[发明专利]一种双馈风电系统不对称高电压故障穿越控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及双馈风电系统技术改进，特别是涉及该系统在电网电压发生不对称骤升故障时的故障穿越控制方法，属于电力控制技术领域。

背景技术

传统双馈风力发电系统中，由于并网变流器容量小且发电机定子绕组直接与电网相连，导致发电系统对电网的故障异常敏感。当电力系统发生单相或两相接地故障及负载突降等时均可能引起电网电压不对称骤升故障，电网电压不对称骤升故障期间，发电机定子电压将随电网电压升高，这可能损坏定子绕组的绝缘材料、降低定子绕组的绝缘水平；同时，故障时由磁链守恒引起的暂态过程将使发电机定子磁链出现暂态直流分量与负序分量，这将进一步导致发电机转子侧过电压并引起定、转子电压与电流的不平衡，进而使得发电机的电磁转矩及系统总输出功率产生较大程度的二倍频脉动，严重影响双馈风力发电系统的安全稳定运行及系统所并电网的电能质量。因此，电网电压不对称骤升故障对风电机组的影响及相应的不对称高电压故障穿越控制技术应得到充分关注。目前，针对电网电压不对称骤升下双馈风力发电系统的故障穿越运行已有一些解决方法，如已公开的下列文献：

(1)谢震，张兴，杨淑英，等.电网电压不对称骤升下双馈风力发电机改进控制策略[J].中国电机工程学报，2013,33(15):109-118.

(2)谢震，刘坤，张兴，等.双馈风力发电机在电网电压不对称骤升下无功功率优化控制[J].中国电工技术学报，2015,35(13):3211-3220.

文献(1)提出了电网电压不对称骤升时基于有源阻尼的双馈电机高电压穿越改进控制策略，有效抑制了定、转子侧负序电流及电磁转矩的振荡，并加快了故障过程中定子负序电流控制的响应时间，但所提改进控制策略未实现电网电压不对称骤升故障恢复时双馈风力发电系统对故障电网的无功支撑，同时也未考虑故障期间双馈风力发电系统总输出功率波动对所并电网稳定性的影响。

文献(2)在建立电网电压不对称骤升下双馈风力发电机的数学模型基础上，对转子侧变流器正、负序无功电流的分配问题进行了分析，并提出了一种柔性的正、负序电压闭环的无功优化控制策略。但所提控制策略并未考虑变流器容量及直流母线电压输出交流电电压能力对双馈风力发电机定子侧正、负序无功电流最大输出能力的限制。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种电网电压不对称骤升下双馈风电系统实现故障穿越运行的方法，该方法在保证双馈风力发电系统安全稳定运行的同时亦实现了对故障电网提供最大程度的动态无功支撑，并进一步抑制系统总输出有功或无功功率的二倍频波动以提高双馈风电系统所并电网的电能质量。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种双馈风电系统不对称高电压故障穿越控制方法，本方法涉及电网电压不对称骤升故障下对双馈风电系统串联网侧变换器、并联网侧变换器以及转子侧变换器的控制，各变换器的控制方法分别为：

A)串联网侧变换器的控制方法为：

A1)利用电压传感器采集电网三相电压u_gabc、双馈感应发电机定子三相电压u_sabc及直流母线电压U_dc的信号；

A2)利用电流传感器采集双馈感应发电机定子三相电流i_sabc的信号；

A3)利用锁相功能部件取得u_gabc的电网正序电压电角度θ_g和同步电角速度ω_s；

A4)将步骤A1)采集到的u_sabc及步骤A2)采集到的i_sabc分别经静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率坐标变换，得静止两相αβ坐标轴系下的定子电压信号u_sαβ和电流信号i_sαβ；

A5)采用电网正序电压d轴定向方式，将步骤A3)所得θ_g和步骤A4)所得u_sαβ经过静止两相αβ坐标轴系到正向及反向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率变换，得到定子电压在正向及反向同步角速度旋转坐标轴系下的d、q轴分量，即：u_sdp、u_sqp、u_sdn、u_sqn；