[发明专利]电网电压不平衡下含永磁直驱风电场和异步风电场的混合风电场群的控制方法

摘要

本发明公开了一种电网电压不平衡下含永磁直驱风电场和异步风电场的混合风电场群的控制方法，本方法以不增设硬件设备为前提，充分利用永磁直驱风电系统网侧变换器的负序电流裕量及其相角特性，主要涉及对永磁直驱风电系统机侧变换器和网侧变换器的控制。通过控制永磁直驱风电场向电网注入满足幅值和相角要求的负序电流，可最大程度地降低风电场并网点的电压不平衡度，从而降低与电网直接相连的异步风电场的功率和转矩波动，提高异步风电场及该混合风电场群的安全稳定运行能力。

主权项

1.电网电压不平衡下含永磁直驱风电场和异步风电场的混合风电场群的控制方法，其特征在于：本方法涉及对永磁直驱风电系统网侧变换器和机侧变换器的控制；(A)永磁直驱风电系统网侧变换器的控制步骤为：A1)采集风电场并网点三相电压信号Ugabc以及直流母线电压信号Vdc，储存电网电压不平衡运行工况开始时刻的风电场并网点三相电压信号Ugabc0；A2)将采集到的风电场并网点三相电压信号Ugabc经过数字锁相环PLL后得到风电场并网点正序电压矢量的电角度θg和同步电角速度ω1；A3)将电网电压不平衡运行工况开始时刻的风电场并网点三相电压信号Ugabc0、风电场并网点三相电压信号Ugabc分别经过静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率坐标变换，转换为静止两相αβ坐标轴系下的电压信号，即Ugα0、Ugβ0、Ugα、Ugβ；A4)采用风电场并网点正序电压d轴定向方式，将步骤A3)所得静止两相αβ坐标轴系下的电压信号U_gα0、U_gβ0、U_gα、U_gβ经过静止两相αβ坐标轴系到正向、反向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率变换，再经过2ω₁陷波器滤波，得到风电场并网点三相电压在不平衡故障开始时刻以及系统在不平衡电网电压条件下运行期间的正向、反向同步角速度旋转坐标轴系下的dq轴分量，即：A5)采集永磁直驱风电系统网侧变换器输出的三相电流信号igabc；A6)将采集到的网侧变换器三相电流信号igabc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到静止两相αβ坐标轴系下的电流igα、igβ；A7)将步骤A6)所得静止两相αβ坐标轴系下网侧变换器输出电流i_gα、i_gβ经静止两相αβ坐标轴系到正向、反向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率变换，再经过2ω₁陷波器滤波得到网侧变换器电流在正向、反向同步角速度旋转坐标轴系下的dq轴分量A8)将步骤A4)所得风电场并网点电压在正向、反向同步角速度旋转坐标轴系下的dq轴分量和步骤A7)所得网侧变换器输出电流在正向、反向同步角速度旋转坐标轴系下的dq轴分量送入平均功率计算模块，依照下式，计算得到永磁直驱风电系统的并网平均有功功率P_{g_av}及并网无功功率Q_{g_av}；A9)将采集到的直流母线电压信号V_dc、步骤A4)所得风电场并网点电压在正向、反向同步角速度旋转坐标轴系下的dq轴分量步骤A7)所得网侧变换器输出电流在正向同步角速度旋转坐标轴系下的dq轴分量和步骤A8)所得永磁直驱风电系统并网平均有功功率P_{g_av}送至负序电流幅值最大值计算模块，依照下式，可确定正序电流限制和直流母线电压限制下永磁直驱风电场所能输出负序电流的幅值,取下式两者中计算值较小的一个作为最大负序电流幅值；式中，I_gm为网侧变换器允许流过的最大电流幅值，分别为风电场并网点正、负序电压分量的幅值，k_m为调制系数，当采用空间矢量脉宽调制时，ω₁L_g为进线电抗器的阻抗值；A10)根据永磁直驱风电系统并网有功功率给定值以及步骤A8)所得永磁直驱风电系统并网平均有功功率P_{g_av}和并网无功功率Q_{g_av}，依照下式，获得网侧变换器正序电流参考指令式中，为网侧变换器并网无功功率参考值，当系统运行于单位功率因数时K_p1和τ_i1分别为网侧变换器正序控制系统中功率外环PI控制器的比例系数和积分时间常数；A11)将步骤A4)所得风电场并网点电压在不平衡故障开始时刻的负序分量和系统运行时实时检测的风电场并网点电压负序分量以及步骤A9)所得网侧变换器可输出的最大负序电流幅值送至网侧变换器负序参考电流指令计算模块，得到网侧变换器负序参考电流指令A12)利用下式控制方程，得到网侧变换器在正、反向同步角速度旋转坐标轴系下的正、负序控制电压dq轴分量和式中，Kp3和τi3分别为网侧变换器正序控制系统中电流内环PI控制器的比例系数和积分时间常数，Kp4和τi4分别为网侧变换器负序控制系统中电流环PI控制器的比例系数和积分时间常数；A13)将步骤A12)所得网侧变换器正、负序控制电压dq轴分量分别经正向、反向同步角速度旋转坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换得到静止两相αβ坐标轴系下正、负序控制电压和A14)将步骤A13)所得静止两相αβ坐标轴系下网侧变换器正、负序控制电压和和采集到的直流母线电压信号V_dc通过空间矢量脉宽调制产生网侧变换器PWM驱动信号；(B)永磁直驱风电系统中机侧变换器的控制步骤为：B1)机侧变换器采用矢量控制策略，其控制电压和直流侧电压Vdc通过空间矢量脉宽调制产生机侧变换器PWM驱动信号，以维持直流母线电压恒定。