CN107895968B - 一种直驱型风力发电机组高电压穿越控制方法 - Google Patents

一种直驱型风力发电机组高电压穿越控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及直驱型风力发电机组技术领域，尤其是一种直驱型风力发电机组高电压穿越控制方法，该方法包括：通过实时检测并网点电压和直流母线电压；通过计算电网电压和额定电压之差，如果差值在10％以内，则采用无功电流为零的单位功率因数控制；如果差值超过10％但小于20％，则通过提出的无功电流计算公式计算无功电流参考值或者根据电网调度指令设置无功电流参考值，然后根据无功电流参考值和网侧逆变器的容量计算得到有功电流参考值；如果差值超过20％,发出封锁信号，切除风力发电机组。在电网电压升高期间，运用超级电容来吸收直流侧不平衡的能量。本发明方法可以实现直驱型风力发电机组在电网电压升高期间不脱网运行，提高了直驱型风力发电机组工作的稳定性。

Description

一种直驱型风力发电机组高电压穿越控制方法
技术领域
本发明涉及直驱型风力发电机组技术领域，尤其涉及一种直驱型风力发电机组高电压穿越控制方法。
背景技术
直驱永磁同步风力发电机组以其结构较简单，发电效率较高，以及运行可靠性好等优点，已成为现代大型变速恒频风电机组主要的发展方向之一。随着风电装机容量的增加，风电与电网间的相互影响变得越来越明显，尤其是风电机组对电网的抵御能力，电网电压的跌落和骤升都会对风电机组的运行产生影响，严重情况下会导致风电机组脱网运行。
目前，风电在电网中的占比已经达到较高的水平，一遇到电网故障就脱网运行，则会增加局部电网故障的恢复控制难度，恶化电网安全稳定运行，甚至会加剧故障，引起连锁反应并导致系统崩溃。
随着部分地区风电机组低电压穿越改造完成，电网电压骤升将成为风力发电机组脱网的主要问题之一。因此，急需研究出一种风电机组高电压穿越控制的方法，来解决直驱型风电机组因电网电压骤升而脱网运行的技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中直驱型风电机组因电网电压骤升而脱网运行的技术问题，而提出直驱型风力发电机组高电压穿越控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种直驱型风力发电机组高电压穿越控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：
步骤一：实时检测网侧电网电压有效值，以相电压峰值为基准，算出相电压标幺值
Figure GDA0002773582420000021
式中
Figure GDA0002773582420000022
Eph为网侧电网相电压峰值，VLL为并网点线电压有效值，Eph_b为额定状态下并网点相电压峰值；
步骤二：判断相电压标幺值Eph_pu是否大于1.1pu；
步骤三：如果1.1pu<Eph_pu<1.2pu，则通过步骤四的公式计算可得无功电流参考值，并根据无功电流值，通过步骤五的公式计算有功电流的上限值；
步骤四：通过下面公式计算无功电流参考值：
Figure GDA0002773582420000023
式中
Figure GDA0002773582420000024
ki为并网点电流的最大值和额定值之比，kv电网电压的升高水平,为并网点电压与额定电网电压之比，a为高电压穿越时网侧逆变器调制度和额定状态下调制度之比，Lpu为网侧逆变器的滤波电感的标幺值，im_pu为额定状态下并网点电流的标幺值，可取为1pu，k为直流侧电压和并网点相电压峰值之比，Em为额定状态下电网相电压峰值；
步骤五：通过下面公式计算有功电流的上限值：
Figure GDA0002773582420000031
式中ki为并网点电流的最大值和额定值之比，im_pu为并网点电流的额定值的标幺值；
步骤六：如果ELL_pu＜1.1pu，则采用无功电流为零的单位功率因数并网的控制策略；如果ELL_pu>1.2pu,发封锁信号，切除风力发电机组。
步骤七：实时检测直流侧电压，在电网电压升高期间，投入超级电容吸收直流侧不平衡的能量，所述的超级电容经双向DC/DC变流器并联在直流侧。高电压穿越期间，控制Ctr13输出低电平，超级电容控制采用直流侧电压为外环，输出电流为内环的双闭环控制策略，储存发电机发出的多余电能，维持直流母线电压恒定；当电网恢复故障时，风速较低时，控制Ctr13输出高电平，采用输出功率为外环，输出电流为内环的双闭环控制策略，将储存在超级电容中的能量送入电网。
该种方法可以实时检测网侧电网电压有效值，依据电网电压的升高水平来计算无功电流参考值，执行高电压穿越子程序，在电网电压升高期间，运用超级电容来吸收直流侧不平衡的能量。
本发明提出的一种直驱型风力发电机组高电压穿越控制方法，有益效果在于：该方法简单易行、操作方便、科学高效，可根据电网电压的升高水平提供有针对性的方法来计算无功电流参考值，有效地解决了直驱型风力发电机组因电网电压骤升而脱网运行的不利情况。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明含超级电容直驱风电系统的结构示意图；
图3是本发明高电压穿越网侧逆变器的控制示意图；
图4是本发明高电压穿越直流侧双向DC/DC的控制示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1-4所示，在本实例中，提供了一种直驱型风力发电机组高电压穿越控制方法：
步骤一：实时检测网侧电网电压有效值，以相电压峰值为基准，算出相电压标幺值
Figure GDA0002773582420000042
式中
Figure GDA0002773582420000043
Eph为网侧电网相电压峰值，VLL为并网点线电压，Eph_b为额定情况下并网点相电压峰值；
步骤二：判断相电压标幺值Eph_pu是否大于1.1pu；
步骤三：如果1.1pu<Eph_pu<1.2pu，则通过步骤四的公式计算可得无功电流参考值，并根据无功电流值，通过步骤五的公式计算有功电流的上限值；
步骤四：通过下面公式(1)计算无功电流参考值：
Figure GDA0002773582420000041
式中
Figure GDA0002773582420000051
ki为并网点电流的最大值和额定值之比，kv电网电压的升高水平，a为高电压穿越时网侧逆变器调制度和额定状态下调制度之比，Lpu为网侧逆变器的滤波电感的标幺值，im_pu为额定状态下并网点电流的标幺值，可取为1pu，k为直流侧电压和并网点相电压峰值之比，Em为额定状态下电网相电压峰值；
步骤五：通过下面公式(2)计算有功电流的上限值：
Figure GDA0002773582420000052
式中ki为并网点电流的最大值和额定值之比，im_pu为并网点电流的额定值的标幺值；
步骤六：如果ELL_pu＜1.1pu，则采用无功电流为零的单位功率因数并网的控制策略，有功电流的参考值由模式Ctr11中的“1”决定，即由直流电压外环给定；无功电流由模式Ctr12中的“1”决定，亦即其参考值设置为0；如果ELL_pu>1.2pu,发出封锁信号，切除风力发电机组。
步骤七：实时检测直流侧电压，在电网电压升高期间，投入超级电容吸收直流侧不平衡的能量，按照电网电压升高的幅值和持续时间选取超级电容的容量。高电压穿越期间，控制Ctr13输出低电平，超级电容控制采用直流侧电压为外环，输出电流为内环的双闭环控制策略，储存发电机发出的多余电能，维持直流母线电压恒定；当电网恢复故障时，风速较低时，控制Ctr13输出高电平，采用输出功率为外环，输出电流为内环的双闭环控制策略，将储存在超级电容中的能量送入电网。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种直驱型风力发电机组高电压穿越控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一：实时检测网侧电网电压有效值，以相电压峰值为基准，算出相电压标幺值
Figure FDA0002728919680000011
式中
Figure FDA0002728919680000012
Eph为网侧电网相电压峰值，VLL为并网点线电压，Eph_b为额定状态下并网点相电压峰值；
步骤二：判断相电压标幺值Eph_pu是否大于1.1pu；
步骤三：如果1.1pu<Eph_pu<1.2pu,则通过步骤四的公式计算可得无功电流参考值，并根据无功电流值，通过步骤五的公式计算有功电流的上限值；
步骤四：通过下面公式计算无功电流参考值：
Figure FDA0002728919680000013
式中
Figure FDA0002728919680000014
Figure FDA0002728919680000015
ki为并网点电流的最大值和额定值之比，kv电网电压的升高水平，a为高电压穿越时网侧逆变器调制度和额定状态下调制度之比，Lpu为网侧逆变器的滤波电感的标幺值，im_pu为额定状态下并网点电流的标幺值，可取为1pu，k为直流侧电压和并网点相电压峰值之比，Em为额定状态下电网相电压峰值；
步骤五：通过下面公式计算有功电流的上限值：
Figure FDA0002728919680000021
式中ki为并网点电流的最大值和额定值之比，im_pu为并网点电流额定值的标幺值；
步骤六：如果Eph_pu＜1.1pu，则采用无功电流为零的单位功率因数并网控制策略；如果Eph_pu>1.2pu,发出封锁信号，切除风力发电机组。
步骤七：实时检测直流侧电压，在电网电压升高期间，投入超级电容吸收直流侧不平衡的能量，按照电网电压升高的幅值和持续时间选取超级电容的容量。高电压穿越期间，控制Ctr13输出低电平，超级电容控制采用直流侧电压为外环，输出电流为内环的双闭环控制策略，储存发电机发出的多余电能，维持直流母线电压恒定；当电网恢复故障时，风速较低时，控制Ctr13输出高电平，采用输出功率为外环，输出电流为内环的双闭环控制策略，将储存在超级电容中的能量送入电网。
2.根据权利要求1所述的一种直驱型风力发电机组高电压穿越控制方法，其特征在于，所述的超级电容经双向DC/DC变流器并联在直流侧。
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