[发明专利]一种兼容馈线自动化的DFIG协调控制方法

权利要求书

1.一种兼容馈线自动化的DFIG协调控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：一、采用DFIG孤岛主动同期控制方法来支撑孤岛和预同期控制；二、DFIG通过GOOSE报文感知断路器状态来快速切换控制模式和实现远方同期；三、联络开关通过GOOSE报文感知DFIG状态行使合闸。

2.根据权利要求1所述的一种兼容馈线自动化的DFIG协调控制方法，其特征在于：DFIG孤岛主动同期控制方法包括孤岛控制方法和主动同期控制方法，其中孤岛控制方法为：DFIG定子接入配电网，转子通过背靠背变流器接入电网，网侧变流器维持直流母线电压恒定，转子侧变流器调节转子励磁电流，使DFIG在矢量控制下并网发电，孤岛控制的矢量控制包括机械控制以及电气控制，机械控制包括转速控制、补偿控制和转矩控制；电气控制包括网侧变流器控制和转子侧变流器控制；当转子采用电动机惯例，定子采用发电机惯例，DFIG在dq坐标系下的数学模型为：

式中，u_ds，u_qs，i_ds，i_qs分别为定子电压和电流的dq轴分量；u_dr，u_qr，i_dr，i_qr分别为转子电压和电流的dq轴分量；λ_ds，λ_qs，λ_dr，λ_qr分别为定子和转子磁链的dq轴分量；R_s，R_r分别为定子和转子的电阻；ω_s，ω_m分别为同步角速度和转子角速度；

针对转子侧变流器控制部分，风机采用的最大功率跟踪算法如下：

ω_m^*＝-0.67P_e²+1.42P_e+0.51 (3)

式中，ω_m^*为风机参考角速度，P_e为实际输出的电磁功率；该MPPT算法使孤岛模式下的风机转速由负载大小决定；

孤岛控制技术基于PQ控制结构，PQ控制结构为双环控制结构，包括电流内环和功率外环，其中，电流内环控制器为：

功率外环控制器为：

式中，“*”上标表示参考值，K_P和K_I分别为PI控制器的比例系数和积分系数；L_r为转子自感，L_m为互感；U为PCC处电网电压幅值；并网时，定子电压参考角θ_s经由锁相环获得，即θ_s＝θ_PLL；转子d轴分量为有功分量，转子q轴分量为无功分量；

定子侧孤岛控制亦采用了PQ控制的双环控制结构，其中，定子侧孤岛电流内环控制器采用式(4)，定子侧孤岛电压外环控制器被设计为：

式中，定子电压参考值取固定值

孤岛控制中的定子电压参考角θ_s由下式获得：

θ_s＝∫2πf_gdt (7)

式中，f_g为电网额定频率，θ_s是控制器生成的参考量；

主动同期控制方法为：基于同步发电机并网的思想，通过适当改变定子电压频率的方式，使DFIG孤岛电压u_I与电网电压u_g相对运动，进而主动创造远方同期条件，DFIG的转子速度与系统频率相互解耦，主动同期控制方法包括幅值控制和频率控制，幅值控制采用式(4)和式(6)组成双环控制结构；频率控制采取了对转子励磁转差角θ_r进行适当改变的方法，θ_r的形式为：

θ_r＝(∫2πf_gdt+∫2πΔfdt)-θ_m (8)

式中，∫2πΔfdt为偏差项，Δf为偏差频率，θ_m为转子位置角，使孤岛电压频率f_I等于f_g加上Δf，从而使孤岛电压角速度ω_I不等于电网电压角速度ω_g，ω_g＝2πf_g，ω_I＝2πf_I，于是，将与发生相对运动，设Δθ表示u_I与u_g之间夹角，当Δf大于0时，以u_g作为参考，ω_I将快于ω_g，u_I将以ω_I-ω_g的速度靠近u_g，当Δf小于0时，以u_I作为参考，ω_g将快于ω_I，u_g将以ω_g-ω_I的速度接近u_I，Δf在同期后立刻变为0，孤岛电压频率恢复为f_g，使得u_I与u_g均以角速度ω_g旋转，保持同期状态。

3.根据权利要求1所述的一种兼容馈线自动化的DFIG协调控制方法，其特征在于：步骤二和步骤三中采用基于FA/GOOSE报文的网-源协调控制方法为：建立DFIG与FA之间的GOOSE报文信息通道，使DFIG与断路器和联络开关之间实现点对点快速状态通信，设FIS表示故障隔离成功GOOSE报文；SR表示联络开关处达到同期GOOSE报文；SL表示IAS同期锁定GOOSE报文；CF表示联络开关合闸成功GOOSE报文；基于网-源GOOSE通信协调控制方法的实现包括孤岛保稳与远方同期和同期合闸与状态恢复；

孤岛保稳与远方同期的实现方法为：在基于发布/订阅的GOOSE报文传输机制下，DFIG订阅两条馈线上所有断路器的状态信息；通过GOOSE报文DFIG在任何时候都能确定DFIG当前是并网状态还是离网状态：当FA控制故障F1两侧断路器B12和断路器B21跳闸隔离故障后，断路器B21与DFIG之间馈线失去电网电压支撑，基于DFIG与FA对接的GOOSE报文通信，DFIG迅速收到FIS报文并立刻切换至IAS控制，实现DFIG并网/孤岛的稳定切换，此时，DFIG既是孤岛模式，也是预同期模式；在预同期过程中，联络开关处同期装置就地检测同期条件，并在同期后由智能终端STU4发送SR报文；DFIG通过接收SR报文判断远方联络开关处同期状态：若不同期，IAS继续控制；若同期，DFIG立刻将Δf置“0”，使远方联络开关处u_I和u_g保持同期状态，假设GOOSE信息通道延时t_delay由如下部分组成：PT传感器延时4ms；通信延时5us/km；CPU处理过程延时50us；STU接口延时5ms；根据延时的组成，考虑t_delay为一固定值：

t_delay＝10ms (9)

联络开关同期合闸条件为：

|Δθ|∈[0,π/36] (10)

孤岛频率f_I容许范围为：

f_I∈[49.5Hz,50.5Hz] (11)

t_delay导致的同期相位误差Δθ_error表示为：

Δθ_error＝2πΔf×t_delay (12)

IAS的同期调节时间t_s表示为：

其中，u_I与u_g之间夹角Δθ∈(0,2π)；

选择偏差频率取值范围|Δf|∈[0.1Hz,0.25Hz]；

同期合闸与状态恢复的实现方法：STU4订阅DFIG的状态信息，当DFIG将Δf置0的同时即发送SL报文；此时，DFIG孤岛与电网均为同频电源，智能终端STU4在收到FIS报文和SL报文并确认同期合闸条件满足后立刻控制联络开关合闸，实现同期合闸；DFIG通过接收CL报文感知联络开关合闸状态，然后切换回PQ控制，实现状态恢复。