CN110417059A - 一种可再生能源发电基地暂态稳定控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可再生能源发电基地暂态稳定控制方法，先确定可再生能源发电基地向并网点注入的总控制电流预定值I^*；将I^*和做对比，计算可再生能源发电基地向并网点注入的总控制电流指令值；计算可再生能源发电基地向并网点注入的d、q轴电流分量指令值和：将和分别送入逆变器型风电系统和光伏发电系统的网侧变换器的电流控制器，确定其网侧变换器的d、q轴电流分量指令值：将和

Description

一种可再生能源发电基地暂态稳定控制方法

技术领域

本发明涉及一种改进的可再生能源发电基地暂态稳定控制方法，适用对象包括双馈感应风电并网系统、逆变器型风电并网系统(如永磁直驱风电系统)以及光伏发电并网系统，该方法可显著提高电网短路故障下的可再生能源发电基地的大干扰稳定性，解决电网故障下可再生能源发电基地的大干扰失稳问题。

背景技术

随着风电、光伏等可再生能源的快速发展，可再生能源电能的接入比例和输电距离逐步增加，导致系统的同步发电机主导特性弱化，且可再生能源发电设备的电流源型控制特性使其极易受电网故障和负荷波动的影响，进而出现大干扰失稳现象，甚至会造成可再生能源并网系统的大规模脱网，严重影响了所并电网的安全稳定运行能力。因此，提高电网故障下可再生能源发电基地的大干扰稳定性是目前可再生能源发展关键问题。目前国内外学者已展开了相关研究，如已公开的下列文献：

[1]Jiawei Li,Jun Yao,Xin Zeng,Ruikuo Liu,Depeng Xu,CaishengWang.Coordinated control strategy for a hybrid wind farm with DFIG and PMSGunder symmetrical grid faults[J].Energies 2017,10(5).

[2]Jiabing Hu,Bo Wang,Weisheng Wang,Haiyan Tang,Yongning Chi,and QiHu.Small Signal Dynamics of DFIG-Based Wind Turbines During Riding ThroughSymmetrical Faults in Weak AC Grid[J].IEEE Transactions on Energy Conversion,2017,32(2):720-730.

文献[1]通过对不同的可再生能源发电设备的有功、无功能力的分析，规划了DFIG和PMSG的可控运行区域，可以提高暂态电压水平以及减少功率缺额程度，但是并没有考虑可再生能源发电设备的大干扰稳定性。文献[2]研究了双馈并网系统在弱电网低电压穿越期间的小信号失稳现象，并研究了锁相环及电流环控制参数对并网系统小信号稳定性的影响，但是该文献并没有涉及可再生能源并网系统在电网短路故障下的平衡工作点存在性问题。实际上，在电网发生严重短路故障时，可再生能源发电基地的输出潮流与线路阻抗的交互作用可能导致系统不存在平衡工作点，从而导致可再生能源发电基地发生大干扰失稳现象。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种可再生能源发电基地暂态稳定控制方法，本方法在不增加设备硬件，不改变内部控制器结构与控制器参数的基础上，能够增强不同类型的可再生能源发电基地在低电压穿越期间的大干扰稳定性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种适用于可再生能源发电基地在低电压穿越期间的暂态稳定控制方法，具体步骤如下；

A1)故障期间可再生能源发电基地采用发电机惯例，采集并网点三相电压信号U_s并采用机端电压d轴定向方式，按照下式计算可再生能源发电基地向并网点注入的总控制电流预定值I^*；

其中，I_{q_grid}是电网导则对可再生能源发电基地在低电压穿越期间所规定的无功电流值，X和R分别为并网点到故障点传输线路的等效感抗和电阻；

A2)将步骤A1)得到的可再生能源发电基地总控制电流预定值I^*和最大输出电流指令值做对比，按照下式计算可再生能源发电基地向并网点注入的总控制电流指令值

A3)根据步骤A2)得到的总控制电流指令值按照下式计算可再生能源发电基地向并网点注入的d轴电流分量指令值和q轴电流分量指令值

A4)将步骤A3)得到的和分别送入逆变器型风电系统和光伏发电系统的网侧变换器的电流控制器，其网侧变换器的d轴电流分量指令值和q轴电流分量指令值按照下式设定：

即可通过对网侧变换器的控制来提高逆变器型风电场和光伏发电站的大干扰稳定性，避免暂态失稳现象；

A5)将步骤A3)得到的和作为双馈感应风电系统转子侧变换器和网侧变换器总电流指令，其转子侧变换器的d轴电流分量指令值和q轴电流分量指令值以及网侧变换器的d轴电流分量指令值和q轴电流分量指令值满足以下公式：

即可通过对双馈感应风电系统转子侧变换器和网侧变换器的控制来提高双馈感应风电系统的大干扰稳定性，避免暂态失稳现象；其中，和U_dc分别为直流母线电压的给定值和实际值，K_p和τ_i分别为网侧变流器直流电压控制环PI控制器的比例系数和积分时间常数，s为拉普拉斯算子，I_gm为网侧变换器的最大输出电流值，ψ_sq为定子磁链q轴分量，L_s和L_m分别为定子侧绕组等效电感和等效互感。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明可以在不增加设备硬件，不改变内部控制器结构与控制器参数的基础上，能够增强不同类型的可再生能源发电基地在低电压穿越期间的大干扰稳定性。本方法可保证可再生能源发电基地在电网短路故障期间一定存在平衡工作点，不仅可以显著提高可再生能源发电基地的大干扰稳定性，还可以提高暂态电压水平，并减小有功缺额。

本发明可以保证可再生能源发电基地安全稳定地实现低电压穿越，提高了电网安全稳定运行能力。

附图说明

图1为双馈风电场接入电力系统的结构示意图。

图2为电网电压跌落到20％，双馈型风电基地采用传统控制策略的仿真波形图。

图3为电网电压跌落到20％，双馈型风电基地采用所提控制方法的仿真波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方案进行详细阐述。

以双馈感应风电系统为例，图1为200MVA双馈型风电系统接入电力系统的结构示意图。

本发明适用于可再生能源发电基地在低电压穿越期间的暂态稳定控制方法，用于提高双馈感应风电并网系统、逆变器型风电并网系统(如永磁直驱风电系统))以及光伏发电并网系统在严重电网短路故障下的大干扰稳定性。本方法涉及对可再生能源发电基地的dq轴电流分量指令值的优化分配。

本发明的具体实施步骤如下：

A1)故障期间可再生能源发电基地采用发电机惯例，采集并网点三相电压信号U_s并采用机端电压d轴定向方式，按照下式计算可再生能源发电基地向并网点注入的总控制电流预定值I^*：

其中,I_{q_grid}是电网导则对可再生能源发电基地在低电压穿越期间所规定的无功电流值，X和R分别为并网点到故障点传输线路的等效感抗和电阻；

A2)将步骤A1)得到的可再生能源发电基地总控制电流预定值I^*和最大输出电流指令值做对比，按照下式计算可再生能源发电基地向并网点注入的总控制电流指令值

A3)根据步骤A2)得到的总控制电流指令值按照下式计算可再生能源发电基地向并网点注入的d轴电流分量指令值和q轴电流分量指令值

A4)将步骤A3)得到的和分别送入逆变器型风电系统和光伏发电系统的网侧变换器的电流控制器，其网侧变换器的d轴电流分量指令值和q轴电流分量指令值按照下式设定：

即可通过对网侧变换器的控制来提高逆变器型风电场(如永磁直驱风电系统)和光伏发电站的大干扰稳定性，避免暂态失稳现象。

A5)将步骤A3)得到的和作为双馈感应风电系统转子侧变换器和网侧变换器总电流指令，其转子侧变换器的d轴电流分量指令值和q轴电流分量指令值以及网侧变换器的d轴电流分量指令值和q轴电流分量指令值满足以下公式：

即可通过对双馈感应风电系统转子侧变换器和网侧变换器的控制来提高双馈感应风电系统的大干扰稳定性，避免暂态失稳现象。其中，和U_dc分别为直流母线电压的给定值和实际值，K_p和τ_i分别为网侧变流器直流电压控制环PI控制器的比例系数和积分时间常数，s为拉普拉斯算子，I_gm为网侧变换器的最大输出电流值，ψ_sq为定子磁链q轴分量，L_s和L_m分别为定子侧绕组等效电感和等效互感。

本发明效果说明：

图2和图3分别给出了电网电压跌落到20％，采用传统控制策略和采用本发明控制方法时双馈型风电场的仿真波形图。图中0.4s电网发生三相短路故障，0.5s～1.1s为故障持续阶段，由图2可知，当双馈风电基地采用传统控制策略，按照传统电网导则运行时的仿真波形，双馈风电基地在低电压穿越期间发生大干扰失稳，并网点的电压已经崩溃，其幅值频率都在发散，对电网的安全稳定运行造成了极大的威胁。由图3可知，当双馈风电基地采用本发明所提控制方法时，合理的dq轴电流分量配比使得双馈风电基地能够安全稳定地实现低电压穿越。

综上，本发明所述的一种改进的可再生能源发电基地暂态稳定控制方法可以保证可再生能源发电基地安全稳定地实现低电压穿越，提高了电网安全稳定运行能力。

最后需要说明的是，本发明的上述实例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (1)

1.一种适用于可再生能源发电基地在低电压穿越期间的暂态稳定控制方法，其特征在于：具体步骤如下；

A1)故障期间可再生能源发电基地采用发电机惯例，采集并网点三相电压信号U_s并采用机端电压d轴定向方式，按照下式计算可再生能源发电基地向并网点注入的总控制电流预定值I^*；

其中，I_{q_grid}是电网导则对可再生能源发电基地在低电压穿越期间所规定的无功电流值，X和R分别为并网点到故障点传输线路的等效感抗和电阻；

A2)将步骤A1)得到的可再生能源发电基地总控制电流预定值I^*和最大输出电流指令值做对比，按照下式计算可再生能源发电基地向并网点注入的总控制电流指令值

A3)根据步骤A2)得到的总控制电流指令值按照下式计算可再生能源发电基地向并网点注入的d轴电流分量指令值和q轴电流分量指令值

A4)将步骤A3)得到的和分别送入逆变器型风电系统和光伏发电系统的网侧变换器的电流控制器，其网侧变换器的d轴电流分量指令值和q轴电流分量指令值按照下式设定：

即可通过对网侧变换器的控制来提高逆变器型风电场和光伏发电站的大干扰稳定性，避免暂态失稳现象；

A5)将步骤A3)得到的和作为双馈感应风电系统转子侧变换器和网侧变换器总电流指令，其转子侧变换器的d轴电流分量指令值和q轴电流分量指令值以及网侧变换器的d轴电流分量指令值和q轴电流分量指令值满足以下公式：

即可通过对双馈感应风电系统转子侧变换器和网侧变换器的控制来提高双馈感应风电系统的大干扰稳定性，避免暂态失稳现象；其中，和U_dc分别为直流母线电压的给定值和实际值，K_p和τ_i分别为网侧变流器直流电压控制环PI控制器的比例系数和积分时间常数，s为拉普拉斯算子，I_gm为网侧变换器的最大输出电流值，ψ_sq为定子磁链q轴分量，L_s和L_m分别为定子侧绕组等效电感和等效互感。