CN110165705B - 海上双馈风电机组高电压穿越控制方法及系统 - Google Patents
海上双馈风电机组高电压穿越控制方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法及系统，该海上双馈风电机组高电压穿越控制方法包括：获取并网点电压标幺值和并网点电压升高的持续时间；确定是否启动高电压穿越控制模式降低并网点电压；在高电压穿越控制模式启动后，判断网侧变流器输出有功电流值是否超过网侧变流器正常工作能承受的有功电流最大值；当有功电流值超过有功电流最大值时，判断直流链路电压是否超过直流链路电压的临界值；当直流链路电压超过该临界值时，启动超级电容储能模块。本发明旨在解决现有技术中的海上双馈风电机组由于电网电压骤升可能带来的机组脱网事故的问题。
Description
技术领域
本发明涉及海上风力发电技术领域，尤其涉及一种基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，以及应用该控制方法的海上双馈风电机组高电压穿越控制系统。
背景技术
根据全球风能理事会(GWEC)最新发布的《2018全球风电发展报告》数据，2011～2018年全球海上风电装机容量持续上升，而2018年我国新增装机容量1800MW，已超越美国成为全球海上风电增长最快的国家，这种趋势表明海上风电已成为我国未来新能源发展的主力。但是，随着高比例海上风电机组大规模接入局部电网，风电机组对电网电压稳定性的影响越来越大。海上风电除了要考虑陆上风电系统产生高电压的因素外，由于海洋的客观环境和独特的电能传输形式，海底电缆对地电容的作用、倒闸操作过程中变压器、海底电缆等一次设备的充放电都更易造成连接海上风电场的电网过电压故障。因此，研究海上风电场的高电压穿越控制技术对于避免电网过电压引发大规模海上风电机组脱网事故具有重要的意义。
目前，针对陆上风电机组的高电压穿越控制方法研究较多，如借助外界辅助设备、改进控制器设计、增加变阻尼或虚拟阻抗、增加组合保护电路等控制策略来提高单台风机的高电压穿越能力；针对风电场群主要通过增加无功补偿装置来补偿并网点的电压至恢复正常水平。
现有技术中的高电压穿越控制方法没有充分调用风电机组网侧变流器的电压协调能力，也没有考虑到加入无功补偿装置后由于其响应时间较长而可能引起电压骤升程度更高的情况，因此需要提供一种新的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法来解决海上风力发电过程中存在的电网电压骤升程度升高的情况。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，旨在解决海上风力发电过程中存在的电网电压骤升程度升高的问题。
为实现上述目的，本发明提供的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法中，所述双馈风电机组包括依次连接的风轮机、齿轮箱、双馈异步感应发电机、转子侧变流器、直流链路电容和网侧变流器，所述直流链路电容并联有超级电容储能模块；所述海上双馈风电机组高电压穿越控制方法包括如下步骤：
获取所述双馈风电机组的并网点电压的最大电压值和额定电压值，并获取所述并网点电压升高的持续时间，根据所述最大电压值和所述额定电压值，确定并网点电压标幺值；
根据所述电压标幺值和所述持续时间是否达到设定条件，确定是否启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压；
在所述高电压穿越控制模式启动后，判断网侧变流器输出有功电流值是否超过网侧变流器正常工作能承受的有功电流最大值；
当所述有功电流值超过所述有功电流最大值时，判断直流链路电压是否超过所述直流链路电压的临界值；
当所述直流链路电压超过所述直流链路电压的临界值时，启动所述超级电容储能模块以降低直流链路电压；
超级电容启动采用双闭环串级控制，外环是电压控制环，追踪直流链路电压；内环是电流控制环，跟踪超级电容电流指令提高控制系统的响应速度。
优选地，所述在所述高电压穿越控制模式启动后，判断网侧变流器输出有功电流值是否超过网侧变流器正常工作能承受的有功电流最大值的步骤，包括：
在所述高电压穿越控制模式启动后，获取直流链路电压、发电机组转子电流和并网点电压，根据所述直流链路电压、所述发电机组转子电流和所述并网点电压确定网侧变流器输出有功电流值：
获取网侧变流器的额定电流值和设定系数，根据所述额定电流值和所述设定系数确定所述网侧变流器的电流上限值。
获取定子角速度以及网侧变流器交流侧电感值，根据直流链路电压、并网点电压、定子角速度以及网侧变流器交流侧电感值，确定注入所述网侧变流器的无功电流值；
根据所述电流上限值和所述无功电流值，确定所述网侧变流器有功电流最大值；
判断网侧变流器输出有功电流值是否超过注入网侧变流器的有功电流最大值。
优选地，所述在所述高电压穿越控制模式启动后，判断网侧变流器输出有功电流值是否超过网侧变流器正常工作能承受的有功电流最大值的步骤之后，还包括：
当所述有功电流值不超过所述有功电流最大值时，将所述有功电流值作为有功电流值参考值参与网侧变流器控制以降低所述并网点电压。
优选地，所述根据所述电压标幺值和所述持续时间是否达到设定条件，确定是否启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压的步骤，包括：
获取暂态运行控制条件；
判断所述电压标幺值和所述持续时间是否满足所述暂态运行控制条件；
当所述电压标幺值和所述持续时间满足所述暂态运行控制条件时，启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压。
优选地，所述根据所述电压标幺值和所述持续时间是否达到设定条件，确定是否启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压的步骤，包括：
获取第一暂态运行控制条件、第二暂态运行控制条件和第三暂态运行控制条件，其中，所述第一暂态运行控制条件、第二暂态运行控制条件和第三暂态运行控制条件对应的电压标幺值取值区间逐渐增大；
判断所述电压标幺值和所述持续时间是否满足所述第一暂态运行控制条件、所述第二暂态运行控制条件和所述第三暂态运行控制条件中的一者；
当所述电压标幺值满足所述第一暂态运行控制条件时，启动第一高电压穿越控制模式降低所述并网点电压；
当所述电压标幺值满足所述第二暂态运行控制条件时，启动第二高电压穿越控制模式降低所述并网点电压；
当所述电压标幺值满足所述第三暂态运行控制条件时，启动第三高电压穿越控制模式降低所述并网点电压。
优选地，所述根据所述电压标幺值和所述持续时间是否达到设定条件，确定是否启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压的步骤，还包括：
获取稳态运行控制条件和切机控制条件；
判断所述电压标幺值和所述持续时间是否满足所述稳态运行控制条件或所述切机控制条件；
当所述电压标幺值和所述持续时间满足所述稳态运行控制条件时，不启动所述高电压穿越控制模式；
当所述电压标幺值和所述持续时间满足所述切机控制条件时，将所述双馈风电机组与电网的连接切断。
优选地，所述海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，还包括：
获取所述高电压穿越控制模式启动后的并网点电压标幺值和并网点电压升高的持续时间；
判断所述高电压穿越控制模式启动后的并网点电压标幺值和并网点电压升高的持续时间是否达到高电压穿越控制模式的结束条件；
当所述启动所述高电压穿越控制模式后的并网点电压标幺值和并网点电压升高的持续时间达到高电压穿越控制模式的结束条件时，结束所述高电压穿越控制模式；
当所述启动所述高电压穿越控制模式后的并网点电压标幺值和并网点电压升高的持续时间未达到高电压穿越控制模式的结束条件时，继续运行所述高电压穿越控制模式。
优选地，所述当所述有功电流值超过所述有功电流最大值时，判断所述直流链路电压是否超过所述直流链路电压的临界值的步骤，包括：
当所述有功电流值超过所述有功电流最大值时，获取直流链路电压、并网点电压和调制系数；
根据所述并网点电压和所述调制系数计算直流链路电压的临界值；
判断所述直流链路电压是否超过所述直流链路电压的临界值。
优选地，所述当所述有功电流值超过所述有功电流最大值时，判断所述直流链路电压是否超过所述直流链路电压的临界值的步骤之后，还包括：
当所述直流链路电压不超过所述直流链路电压的临界值时，控制所述网侧变流器进入稳态控制模式。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种海上双馈风电机组高电压穿越控制系统，应用如上述任一项所述的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的步骤。
在本发明中，该基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法需要获取所述双馈风电机组的并网点电压的最大电压值和额定电压值，并获取所述并网点电压升高的持续时间，根据所述最大电压值和所述额定电压值，确定并网点电压标幺值；根据所述电压标幺值和所述持续时间是否达到设定条件，确定是否启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压；在所述高电压穿越控制模式启动后，判断网侧变流器输出有功电流值是否超过网侧变流器正常工作能承受的有功电流最大值；当所述有功电流值超过所述有功电流最大值时，判断直流链路电压是否超过所述直流链路电压的临界值；当所述直流链路电压超过所述直流链路电压的临界值时，启动所述超级电容储能模块以降低直流链路电压。本发明在所述直流链路电压超过所述直流链路电压的临界值时，启动所述超级电容储能模块，超级电容具有高能量密度、快速充放电、无过充危险、无环境污染以及方便维护等特性，相比其他储能系统，它能够在单位时间内吸收或释放更多的能量，可以在电压骤升故障时作为短时储能系统，迅速响应电网电压幅度上升情况并及时有效地平抑功率波动，维持直流链路电压稳定，提升海上双馈风力发电系统的暂态运行特性。因此，本发明有利于解决海上风力发电过程中存在的电网电压骤升程度升高的问题。
附图说明
图1为本发明基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法中的双馈风电机组结构图；
图2为本发明中超级电容储能模块结构图；
图3为本发明基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法第一实施例的流程示意图；
图4为本发明基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法第二实施例的流程示意图；
图5为本发明基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法第三实施例的流程示意图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 1 | 风轮机 | 2 | 齿轮箱 |
| 3 | 双馈异步感应发电机 | 4 | 转子侧变流器 |
| 5 | 直流链路 | 6 | 网侧变流器 |
| 7 | 超级电容储能模块 | 8 | 变压器 |
| 9 | 双向DC-DC变换器 | 10 | 滤波电感 |
| 11 | 超级电容等效模型 | 12 | 直流链路电容 |
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
请参阅图1和图2，为实现上述目的，本发明的第一实施例中提供一种基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，所述双馈风电机组包括依次连接的风轮机1、齿轮箱2、双馈异步感应发电机(Doubly fed Induction Generator,DFIG)3、转子侧变流器4、直流链路电容12和网侧变流器6，所述直流链路电容12并联有超级电容储能模块7；请参阅图3，所述海上双馈风电机组高电压穿越控制方法包括如下步骤：
步骤S10，获取所述双馈风电机组的并网点电压的最大电压值和额定电压值，并获取所述并网点电压升高的持续时间，根据所述最大电压值和所述额定电压值，确定并网点电压标幺值；
步骤S20，根据所述电压标幺值和所述持续时间是否达到设定条件，确定是否启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压；
步骤S30，在所述高电压穿越控制模式启动后，判断网侧变流器输出有功电流值是否超过网侧变流器正常工作能承受的有功电流最大值；
步骤S40，当所述有功电流值超过所述有功电流最大值时，判断直流链路电压是否超过所述直流链路电压的临界值；
步骤S50，当所述直流链路电压超过所述直流链路电压的临界值时，启动所述超级电容储能模块以降低直流链路电压。
在本发明中，该基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法需要获取所述双馈风电机组的并网点电压的最大电压值和额定电压值，并获取所述并网点电压升高的持续时间，根据所述最大电压值和所述额定电压值，确定并网点电压标幺值；根据所述电压标幺值和所述持续时间是否达到设定条件，确定是否启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压；在所述高电压穿越控制模式启动后，判断网侧变流器6输出有功电流值是否超过网侧变流器6正常工作能承受的有功电流最大值；当所述有功电流值超过所述有功电流最大值时，判断直流链路电压udc是否超过所述直流链路电压的临界值ud*c；当所述直流链路电压超过所述直流链路电压的临界值时，启动所述超级电容储能模块以降低直流链路电压。本发明在所述直流链路电压超过所述直流链路电压的临界值时，启动所述超级电容储能模块，超级电容具有高能量密度、快速充放电、无过充危险、无环境污染以及方便维护等特性，相比其他储能系统，它能够在单位时间内吸收或释放更多的能量，可以在电压骤升故障时作为短时储能系统，迅速响应电网电压幅度上升情况并及时有效地平抑功率波动，维持直流链路电压稳定，提升海上双馈风力发电系统的暂态运行特性。因此，本发明有利于解决海上风力发电过程中存在的电网电压骤升程度升高的问题。
随着海上风电机组大规模接入局部电网，由于风力发电的特性以及无功补偿装置等接入引发的电网电压骤升故障已越发严重。因此，本发明结合海上双馈风电机组本身的变流器控制特性，在双馈风电机组直流链路电容12并联超级电容储能装置，来抑制故障期间机组由于功率变化带来的直流链路电压波动情况，从而达到电压骤升故障期间维持风电机组背靠背变流器正常工作的作用，从根本上提高海上双馈风电机组的高电压穿越能力，本发明中的直流链路电压为直流链路电容12对应的电压值。
图1中电气量采用电机惯例，双馈感应发电系统有功功率和无功功率流向、电流方向设定如图1所示方向。其中，Pe表示整个发电系统有功功率、Ps表示DFIG定子侧有功功率、Pr表示DFIG转子侧有功功率、Pg表示DFIG转子侧并网点有功功率、Pgg表示网侧变流器交流侧有功功率。
Pdc表示流向直流链路的有功功率，Psc表示流向超级电容储能模块的有功功率。
Qe代表整个双馈发电系统无功功率、Qs表示DFIG定子侧无功功率、Qr表示DFIG转子侧无功功率、Qg表示DFIG转子侧并网点无功功率、Qgg表示网侧变流器交流侧无功功率。
is表示DFIG定子线电流、ir表示DFIG转子线电流、ig表示网侧变流器交流侧线电流。
us表示DFIG定子线电压、ur表示DFIG转子线电压、ugg表示网侧变流器交流侧线电压、ug表示网侧变流器并网点处线电压。
udc表示直流链路电压；Rg表示网侧变流器交流侧电阻；Lg表示网侧变流器交流侧电感；Cdc表示直流链路电容；Csc表示超级电容。
上述涉及的所有参数的取值大于零。
本发明中的所述双馈风电机组结构图如图1所示，包括风轮机1、齿轮箱2、双馈异步感应发电机(DoublyfedInductionGenerator，DFIG)3、背靠背变流器(转子侧变流器4和网侧变流器6)、直流链路电容12以及超级电容储能模块7等。本发明重点针对由于储能系统的接入对直流链路电压稳定的影响，从而达到提高机组高电压穿越能力的目的。其中：
(1)直流链路电容12即并联在转子侧变流器4与网侧变流器6之间的电容Cdc，用以维持背靠背变流器的正常运行。其流入直流链路电容的有功功率可按下面公式计算(忽略电力电子器件损耗以及线路损耗)：
Psc＝Pr-Pg-Pdc，当电网处于稳定运行状态时超级电容不投入工作，此时Psc＝0。
(2)超级电容储能模块7如图2所示，主要由超级电容等效模型11、滤波电感10以及双向DC-DC变换器9组成。其工作原理是当电网发生电压骤升故障时，通过网侧变流器6注入的无功电流已不能维持直流链路电压的稳定，此时需要启动超级电容储能模块7，利用双向DC-DC变换器9控制超级电容快速充电，吸收由电网高电压故障造成的不平衡功率，使直流链路电压维持稳定。
其中，关于超级电容等效模型11：由于电网暂态过程故障持续时间短且超级电容充放电亦是短时瞬态的，故本发明在研究电网电压骤升故障时采用简化的超级电容等效模型11，即等效为一个理想电容Csc与一个等效电阻Rsc串联，其中Rsc反映了超级电容在工作状态下的能量损耗。
通过下面公式计算极端条件下超级电容的容量：
关于双向DC-DC变换器9：双向DC-DC变换器9采用非隔离式半桥结构，其中S1、S2是可控开关管，采用IGBT器件；D1、D2是续流二极管。它可以在两象限运行，实现功率双向传输，故用于控制Csc的充电和放电过程(此处不考虑两个开关同时关断或者导通的异常情况)。具体原理为：①Buck工作状态，即双向开关管S1、D2导通时，超级电容处于充电状态，从直流链路5侧吸收能量，此时定义双向DC-DC变换器9工作在Buck降压状态；②Boost工作状态，即开关管S2、D1导通时，超级电容处于放电状态，向直流链路5侧释放能量，此时定义双向DC-DC变换器9工作在Boost升压状态。控制双向DC-DC变换器9工作在不同的状态来实现超级电容与直流侧电容的能量传递，达到维持直流电压稳定的目的。
关于滤波电感10，滤波电感10的主要作用是当双向DC-DC变换器9处于Buck工作状态时，处于充电过程中的超级电容Csc要求会收到短时大电流的冲击，为了限制超级电容储能回路中最大纹波电流需要储能回路增加滤波电感Lsc。双向DC-DC变换器9处于Boost工作状态时，以恒功率或是恒电流方式释放能量，不存在大电流冲击。
超级电容启动采用双闭环串级控制，外环是电压控制环，追踪直流链路电压；内环是电流控制环，快速跟踪超级电容电流指令提高控制系统的响应速度。
请参阅图4，基于本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第一实施例，本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第二实施例中，所述步骤S30，包括：
步骤S31，在所述高电压穿越控制模式启动后，获取直流链路电压、发电机组转子电流和并网点电压，根据所述直流链路电压、所述发电机组转子电流和所述并网点电压确定网侧变流器6输出有功电流值：
步骤S32，获取网侧变流器6的额定电流值和设定系数，根据所述额定电流值和所述设定系数确定所述网侧变流器6的电流上限值。
步骤S33，获取定子角速度以及网侧变流器交流侧电感值，根据直流链路电压、并网点电压、定子角速度以及网侧变流器交流侧电感值，确定注入所述网侧变流器6的无功电流值；
步骤S34，根据所述电流上限值和所述无功电流值，确定所述网侧变流器有功电流最大值；
步骤S35，判断网侧变流器6输出有功电流值是否超过注入网侧变流器6的有功电流最大值。
具体的，计算网侧变流器6的有功电流最大值，以及网侧变流器6输出有功电流值的步骤，包括。
(1)获取直流链路电压udc、发电机组转子电流ir和并网点电压ug，根据所述直流链路电压、所述发电机组转子电流和所述并网点电压确定网侧变流器6输出有功电流值igdref：
其中，
udc＞0，ir＞0，ug＞0。
(2)获取网侧变流器6的额定电流值和设定系数，根据所述额定电流值和所述设定系数确定所述网侧变流器6的电流上限值igmax。
具体的，设定系数大于0，在本实施例中，电流上限值igmax设定为额定电流的1.5倍。
(3)获取定子角速度ω1以及网侧变流器交流侧电感值Lg，根据直流链路电压udc、并网点电压ug、定子角速度ω1以及网侧变流器交流侧电感值Lg，确定注入所述网侧变流器6的无功电流值igq。
其中，
ω1＞0，Lg＞0。
(4)根据所述电流上限值igmax和所述无功电流值igq，确定所述网侧变流器有功电流最大值igdmax。
具体的，
igdmax＞0。
请参阅图5，基于本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第一实施例或第二实施例，本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第三实施例中，所述步骤S30之后，还包括：
步骤S60，当所述有功电流值不超过所述有功电流最大值时，将所述有功电流值作为有功电流值参考值参与网侧变流器6控制以降低所述并网点电压。
考虑风机在电网电压骤升故障时有功功率与无功功率的约束条件，计算双馈风电机组网侧变流器6所需注入的无功电流，提出计及网侧变流器6无功优先控制与超级电容协调控制的策略。
在所述高电压穿越控制模式启动后，控制网侧变流器6优先发出无功，然后通过上述方法计算得到网侧变流器6输出有功电流值和注入网侧变流器6的有功电流最大值，并判断网侧变流器6输出有功电流值是否超过注入网侧变流器6的有功电流最大值。若否，则可以将所述有功电流值作为有功电流值参考值参与网侧变流器6控制以降低所述并网点电压；若是，则将所述有功电流值作为有功电流值参考值参与网侧变流器6控制的方式以不足以达到降低并网点电压的目的，则需要通过步骤S40和步骤S50判断是否通过启动超级电容储能模块7的方式降低并网点电压。
基于本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第一实施例至第三实施例，本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第四实施例中，所述步骤S20，包括：
步骤S21，获取暂态运行控制条件；
具体地，步骤S21可以为：获取第一暂态运行控制条件、第二暂态运行控制条件和第三暂态运行控制条件，其中，所述第一暂态运行控制条件、第二暂态运行控制条件和第三暂态运行控制条件对应的电压标幺值取值区间逐渐增大；
步骤S22，判断所述电压标幺值和所述持续时间是否满足所述暂态运行控制条件；
具体的，步骤S22可以为：判断所述电压标幺值和所述持续时间是否满足所述第一暂态运行控制条件、所述第二暂态运行控制条件和所述第三暂态运行控制条件中的一者。
步骤S23，当所述电压标幺值和所述持续时间满足所述暂态运行控制条件时，启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压。
具体的，所述步骤S23可以为：
当所述电压标幺值满足所述第一暂态运行控制条件时，启动第一高电压穿越控制模式降低所述并网点电压；
当所述电压标幺值满足所述第二暂态运行控制条件时，启动第二高电压穿越控制模式降低所述并网点电压；
当所述电压标幺值满足所述第三暂态运行控制条件时，启动第三高电压穿越控制模式降低所述并网点电压。
在本实施例中，获取各个高电压穿越设定阈值(取值为1.2p.u.、1.25p.u.、1.3p.u.)来划分各个暂态运行控制条件。
第一暂态运行控制条件包括：
第二暂态运行控制条件包括：
且T≤1s；
第三暂态运行控制条件包括：
且T≤0.5s。
其中，T为电压升高持续时间，
为以并网点额定电压为基准计算得到的对应电压标幺值。
基于本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第一实施例至第四实施例，本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第五实施例中，所述步骤S20，还包括：
步骤S24，获取稳态运行控制条件和切机控制条件；
步骤S25，判断所述电压标幺值和所述持续时间是否满足所述稳态运行控制条件或所述切机控制条件；
步骤S26，当所述电压标幺值和所述持续时间满足所述稳态运行控制条件时，不启动所述高电压穿越控制模式；
步骤S27，当所述电压标幺值和所述持续时间满足所述切机控制条件时，将所述双馈风电机组与电网的连接切断。
本实施例中，稳态运行控制条件为：
当电压标幺值和持续时间满足稳态运行控制条件时，机组运行在稳态工作模式，此时转子侧变流器4按照最大功率跟踪原理控制，网侧变流器6按照单位功率因数输出(无功输出为零)，双馈风电机组通过网侧变流器6的控制来维持直流链路电压稳定，不启动超级电容储能模块7。
切机控制条件为：
当电压标幺值和持续时间满足切机控制条件时，机组已经超越高电压穿越的最大要求，执行切机操作。
基于本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第一实施例至第五实施例，本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第六实施例中，所述海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，还包括：
步骤S70，获取所述高电压穿越控制模式启动后的并网点电压标幺值和并网点电压升高的持续时间；
步骤S80，判断所述高电压穿越控制模式启动后的并网点电压标幺值和并网点电压升高的持续时间是否达到高电压穿越控制模式的结束条件；
步骤S90，当所述启动所述高电压穿越控制模式后的并网点电压标幺值和并网点电压升高的持续时间达到高电压穿越控制模式的结束条件时，结束所述高电压穿越控制模式；
步骤S100，当所述启动所述高电压穿越控制模式后的并网点电压标幺值和并网点电压升高的持续时间未达到高电压穿越控制模式的结束条件时，继续运行所述高电压穿越控制模式。
高电压穿越控制模式的最终结束条件为：
且T≤10s。
启动所述高电压穿越控制模式后，根据电压标幺值和持续时间满足的暂态运行控制条件不同，可能会直接进入第一高电压穿越控制模式、第二高电压穿越控制模式或第三高电压穿越控制模式(参见第四实施例)。根据启动所述高电压穿越控制模式后进入的到电压穿越控制模式级别不同，步骤S80也会存在区别，具体的：
第一种情况：在第一高电压穿越控制模式下，判断所述高电压穿越控制模式启动后的并网点电压标幺值是否满足
的条件，若否，则在下一数据采集周期继续采集数据，并根据新采集的数据判断网侧变流器6输出有功电流值是否超过注入网侧变流器6的有功电流最大值，直至新一轮计算得到的并网点电压标幺值满足
的条件。
在并网点电压标幺值满足
的条件时，继续判断并网点电压升高的持续时间是否满足T≤10s的条件。若是，则结束高电压穿越控制模式，若否，则执行切机操作。
第二种情况，在第二高电压穿越控制模式下，则判断所述高电压穿越控制模式启动后的并网点电压标幺值是否满足
的条件，若否，则在下一数据采集周期继续采集数据，并根据新采集的数据判断网侧变流器6输出有功电流值是否超过注入网侧变流器6的有功电流最大值，直至新一轮计算得到的并网点电压标幺值满足
的条件。
在并网点电压标幺值满足
的条件时，继续判断并网点电压升高的持续时间是否满足T≤1s的条件。若是，则进入较低级别的第一高电压穿越控制模式继续进行并网点电压降低控制(参见第一种情况)，若否，则执行切机操作。
第三种情况，在第三高电压穿越控制模式下，则判断所述高电压穿越控制模式启动后的并网点电压标幺值是否满足
的条件，若否，则在下一数据采集周期继续采集数据，并根据新采集的数据判断网侧变流器6输出有功电流值是否超过注入网侧变流器6的有功电流最大值，直至新一轮计算得到的并网点电压标幺值满足
的条件。
在并网点电压标幺值满足
的条件时，继续判断并网点电压升高的持续时间是否满足T≤0.5s的条件。若是，则进入较低级别的第二高电压穿越控制模式继续进行并网点电压降低控制(参见第二种情况)，若否，则执行切机操作。
基于本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第一实施例至第六实施例，本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第七实施例中，步骤S40，包括：
步骤S41，当所述有功电流值超过所述有功电流最大值时，获取直流链路电压、并网点电压和调制系数；
步骤S42，根据所述并网点电压和所述调制系数计算直流链路电压的临界值；
步骤S43，判断所述直流链路电压是否超过所述直流链路电压的临界值。
具体的，所述直流链路电压的临界值计算方法为：
其中，m为调制系数，其取值与脉宽调制方式相关(正弦脉宽调制方式m一般取值为2；空间矢量脉宽调制m取值3)。
基于本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第一实施例至第七实施例，本发明的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的第八实施例中，步骤S40之后，还包括：
步骤S120，当所述直流链路电压不超过所述直流链路电压的临界值时，控制所述网侧变流器6进入稳态控制模式。
当所述直流链路电压不超过所述直流链路电压的临界值时，即
控制所述网侧变流器6进入稳态控制模式。
进一步地，通过储能检测，将超级电容储能模块7已存储的能量释放到初始状态，可以保证直流侧电压快速切换成正常工况下网侧变流器6控制模式。
具体的，在超级电容储能模块7的控制模式包括如下步骤：
启动超级电容储能模块7后，执行步骤S1，控制DC-DC电路S1导通，S2断开，以对超级电容储能模块7中的超级电容进行充电；
步骤S2，判断高电压穿越控制模式是否结束(参见实施例六)；
步骤S3，在高电压穿越控制模式结束时，控制DC-DC电路S1断开，S2导通，以对超级电容储能模块7中的超级电容进行放电；
在高电压穿越控制模式未结束时，继续执行步骤S1：控制DC-DC电路S1导通，S2断开，以对超级电容储能模块7中的超级电容进行充电的步骤。
2018年我国对风机并网的相关测试规程明确了高电压穿越的电压骤升幅度与故障持续时间，本发明充分结合最新规程，提出了风电场电压骤升情况下基于超级电容储能技术的控制策略与控制系统，当并网点电压不超过电网额定电压1.1倍时海上风电机组处于稳定运行状态，采用单位功率因数运行模式；而当并网点电压超过限定值时，采用本发明的控制模型与策略，可以迅速响应电网电压幅度上升情况并及时有效地平抑功率波动，维持直流链路电压稳定，提升海上双馈风力发电机组的高电压穿越能力。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种海上双馈风电机组高电压穿越控制系统，应用如上述任一项所述的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的步骤。
由于本实施例海上双馈风电机组高电压穿越控制系统的技术方案至少包括上述基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法实施例的全部技术方案，因此至少具有以上实施例的全部技术效果，此处不再一一赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第X实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料、方法步骤或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，其特征在于，所述双馈风电机组包括依次连接的风轮机、齿轮箱、双馈异步感应发电机、转子侧变流器、直流链路电容和网侧变流器，所述直流链路电容并联有超级电容储能模块；所述海上双馈风电机组高电压穿越控制方法包括如下步骤：
获取所述双馈风电机组的并网点电压的最大电压值和额定电压值，并获取所述并网点电压升高的持续时间，根据所述最大电压值和所述额定电压值，确定并网点电压标幺值；
根据所述电压标幺值和所述持续时间是否达到设定条件，确定是否启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压；
在所述高电压穿越控制模式启动后，判断网侧变流器输出有功电流值是否超过网侧变流器正常工作能承受的有功电流最大值；
当所述有功电流值超过所述有功电流最大值时，判断直流链路电压是否超过所述直流链路电压的临界值；
当所述直流链路电压超过所述直流链路电压的临界值时，启动所述超级电容储能模块以降低直流链路电压；
超级电容启动采用双闭环串级控制，外环是电压控制环，追踪直流链路电压；内环是电流控制环，跟踪超级电容电流指令提高控制系统的响应速度。
2.根据权利要求1所述的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，其特征在于，所述在所述高电压穿越控制模式启动后，判断网侧变流器输出有功电流值是否超过网侧变流器正常工作能承受的有功电流最大值的步骤，包括：
在所述高电压穿越控制模式启动后，获取直流链路电压、发电机组转子电流和并网点电压，根据所述直流链路电压、所述发电机组转子电流和所述并网点电压确定网侧变流器输出有功电流值：
获取网侧变流器的额定电流值和设定系数，根据所述额定电流值和所述设定系数确定所述网侧变流器的电流上限值；
获取定子角速度以及网侧变流器交流侧电感值，根据直流链路电压、并网点电压、定子角速度以及网侧变流器交流侧电感值，确定注入所述网侧变流器的无功电流值；
根据所述电流上限值和所述无功电流值，确定所述网侧变流器有功电流最大值；
判断网侧变流器输出有功电流值是否超过注入网侧变流器的有功电流最大值。
3.根据权利要求1所述的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，其特征在于，所述在所述高电压穿越控制模式启动后，判断网侧变流器输出有功电流值是否超过网侧变流器正常工作能承受的有功电流最大值的步骤之后，还包括：
当所述有功电流值不超过所述有功电流最大值时，将所述有功电流值作为有功电流值参考值参与网侧变流器控制以降低所述并网点电压。
4.根据权利要求1所述的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，其特征在于，所述根据所述电压标幺值和所述持续时间是否达到设定条件，确定是否启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压的步骤，包括：
获取暂态运行控制条件；
判断所述电压标幺值和所述持续时间是否满足所述暂态运行控制条件；
当所述电压标幺值和所述持续时间满足所述暂态运行控制条件时，启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压。
5.根据权利要求1所述的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，其特征在于，所述根据所述电压标幺值和所述持续时间是否达到设定条件，确定是否启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压的步骤，还包括：
获取第一暂态运行控制条件、第二暂态运行控制条件和第三暂态运行控制条件，其中，所述第一暂态运行控制条件、第二暂态运行控制条件和第三暂态运行控制条件对应的电压标幺值取值区间逐渐增大；
判断所述电压标幺值和所述持续时间是否满足所述第一暂态运行控制条件、所述第二暂态运行控制条件和所述第三暂态运行控制条件中的一者；
当所述电压标幺值满足所述第一暂态运行控制条件时，启动第一高电压穿越控制模式降低所述并网点电压；
当所述电压标幺值满足所述第二暂态运行控制条件时，启动第二高电压穿越控制模式降低所述并网点电压；
当所述电压标幺值满足所述第三暂态运行控制条件时，启动第三高电压穿越控制模式降低所述并网点电压。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，其特征在于，所述根据所述电压标幺值和所述持续时间是否达到设定条件，确定是否启动所述高电压穿越控制模式降低所述并网点电压的步骤，还包括：
获取稳态运行控制条件和切机控制条件；
判断所述电压标幺值和所述持续时间是否满足所述稳态运行控制条件或所述切机控制条件；
当所述电压标幺值和所述持续时间满足所述稳态运行控制条件时，不启动所述高电压穿越控制模式；
当所述电压标幺值和所述持续时间满足所述切机控制条件时，将所述双馈风电机组与电网的连接切断。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，其特征在于，所述海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，还包括：
获取所述高电压穿越控制模式启动后的并网点电压标幺值和并网点电压升高的持续时间；
判断所述高电压穿越控制模式启动后的并网点电压标幺值和并网点电压升高的持续时间是否达到高电压穿越控制模式的结束条件；
当所述启动所述高电压穿越控制模式后的并网点电压标幺值和并网点电压升高的持续时间达到高电压穿越控制模式的结束条件时，结束所述高电压穿越控制模式；
当所述启动所述高电压穿越控制模式后的并网点电压标幺值和并网点电压升高的持续时间未达到高电压穿越控制模式的结束条件时，继续运行所述高电压穿越控制模式。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，其特征在于，所述当所述有功电流值超过所述有功电流最大值时，判断所述直流链路电压是否超过所述直流链路电压的临界值的步骤，包括：
当所述有功电流值超过所述有功电流最大值时，获取直流链路电压、并网点电压和调制系数；
根据所述并网点电压和所述调制系数计算直流链路电压的临界值；
判断所述直流链路电压是否超过所述直流链路电压的临界值。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法，其特征在于，所述当所述有功电流值超过所述有功电流最大值时，判断所述直流链路电压是否超过所述直流链路电压的临界值的步骤之后，还包括：
当所述直流链路电压不超过所述直流链路电压的临界值时，控制所述网侧变流器进入稳态控制模式。
10.一种海上双馈风电机组高电压穿越控制系统，其特征在于，应用如权利要求1至9中任一项所述的基于超级电容储能技术的海上双馈风电机组高电压穿越控制方法的步骤。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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