CN103501010A - 一种双滞环控制的风电场无功支撑方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双滞环控制的风电场无功支撑方法，包括步骤有：（1）首先经过PI环节产生d、q轴的电流参考值；（2）提取出电网的并网接入点的瞬时有功电流、瞬时无功电流；（3）将（2）步的瞬时有功电流、瞬时无功电流与（1）步所得到的电流参考值相比较，使STATCOM输出电流能够跟踪其参考值；利用电压空间双滞环控制得到PWM控制的触发脉冲；（4）在PWM控制环节引入电压空间矢量双滞环控制；（5）精确输出无功电流；（6）精确跟踪控制参考电流的变化，满足风电场无功补偿的需要。本发明方法具有跟踪无过冲、动态性能好、控制简单、便于实时控制等优点，有效的满足了风电场无功补偿的需要。

Description

一种双滞环控制的风电场无功支撑方法
技术领域
本发明属于风力发电低压穿越能力技术领域，涉及对于风电并网点的稳定性问题和对电力系统的无功功率补偿的问题，具体是基于空间矢量双滞环控制的风电场低电压穿越无功支撑控制方法。
背景技术
随着风力发电在电网中所占比重的大幅增加，系统对于风电场的稳定运行要求越来越高，而风电场的低电压穿越正是并网技术要求的关键一项。有关国家标准标准已经有比较明确的规定，风电场电压跌落到额定电压的20%持续时间不超过625ms、在2s时间以内电压恢复到90%额定电压的范围内风电场不允许脱网，如超过此范围风电场允许脱网，但是这一标准对风力发电机制造企业的约束不足，绝大多数风力发电机在出厂后都不具备该能力。因此，除了对单台风力发电机进行改造以外，还应该在风电接入点出接入STATCOM装置，以保证风电场达到并网的技术要求。
由于风速的随机变化容易导致风电场输出功率的波动，当无功功率补偿不足时，甚至会引起电压闪变；当电网发生故障时，风电场要能够保持并网运行，甚至向电网提供无功功率，帮助系统恢复，避免风电场脱网造成更大事故，即风电场应该具备一定的低压穿越能力。以上两个方面，都要求风电场具有一定的无功补偿能力，而现有的电容器组的补偿方式很难满足风电场的动态补偿要求，因此需要引入静止同步补偿器（STATCOM）应用于风电场，使其与风电场原有的无功补偿器件相配合，提高并网风电场的稳定性和低电压穿越能力。
STATCOM与一般使用连续无功补偿设备（SVC）比较起来，具有调节范围大，响应速度快，谐波含量小，占地面积小等特点，而且在电网电压跌落时可以提供更多的无功功率支持。STATCOM的基本原理是将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态补偿的目的。又由于直流侧采用的电容和电压的两种储能元件的不同，可以分为电压型和电流型两种。无论是电压型还是电流型的STATCOM其动态补偿机理是相同的，但是由于效率问题，常用电压型STATCOM。
STATCOM的控制目标为：调节其输出的有功功率，以保证直流侧的电压稳定；同时控制输出无功功率，从而改善系统功率因数，或者调节并网点电压，改善其电压水平。这个控制目标可以通过调节STATCOM输出电流的d、q分量实现。STATCOM控制器一般包括外环、内环两层PI控制结构。外环包括直流电压控制环节、无功功率或者并网点电压控制环节，主要产生d、q轴的电流参考值。内环控制将得到的参考值与瞬时无功功率检测技术得到、比较之后解耦，控制PWM出发脉冲，从而达到控制目的。
传统的STATCOM控制方法主要有PWM技术和滞环控制两种方式，PWM技术可以获得恒定的开关频率，装置安全性较高，但响应速度受闭环稳定性要求影响，即便是在稳态也会出现明显的滞后误差。滞环控制可以获得较好的控制性能，精确度较高且响应快，属于实时控制，硬件电路简单，理论上无需系统参数，但开关频率可能波动较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双滞环控制的风电场无功支撑方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种双滞环控制的风电场无功支撑方法，电力系统通过配电网变压器与风电场相连，静止同步补偿器STATCOM，接入配电网变压器，保证风电场与电力系统接入点的电压稳定，其特征在于包括方法如下：
（1）首先根据STATCOM直流侧的电压控制环节、无功功率或者并网点电压控制环节，经过PI环节产生d、q轴的电流参考值；
（2）利用瞬时无功检测技术，提取出电网的并网接入点的瞬时有功电流、瞬时无功电流；
（3）将（2）步的瞬时有功电流、瞬时无功电流与（1）步所得到的电流参考值相比较，使STATCOM输出电流能够跟踪其参考值；利用电压空间双滞环控制得到PWM控制的触发脉冲；
（4）在PWM控制环节引入电压空间矢量双滞环控制；
（5）精确输出无功电流；参考电压u*所在的复平面区间由电流变化率δ和当前换流器的开关状态确定，从而选取最佳的电压矢量控制，精确输出无功电流；
（6）将原有的PWM技术和滞环控制的优点相互结合，精确跟踪控制参考电流的变化，满足风电场无功补偿的需要。
而且，所述步骤（3）的利用电压空间双滞环控制得到PWM控制的触发脉冲的具体方法为：由于STATCOM各电压、电流量在d、q轴之间存在耦合，因此通过解耦得到参考电压ud*、uq*，再利用电压空间双滞环控制得到PWM控制的触发脉冲。
而且，所述步骤（4）在PWM控制环节引入电压空间矢量双滞环控制的具体方法是：将控制变量u*在复平面上分为内滞环控制和外滞环控制两个区间，外环滞环控制用于系统受扰动后的暂态过程或电流变化率δ超过系统设定值的情况下的控制；内环滞环控制用于参考电流的变化率δ在设计范围内的稳态控制。
本发明的优点和积极效果是：
对于传统滞环控制的中存在的IGBT动作频率过快，谐波含量较多的问题，本专利结合了PWM控制技术，引入了空间矢量，在复平面上实现实时控制，具有跟踪无过冲、动态性能好、控制简单、便于实时控制等优点。能够有效的满足风电场无功补偿的实际需要，达到低压穿越的技术要求。
附图说明
图1为风电场并网点的系统框图；
图2为本发明方法的STATCOM控制框图；
图3为实例中算例系统示意图；
图4为实例中采用电压空间矢量双滞环控制参考电压u*的运动轨迹图；
图5为实例中采用电压空间矢量双滞环控制参考电流的变化率δ的暂态分布图；
图6为实例中风电机组机端电压仿真结果图，横坐标为仿真时间，纵坐标为机端电压；
图7为实例中风电机转子转速仿真结果图，横坐标为仿真时间，纵坐标为转子转速；
图8为实例中STATCOM发出的无功功率仿真结果图，横坐标为仿真时间，纵坐标为STATCOM发出的无功功率。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述，需要强调的是，以下实施方式是说明性的，而不是限定性的，不能以此实施方式作为对本发明的限定。
一种双滞环控制的风电场无功支撑方法，如图1或2所示，电力系统通过配电网变压器与风电场相连，静止同步补偿器STATCOM，接入配电网变压器，保证风电场与电力系统接入点的电压稳定。
（1）首先根据STATCOM直流侧的电压控制环节、无功功率或者并网点电压控制环节，经过PI环节产生d、q轴的电流参考值；
（2）利用瞬时无功检测技术，提取出电网的并网接入点的瞬时有功电流、瞬时无功电流；
（3）将（2）步的瞬时有功电流、瞬时无功电流与（1）步所得到的电流参考值相比较，使STATCOM输出电流能够跟踪其参考值，由于STATCOM各电压、电流量在d、q轴之间存在耦合，因此通过解耦得到参考电压ud*、uq*，再利用电压空间双滞环控制得到PWM控制的触发脉冲；
（4）在PWM控制环节引入电压空间矢量双滞环控制，其具体方法是：将控制变量u*在复平面上分为内滞环控制和外滞环控制两个区间，外环滞环控制主要用于系统受扰动后的暂态过程或电流变化率δ超过系统设定值的情况下的控制；内环滞环控制主要用于稳态控制，这时参考电流的变化率δ在设计范围内，应采用更为精确的控制；
（5）参考电压u*所在的复平面区间由电流变化率δ和当前换流器的开关状态确定，从而选取最佳的电压矢量控制，精确的输出无功电流；
（6）将原有的PWM技术和滞环控制的优点相互结合，精确跟踪控制参考电流的变化，满足风电场无功补偿的需要。
实例
以双馈异步风电机组为例来进行仿真分析，本算例中风电机组为两台容量为1.5MW的双馈异步风力发电机，发电机机端电压为690V，然后通过电缆与一台0.69/35KV的变压器相连，后通过一条25Km长的输电线路送到风电场的升压站，升至110KV,最后接入电网。STATCOM安装在风电场升压变压器的高压侧，安装容量为10Mvar，电网电压在2.0s跌落至20%且持续625ms，2.625s后故障切除，仿真期间，风速始终为恒定风速10m/s，附图3-8分别给出了实例中算例系统的示意结构；实例中采用电压空间矢量双滞环控制参考电压u*的运动轨迹；实例中采用电压空间矢量双滞环控制参考电流的变化率δ的暂态分布；实例中风电机组机端电压仿真结果，横坐标为仿真时间，纵坐标为机端电压；实例中风电机转子转速仿真结果，横坐标为仿真时间，纵坐标为转子转速；实例中STATCOM发出的无功功率仿真结果，横坐标为仿真时间，纵坐标为STATCOM发出的无功功率。
结论：在电网发生严重故障时，STATCOM装置能为风电场快速的提供无功支撑，有助于风电机组机端电压快速恢复，有效抑制转子加速，能大大改善系统的暂态稳定性。
本专利通过图形化仿真软件PSCAD/EMTDC进行验证，仿真参数由实际检测所得，经验证，能够满足风电场实际运行的需要，有效的提供无功功率，保证风电场与系统并网点的电压稳定，达到低压穿越的技术标准。

Claims (3)

1.一种双滞环控制的风电场无功支撑方法，电力系统通过配电网变压器与风电场相连，静止同步补偿器STATCOM，接入配电网变压器，保证风电场与电力系统接入点的电压稳定，其特征在于包括方法如下：
（1）首先根据STATCOM直流侧的电压控制环节、无功功率或者并网点电压控制环节，经过PI环节产生d、q轴的电流参考值；
（2）利用瞬时无功检测技术，提取出电网的并网接入点的瞬时有功电流、瞬时无功电流；
（3）将（2）步的瞬时有功电流、瞬时无功电流与（1）步所得到的电流参考值相比较，使STATCOM输出电流能够跟踪其参考值；利用电压空间双滞环控制得到PWM控制的触发脉冲；
（4）在PWM控制环节引入电压空间矢量双滞环控制；
（5）精确输出无功电流；参考电压u*所在的复平面区间由电流变化率δ和当前换流器的开关状态确定，从而选取最佳的电压矢量控制，精确输出无功电流；
（6）将原有的PWM技术和滞环控制的优点相互结合，精确跟踪控制参考电流的变化，满足风电场无功补偿的需要。
2.根据权利要求1所述的双滞环控制的风电场无功支撑方法，其特征在于：所述步骤（3）的利用电压空间双滞环控制得到PWM控制的触发脉冲的具体方法为：由于STATCOM各电压、电流量在d、q轴之间存在耦合，因此通过解耦得到参考电压ud*、uq*，再利用电压空间双滞环控制得到PWM控制的触发脉冲。
3.根据权利要求1所述的双滞环控制的风电场无功支撑方法，其特征在于：所述步骤（4）在PWM控制环节引入电压空间矢量双滞环控制的具体方法是：将控制变量u*在复平面上分为内滞环控制和外滞环控制两个区间，外环滞环控制用于系统受扰动后的暂态过程或电流变化率δ超过系统设定值的情况下的控制；内环滞环控制用于参考电流的变化率δ在设计范围内的稳态控制。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904971A (zh) * 2014-04-15 2014-07-02 上海电机学院 基于双馈异步电机的故障控制装置及其方法
CN104253553A (zh) * 2014-09-25 2014-12-31 河海大学 具有滞回特性的V/f-PQ型微电网逆变器电源
CN105429166A (zh) * 2015-07-01 2016-03-23 上海电机学院 一种基于无功控制的pmsg低电压穿越系统
CN107240930A (zh) * 2017-06-18 2017-10-10 长沙无道工业设计有限公司 一种基于双馈式风力发电系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101136582A (zh) * 2007-09-03 2008-03-05 中国科学院电工研究所 一种全功率变流器直流侧卸荷电路的控制方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101136582A (zh) * 2007-09-03 2008-03-05 中国科学院电工研究所 一种全功率变流器直流侧卸荷电路的控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
唐杰: "配电网静止同步补偿器（D_STATCOM）的理论与技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技II辑》, 15 May 2008 (2008-05-15), pages 042 - 21 *
姜俊峰等: "有源滤波器的电压空间矢量双滞环电流控制新方法", 《中国电机工程学报》, vol. 24, no. 10, 31 October 2004 (2004-10-31), pages 83 - 86 *
翁海霞: "基于瞬时无功理论的STATCOM电流检测方法与控制技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》, no. 4, 15 April 2012 (2012-04-15), pages 042 - 665 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904971A (zh) * 2014-04-15 2014-07-02 上海电机学院 基于双馈异步电机的故障控制装置及其方法
CN104253553A (zh) * 2014-09-25 2014-12-31 河海大学 具有滞回特性的V/f-PQ型微电网逆变器电源
CN105429166A (zh) * 2015-07-01 2016-03-23 上海电机学院 一种基于无功控制的pmsg低电压穿越系统
CN107240930A (zh) * 2017-06-18 2017-10-10 长沙无道工业设计有限公司 一种基于双馈式风力发电系统

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