[发明专利]一种不平衡电网电压下的双馈风力发电系统及其控制方法

说明书

本发明提供了一种不平衡电网电压下的双馈风力发电系统及其控制方法，通过加装一个串联网侧变换器实现对串联网侧变换器的控制，使得不平衡电网电压下风机的定子侧电压仍保持三相平衡，保证了定转子的三相电流平衡，改善了双馈风机在不平衡电网电压下的运行性能。基于串联网侧变换器产生的功率二倍频波动，进而提出了一种基于比例‑谐振功率补偿器的并联网侧变换器控制策略，最大限度的使得并联网侧变换器产生的功率二倍频分量等于串联网侧变换器产生的二倍频分量，从而实现同时抑制双馈风力发电系统输出的有功、无功功率二倍频波动，提高了系统的输出品质；显著增强了双馈风力发电系统在电网电压故障下的抗干扰能力。

技术领域

本发明属于双馈风力发电系统的控制技术领域，更具体地，涉及一种不平衡电网电压下的双馈风力发电系统及其控制方法。

背景技术

随着电力电子技术和自动控制技术的不断发展和成熟，以风力发电为代表的清洁能源发电技术取得了长足的进步，其中，变速恒频双馈感应电机(Doubly Fed InductionGenerator，DFIG)以其变流器容量小、有功和无功功率可解耦控制以及运行性能良好等优势，在风力发电系统中得到了广泛的应用。在实际应用中，由于风能资源分布的特殊性，很多风电场处于电网相对薄弱的偏远地区，并通过较长的输电线与主电网连接，输电线路阻抗不对称、三相负荷不平衡以及使用大功率单相负载都可能造成风力发电机并网点处出现电压不平衡的现象，由于DFIG的定子直接与电网相连，若仍采用传统的控制方法，电网电压的不平衡现象将会恶化机组运行状况，很小的定子电压不平衡就会使得定、转子电流出现较大的不平衡，不平衡电流会导致绕组的不均衡发热，可能造成电机局部过热影响绕组绝缘层的效果；转矩波动会产生噪声，并对风电机组转轴系统造成一定的机械应力冲击，降低转轴系统的工作寿命，严重时可能损坏风力机、传动轴和齿轮箱等机械设备；此外，由于电网电压的不平衡以及定子电流的不平衡，DFIG系统的输出功率将包含二倍频波动，降低输出电能质量，影响电网的稳定性。电网电压不平衡同样会影响网侧变换器，引起直流母线电压存在一定程度的二倍频波动，由此会导致直流电容频繁充放电，影响直流电容的使用寿命。当电网电压出现较大的不平衡，为了风电系统的自身安全性，有时风电系统与电网会发生解列，这将对整个电网的运行稳定性产生很大影响。

中国杂志《中国电机工程学报》第32卷第6期名称为“电网电压不平衡下采用SGSC的双馈感应风电系统改进控制”公开了双馈风力发电系统在不平衡电网电压下采用SGSC的控制方法，该文件中指出当电网电压不平衡时，定子电压含有正序和负序分量，通过SGSC向定子回路注入一个负的负序电压以抵消定子电压的负序分量，并利用PI控制器使得定子电压正负分量等于电网电压的正序分量；该文件在PGSC中提出了三个控制目标(实现整个DFIG系统输出有功功率无脉动、实现整个DFIG系统输出无功功率无脉动或实现整个系统无负序电流注入电网)来增强不平衡电网电压下DFIG风电系统的运行能力。

但是以上控制策略存在以下问题：①电网电压出现不平衡时，电网电压的正序分量也发生变化；文中SGSC的控制目标是使得定子电压正序分量等于电网电压的正序分量，并没有使得定子电压等于风机的定子额定电压。②在并联网侧变换器(Parallel GridSide Converter，PGSC)中仍采用PI控制，因受控制变量有限，使得控制目标受到一定的限制，不能同时抑制整个DFIG系统输出有功和无功功率的二倍频波动。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种不平衡电网电压下双馈风力发电系统的控制方法，其目的是在电网电压发生三相不平衡时向定子回路注入一个串联电压，使得定子电压不受电网电压的影响，克服了电网电压不平衡对DFIG本身产生的影响，提高了DFIG在不平衡电网电压下的稳定运行性能。