[发明专利]基于动态电压补偿器的双馈异步风力发电机组控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及基于动态电压补偿器的双馈异步风力发电机组控制方法。

背景技术

风电是目前在技术上最为成熟、经济上最为可行、应用最为广泛的新能源发电技术之一。面临日益紧迫的能源安全及环境恶化问题，风能已受到各国政府的高度重视，世界各主要国家包括美国、中国都相继把发展可再生能源提升到国家战略的层次。以风电为代表的新能源正逐步成为我国重要的能源资源，在满足能源需求、改善能源结构、减少环境污染、保护生态环境、促进经济社会发展等方面发挥重要作用。而随着电力系统中风电装机容量迅速增加，风电成为电力系统的重要电源，风电机组应对电网故障稳定运行的能力对保障电力系统的稳定与安全有着非常重要的作用。

在各种类型的风力发电机组中，变速恒频双馈异步发电机（DFIG）以其调速范围宽、有功无功功率可独立调节以及所需背靠背变换器容量较小等优点，占据了绝大部分市场份额。

现有的双馈异步风力发电机组控制基本原理如下：

电网电压发生突变会使得定子磁链中出现自由分量和负序分量：

其中，为同步转速，为电压正序分量对应的磁链正序分量，为电压负序分量对应的磁链负序分量，为磁链自由分量，该分量是由于电压突变时磁链不能突变而产生，按时间常数衰减。

若不对定子电压进行补偿，上述磁链分量会分别在转子中感应出相应的电动势：

，s为转差，；

然而由于DFIG定子直接与电网相连，当电网发生单相、两相或者三相对地短路以及相间短路故障时，DFIG机端电压都将发生突变，而且发生单相、两相接地短路故障以及相间短路故障时，还会产生较大的负序电压。由于定子磁链不会发生突变，必须连续变化，因此在机端电压发生突变时，会在DFIG定子磁链中会产生直流成分（自由分量），定子直流磁链会在高速旋转的转子回路中感应出一个很大的转子感应电动势，一般相当于正常运行时转子感应电动势的5~6倍，当电网电压跌落的幅值较大时，由此产生的感应电动势远远超过转子侧变换器（RSC）的容量限制，RSC会失去对DFIG的控制能力，会导致RSC过电压、过电流以及DFIG电磁转矩和输出功率剧烈变化等，DFIG也会因为RSC过流保护动作而脱网。而当DFIG机端电压中含有负序成分时，负序电压会在DFIG定子中产生负序磁链成分，负序磁链与转子旋转方向相反，同样会在转子感应出很大的感应电动势，一般相当于正常运行时转子感应电动势的5~7倍，当负序电压含量较高时，RSC也会发生过电压、过电流的情况，从而导致风机脱网。

若在电网故障期间对定子电压进行补偿，减小或者消除电压突变对风机的影响，则能避免上述磁链反应对转子产生的不良影响。

若在故障期间持续对电压进行完全补偿，完全隔绝电网扰动对风机的影响，风机将能够持续稳定运行，但故障期间由于电网电压跌落，风机相当部分功率不能有效送出（若电压跌至0，则是全部功率），DVR必须处理这部分功率，这就需要DVR配备与风机额定功率相匹配的储能容量或释能装置，这极不经济，在工程实际中几乎不可能实现。

针对以上情况，目前国内外采用转子快速短接保护（Crowbar）技术，来限制转子的电流，保护RSC，该方法实现简单、易操作，但是在Crowbar动作期间，DFIG相当于鼠笼式异步电机会从电网吸收大量无功功率，不仅不利于电网电压的恢复，甚至还会加剧电网电压的下降，引发更进一步的故障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实现不脱网稳定运行的基于动态电压补偿器的双馈异步风力发电机组控制方法。

为解决上述问题，本发明所述的基于动态电压补偿器的双馈异步风力发电机组控制方法，包括以下步骤：

⑴建立基于动态电压补偿器的双馈异步风力发电机组控制系统，该系统包括变速恒频双馈异步发电机DFIG、动态电压补偿器DVR和控制模块；所述变速恒频双馈异步发电机DFIG中分别设有转子侧变换器RSC、定子侧转换器GSC，该定子侧转换器GSC与所述动态电压补偿器DVR串联后与电网相连接；所述控制模块与所述动态电压补偿器DVR相连；

⑵当所述电网电压正常时，所述动态电压补偿器DVR不工作，但所述动态电压补偿器DVR实时检测定子电压稳态值；

当所述电网因故障引起电压突变时，则所述动态电压补偿器DVR迅速取得突变后的电压矢量，进行正负序分离：

；

其中为正序分离电压，为负序分离电压；