一種含雙饋風(fēng)電場和永磁直驅(qū)風(fēng)電場的混合風(fēng)電場群的對稱故障穿越控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，具體涉及一種含雙饋風(fēng)電場和永磁直驅(qū)風(fēng)電場的混合 風(fēng)電場群的對稱故障穿越控制方法，屬于新能源發(fā)電領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著對各類型風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行特性的深入研宄以及風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，可以根據(jù) 風(fēng)電場群的裝機(jī)容量、風(fēng)電場群的地理環(huán)境、建設(shè)成本以及電網(wǎng)導(dǎo)則要求等諸多因素靈活 選擇適合投建的多種風(fēng)電機(jī)組類型，從而形成含有不同風(fēng)電機(jī)組類型的混合風(fēng)電場群。目 前，雙饋風(fēng)電機(jī)組和永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組因其各自的優(yōu)點(diǎn)已成為風(fēng)電系統(tǒng)的兩大主流機(jī)型， 因此由兩者構(gòu)成的混合風(fēng)電場群將成為未來舊電場擴(kuò)容和大規(guī)模風(fēng)電場群建設(shè)的發(fā)展趨 勢。與僅含單一機(jī)型的風(fēng)電場相比，含雙饋風(fēng)電場和永磁直驅(qū)風(fēng)電場的混合風(fēng)電場群可以 利用兩種風(fēng)電機(jī)組其各自的特點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)電場之間的協(xié)同運(yùn)行，從而提高大規(guī)模風(fēng)電場群的 并網(wǎng)安全運(yùn)行特性。但由于這兩種風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性對電網(wǎng)的影響不盡相同，需對該混 合風(fēng)電場群的運(yùn)行特性及其控制進(jìn)行研宄，特別是該混合風(fēng)電場群的低電壓穿越能力。
[0003] 目前，針對混合風(fēng)電場群的低電壓穿越技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者已展開了相關(guān)工作研宄， 如已公開的下列文獻(xiàn)：
[0004] (1)邢文琦，晁勤.含不同風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電電網(wǎng)仿真研宄，電網(wǎng)技術(shù)，2009， 33(9)99-102, 114.
[0005] (2) S. Foster, L. Xuj B. Fox, Coordinated reactive power control for facilitating fault ride through of doubly fed induction generator-and fixed speed induction generator-based wind farms. IET Renewable Power Generation, 2010, 4(2):128-138.
[0006] (3) Andres E. Leon, Juan Manuel Mauricioj Antonio Gomez-Expositoj ect. An Improved Control Strategy for Hybrid wind farms[J]. IEEE Trans, sustainable ener gy，vol. 1，no. 3, pp. 131-141，October 2010.
[0007] 文獻(xiàn)（I)和文獻(xiàn)（2)針對含有雙饋風(fēng)電場和異步風(fēng)電場的的混合風(fēng)電場群提出了 一種協(xié)調(diào)控制策略，即當(dāng)電網(wǎng)電壓對稱跌落時雙饋風(fēng)電場輸出無功電流從而提高混合風(fēng)電 場群公共點(diǎn)的電壓，使得異步風(fēng)電場的低電壓穿越能力得到明顯提高。而文獻(xiàn)（3)提出了 一種含永磁直驅(qū)風(fēng)電場和異步風(fēng)電場的混合風(fēng)電場群的協(xié)調(diào)控制策略，故障期間利用永磁 直驅(qū)風(fēng)電場向電網(wǎng)和異步風(fēng)電場提供無功支撐，從而提高整個混合風(fēng)電場群的低電壓穿越 能力。但是，目前仍少有文獻(xiàn)對含雙饋風(fēng)電場和永磁直驅(qū)風(fēng)電場的混合風(fēng)電場的低電壓穿 越能力進(jìn)行深入研宄。
[0008] 雙饋風(fēng)電機(jī)組和永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組均具有可以實現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤、變速恒頻發(fā)電 運(yùn)行以及功率解耦控制等優(yōu)點(diǎn)，已成為風(fēng)電系統(tǒng)兩大主流機(jī)型，由兩者組成的混合風(fēng)電場 將成為未來風(fēng)力發(fā)電建設(shè)的必然趨勢。因此，迫切需要一種該混合風(fēng)電場群的對稱故障穿 越控制方法，能夠根據(jù)雙饋風(fēng)電機(jī)組和永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的特點(diǎn)以及風(fēng)電場群的時空分布 特點(diǎn)進(jìn)行協(xié)同控制，從而保障整個風(fēng)電場群不脫網(wǎng)運(yùn)行并且向電網(wǎng)提供無功支撐，以進(jìn)一 步提高電網(wǎng)暫態(tài)電壓水平，對增強(qiáng)整個混合風(fēng)電場群的低電壓穿越能力以及并網(wǎng)安全運(yùn)行 特性具有重要的現(xiàn)實意義，同時有利于大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的快速發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種含雙饋風(fēng)電場和永磁 直驅(qū)風(fēng)電場的混合風(fēng)電場群的對稱故障穿越控制方法，本方法可根據(jù)風(fēng)電機(jī)組自身電流裕 量向電網(wǎng)提供滿足電網(wǎng)導(dǎo)則要求的最大無功電流，以提高電網(wǎng)暫態(tài)電壓水平及混合風(fēng)電場 群的低電壓穿越能力。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0011] 一種含雙饋風(fēng)電場和永磁直驅(qū)風(fēng)電場的混合風(fēng)電場群的對稱故障穿越控制方法， 本方法同時包含對雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變換器、網(wǎng)側(cè)變換器的控制，以及對永磁直驅(qū)風(fēng)電 機(jī)組電機(jī)側(cè)變換器、網(wǎng)側(cè)變換器的控制，各變換器的控制分別如下：
[0012] ㈧雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制步驟為：
[0013] Al)采集雙饋風(fēng)電機(jī)組所處點(diǎn)的風(fēng)速Q(mào)1;基于最大風(fēng)能跟蹤原理，根據(jù)風(fēng)速ω廊 雙饋風(fēng)電機(jī)組參數(shù)計算其捕獲的最大有功功率P dfk;
[0014] Α2)采集三相電網(wǎng)電壓信號仏,。;雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變換器采用電網(wǎng)電壓定向， 則通過三相abc靜止坐標(biāo)軸系到兩相dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的變換得到電網(wǎng)電壓U dq，其中 Ug= U d, Uq= 0 ；
[0015] A3)根據(jù)步驟Al)獲得的雙饋風(fēng)電機(jī)組輸出總的有功功率PDFrc和步驟A2)獲得的 故障期間電網(wǎng)電壓U g，基于下式約束條件，判斷該運(yùn)行情況下雙饋風(fēng)電機(jī)組是否能輸出大 于電網(wǎng)導(dǎo)則最低無功電流要求；
[0016]
【主權(quán)項】
1. 一種含雙饋風(fēng)電場和永磁直驅(qū)風(fēng)電場的混合風(fēng)電場群的對稱故障穿越控制方法，其 特征在于；本方法同時包含對雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變換器、網(wǎng)側(cè)變換器的控制，W及對永磁 直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組電機(jī)側(cè)變換器、網(wǎng)側(cè)變換器的控制，各變換器的控制分別如下： (A)雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制步驟為： A1)采集雙饋風(fēng)電機(jī)組所處點(diǎn)的風(fēng)速基于最大風(fēng)能跟蹤原理，根據(jù)風(fēng)速《 1和雙饋 風(fēng)電機(jī)組參數(shù)計算其捕獲的最大有功功率Pdm。； A2)采集S相電網(wǎng)電壓信號Ugb。;雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變換器采用電網(wǎng)電壓定向，則通 過S相油C靜止坐標(biāo)軸系到兩相dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的變換得到電網(wǎng)電壓Ud。，其中Ug= Ud，Uq=〇; A3)根據(jù)步驟Al)獲得的雙饋風(fēng)電機(jī)組輸出總的有功功率PwK和步驟A2)獲得的故障 期間電網(wǎng)電壓Ug，基于下式約束條件，判斷該運(yùn)行情況下雙饋風(fēng)電機(jī)組是否能輸出大于電 網(wǎng)導(dǎo)則最低無功電流要求；
A4)若滿足A3)中的約束條件，則根據(jù)步驟A1)獲得的雙饋風(fēng)電機(jī)組輸出總的有功功率 和步驟A。獲得的故障期間電網(wǎng)電壓Ug計算雙饋風(fēng)電機(jī)組的無功電流極限i ，并 將其作為故障期間雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變換器q軸電流給定值其中雙饋風(fēng)電機(jī)組定、 轉(zhuǎn)子側(cè)的無功電流極限計算公式如下所示：
式中，L,、Lm分別為雙饋風(fēng)電機(jī)組定、轉(zhuǎn)子繞組全電感W及定轉(zhuǎn)子繞組之間的互感； 為雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變換器允許運(yùn)行的最大電流；《S為雙饋風(fēng)電機(jī)組的同步轉(zhuǎn) 速；kW為風(fēng)力機(jī)有關(guān)的常數(shù)；N為齒輪箱增速比； 若不滿足A3)中的約束條件，則按照電網(wǎng)導(dǎo)則的最低無功電流要求1.5(0. 9-Ug) Iw，0. 2pu《0. 9pu作為故障期間轉(zhuǎn)子側(cè)變換器q軸電流給定值4;_d; A5)基于步驟A4)計算得到的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器q軸電流給定值皆D，再根據(jù)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器 允許運(yùn)行的最大電流計算d軸電流給定值，其計算公式如下所示：
A6)根據(jù)步驟A4)和步驟A5)計算得到的雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變換器dq軸電流給定 值，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器采用電流閉環(huán)矢量控制策略，其控制電壓和直流量電壓Ud。通過空間矢量 調(diào)制產(chǎn)生轉(zhuǎn)子側(cè)變換器PWM驅(qū)動信號，W實現(xiàn)向電網(wǎng)提供滿足電網(wǎng)導(dǎo)則無功電流要求下的 最大無功電流。 炬）雙饋風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變換器的控制步驟為： Bl)雙饋風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變換器采用矢量控制策略，其控制電壓和直流量電壓Ud。通過空 間矢量調(diào)制產(chǎn)生網(wǎng)側(cè)變換器PWM驅(qū)動信號，W維持直流母線電壓穩(wěn)定。 (C)永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變換器的控制步驟為： C1)采集永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組所處點(diǎn)的風(fēng)速《 2;基于最大風(fēng)能跟蹤原理，根據(jù)風(fēng)速《 2和 永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組參數(shù)計算其捕獲的最大有功功率PpMS。； C。根據(jù)步驟Cl)獲得的永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組輸出總的有功功率Pp"s郝步驟A。獲得的 故障期間電網(wǎng)電壓Ug，基于下式約束條件，判斷該運(yùn)行情況下永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組是否能輸 出大于電網(wǎng)導(dǎo)則最低無功電流要求；
C3)若滿足C2)中的約束條件，則根據(jù)步驟C1)獲得的永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組輸出總的有 功功率和步驟A2)獲得的故障期間電網(wǎng)電壓Ug計算永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的無功電流極 限，并將其作為故障期間永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變換器q軸電流給定值這_p，其無功 電流極限計算公式如下所示：
式中為永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變換器允許運(yùn)行的最大電流； 若不滿足C2)中的約束條件，則按照電網(wǎng)導(dǎo)則的最低無功電流要求1.5(0. 9-Ug) Iw，〇. 2pu《0. 9pu作為故障期間永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變換器q軸電流給定值Clp; C4)基于步驟C3)計算得到的永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變換器q軸電流給定值Cp，再根 據(jù)網(wǎng)側(cè)變換器允許運(yùn)行的最大電流Igmaui十算d軸電流給定值，其計算公式如下所示：
蝴根據(jù)步驟蝴和步驟C4)計算得到的永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變換器dq軸電流給定 值，網(wǎng)側(cè)變換器采用電流閉環(huán)矢量控制策略，其控制電壓和直流量電壓Ud。通過空間矢量調(diào) 制產(chǎn)生網(wǎng)側(cè)變換器PWM驅(qū)動信號，W實現(xiàn)向電網(wǎng)提供滿足電網(wǎng)導(dǎo)則無功電流要求下的最大 無功電流。 值）永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組電機(jī)側(cè)變換器的控制步驟為： D1)永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組電機(jī)側(cè)變換器采用矢量控制策略，其控制電壓和直流量電壓Ud。 通過空間矢量調(diào)制產(chǎn)生電機(jī)側(cè)變換器PWM驅(qū)動信號，W維持直流母線電壓穩(wěn)定。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含雙饋風(fēng)電場和永磁直驅(qū)風(fēng)電場的混合風(fēng)電場群的對稱故障穿越控制方法，本方法同時包含對雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變換器、網(wǎng)側(cè)變換器的控制，以及永磁直驅(qū)機(jī)組電機(jī)側(cè)變換器、網(wǎng)側(cè)變換器的控制。通過對雙饋風(fēng)電機(jī)組和永磁直驅(qū)機(jī)組的協(xié)同控制，利用兩種機(jī)組各自的特點(diǎn)及電流裕量在全工況下向電網(wǎng)輸出滿足風(fēng)電場并網(wǎng)導(dǎo)則要求的最大無功電流，為電網(wǎng)電壓提供最大無功支撐，進(jìn)一步提高故障期間電網(wǎng)暫態(tài)電壓水平，增強(qiáng)整個混合風(fēng)電場的低電壓穿越能力。其效果主要有：1. 在全工況下可向電網(wǎng)提供滿足電網(wǎng)導(dǎo)則要求的最大無功電流，為電網(wǎng)電壓提供最大無功支撐。2. 減小故障前后有功功率的變化，提高風(fēng)電系統(tǒng)的并網(wǎng)安全穩(wěn)定性。
【IPC分類】H02J3-16, H02J3-38, H02P101-15, H02P9-10
【公開號】CN104795842
【申請?zhí)枴緾N201510235771
【發(fā)明人】姚駿, 余夢婷, 趙磊, 譚義
【申請人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年5月11日