、永磁同步发电机和全功率背靠背PWM变流器组成。风轮机与永磁同步发电机通过低速传动轴直接相连，发电机经过全功率背靠背PWM变流器接入电网。其中，机侧变流器是AC/DC整流器，网侧变流器是DC/AC逆变器，两组变流器直流侧共用一个直流电容。PMSG风机出现低电压穿越问题的根本原因是机组在电网低电压期间吸收的风能和输出的电能不再平衡，机组要承受不平衡的能量。采用传统控制方式的PMSG风机，使用直流环节的电磁暂态过程承担不平衡的能量，会导致直流母线电压的升高越限和网侧变流器有功电流的饱和，从而造成机组低电压穿越的失败和风机对电网无功支持能力的缺失。

解决PMSG风机低电压穿越的方法主要有外加卸荷硬件和改进变流器控制两种。外加卸荷硬件的方法可以在不改动PMSG风机原有主体控制策略的情况下使风机获得可靠的低电压穿越能力。但是外加卸荷硬件将增加风机的投资成本和维护难度。当风机容量较大或者电网电压跌落严重时，解决卸荷元件的散热也是一个困难。改进变流器控制的方法通过改进双侧变流器的控制策略来保证直流环节在电网低电压期间的功率平衡。这种方法无需附加额外的卸荷硬件，但是现有改进策略对PMSG风机自身控制手段的使用仍不够充分，很少实现与桨距角控制的配合，无法最大程度的减轻低电压事件对直驱风电机组的影响。

发明内容

针对背景技术中提到的在现有的实现PMSG风机低电压穿越的方法中存在的问题，本发明提出了一种用于直驱式风力发电机低电压穿越的功率控制装置及方法。

一种用于直驱式风力发电机低电压穿越的功率控制装置，其特征在于，所述装置包括发电机转速测量模块、直流电压测量模块、机端电压测量模块、机端电流测量模块、网侧电压测量模块、网侧电流测量模块、最大功率追踪控制模块、网侧功率测量模块、风速测量模块、浆距角测量模块和功率协调控制模块；

其中，所述直流电压测量模块、机端电压测量模块、机端电流测量模块、网侧电压测量模块、网侧电流测量模块、最大功率追踪控制模块、网侧功率测量模块、风速测量模块和浆距角测量模块分别与所述功率协调控制模块连接；

所述发电机转速测量模块分别与最大功率追踪控制模块和功率协调控制模块连接；

所述功率协调控制模块用于接收所述直流电压测量模块采集到的直流母线电压、机端电压测量模块采集到的发电机机端电压、机端电流测量模块采集到的发电机机端电流、网侧电压测量模块采集到的网侧节点电压、网侧电流测量模块采集到的网侧变流器输出电流、最大功率追踪控制模块输出的网侧有功功率的参考值、网侧功率测量模块采集到的网侧有功功率和网侧无功功率、风速测量模块采集到的风速值和浆距角测量模块采集到的桨距角数值。

所述功率协调控制模块包括机侧变流器控制模块、网侧变流器控制模块和桨距角控制模块；所述机侧变流器控制模块分别与直流电压测量模块、机端电压测量模块、机端电流测量模块和机侧变流器连接；所述网侧变流器控制模块分别与所述网侧电压测量模块、网侧电流测量模块、最大功率追踪控制模块、网侧功率测量模块和网侧变流器连接；所述桨距角控制模块分别与所述发电机转速测量模块、网侧电压测量模块、风速测量模块、浆距角测量模块和变浆系统连接。

所述网侧变流器控制模块包括低电压判断模块。

所述桨距角控制模块包括风速判断模块。