[发明专利]一种双馈风电机组主动耗能运行的控制方法

说明书

本发明公开了一种双馈风电机组主动耗能运行的控制方法，获取双馈风电机组参数和故障前运行参数，当交流电网发生故障产生有功功率盈余时，对双馈风电机组进行调整控制，将亚同步运行的双馈风电机组从发电状态切换至电动状态，消纳交流电网盈余的有功功率，实现交流电网有功功率的平衡。该方法可在交流电网出现有功盈余时将双馈风电机组从发电状态迅速切换为电动状态，从而实现电网盈余有功的快速平衡。本发明的控制响应快，吸收功率平稳，易于实现，代价小，可有效减小火电切机量，有利于提高系统功角稳定性和频率稳定性。

技术领域

本发明涉及电力系统保护和控制领域，尤其涉及一种双馈风电机组主动耗能运行的控制方法。

背景技术

随着新能源和直流输电系统的接入，传统电网发生了巨大的变化。随着源与网之间、交直流之间的耦合性逐渐增强，电网故障引起的不平衡有功功率随着故障的发展和蔓延也愈发强烈，故障影响范围也随之扩大。

现有的有功紧急控制措施主要有切机控制、电气制动及快速汽门控制。其中，电气制动虽然在减小功率不平衡方面具有直接的效果，但是存在热稳、安全场地等方面的限制；快速汽门控制受机组参数影响，在大量有功盈余的情况下，其调节能力难以满足要求。切机控制因简便有效而在电力系统中得到广泛的应用。切机控制通常以系统加速能量或同步机转子角预测作为判据。然而，切机控制一般采用基于离线策略表的控制方式，有限的策略数可能无法完全涵盖风电场、直流系统复杂多变的输出特性，控制灵活性不足，可能造成决策失误，从而导致过切或欠切，反而不利于系统安全。此外，切机控制代价较大，在超速、热应力及轴疲劳寿命方面给机组带来威胁，同时故障清除后恢复时间较长，即使切机控制后不停机仍需15-30min才可恢复至满功率。并且在高比例的风电电力系统中，由于同步机装机容量较小，当电网出现有功盈余时，切机控制还存在控制裕度不足的问题。

双馈风电机组是目前应用最广泛的风力发电装备之一，具有技术成熟、成本相对较低、安装相对方便等优势。由于采用变流器提供变频励磁电压，双馈风电机组能在较大风速范围内正常运行。双馈风电机组可采用转子侧变流器转速或转矩控制来调节自身输出的有功功率，也可以通过转子加速存储过剩能量，减小自身输出功率，从而能够被用于电网的有功调节。但双馈风电机组转子惯量较小，转速安全限制下可吸收的能量有限，可调节的功率不足以平抑输电通道中断等情况造成的大量有功盈余。

亚同步运行的双馈风电机组在转子无励磁条件下会进入电动状态，可有效地消耗交流系统中的盈余有功，从而保证系统安全性。利用这一特点，本发明提供了一种双馈风电机组主动耗能运行的方法，其原理完全不同于现有的双馈风电机组有功紧急控制方法，相比于火电机组切机控制，具有代价小、控制更灵活等优点。

发明内容

因此，本发明需要解决的问题是如何在包括双馈风电机组的电网故障引起不平衡有功功率时，实现电网盈余有功功率的快速平衡。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种双馈风电机组主动耗能运行的控制方法，获取双馈风电机组参数和故障前运行参数，当交流电网发生故障产生有功功率盈余时，对双馈风电机组进行调整控制，将亚同步运行的双馈风电机组从发电状态切换至电动状态，消纳交流电网盈余的有功功率，实现交流电网有功功率的平衡。

优选地，双馈风电机组参数包括额定容量、定子额定电压、转子额定电压、定子电阻、转子电阻、定子漏感、转子漏感、激磁电感及升压变压器正序电抗，故障前运行参数包括定子电流、转子电流及运行风速。

优选地，对双馈风电机组进行调整控制包括转子虚拟电阻控制，转子虚拟电阻控制由双馈风电机组的转子侧变流器实施，采用前馈解耦控制，控制方程为：