CN113258585A - 风电机组故障电压穿越无功控制方法、系统、介质及设备 - Google Patents

风电机组故障电压穿越无功控制方法、系统、介质及设备 Download PDF

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CN113258585A CN202110528129.XA CN202110528129A CN113258585A CN 113258585 A CN113258585 A CN 113258585A CN 202110528129 A CN202110528129 A CN 202110528129A CN 113258585 A CN113258585 A CN 113258585A
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Abstract

本发明公开了一种风电机组故障电压穿越无功控制方法、系统、介质及设备，该方法主要针对全功率变流器并网的大型半直驱永磁同步风电机组，在电网电压故障工况下，提取电网正序电压分量，并依据正序电压分量优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复，实现风电机组柔性故障电压穿越。本发明可以在风电机组已经发出无功功率条件下，通过对故障期间无功电流值的改进，在故障穿越期间优先向电网注入更多的无功电流支撑电网电压快速恢复，实现风电机组柔性故障电压穿越，且可实现机组稳态运行与故障运行状态间平滑切换，提高了机组的并网适应性。

Description

风电机组故障电压穿越无功控制方法、系统、介质及设备
技术领域
本发明涉及风电机组柔性故障电压穿越的技术领域，尤其是指一种风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法、系统、存储介质及计算设备。
背景技术
根据现有的故障电压穿越规程要求，风电机组在电网对称故障时应优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复。实际电网故障多为不对称故障，在故障电压穿越过程风电机组仅发出少量无功支撑电网电压恢复。目前风电机组作为分散式无功补偿，风电场在调度无功过程中，若机组进入故障电压穿越状态，依据现有的控制策略可能造成自身无功不足影响机组运行的情况。
发明内容
本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法，可有效实现风电机组的柔性故障电压穿越，提升机组的并网适应性。
本发明的第二目的在于提供一种基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制系统。
本发明的第三目的在于提供一种存储介质。
本发明的第四目的在于提供一种计算设备。
本发明的第一目的通过下述技术方案实现：基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法，该方法主要针对全功率变流器并网的大型半直驱永磁同步风电机组，在电网电压故障工况下，提取电网正序电压分量，并依据正序电压分量优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复，实现风电机组柔性故障电压穿越；其包括以下步骤：
1)数据采集
全功率变流器的控制器采集并网点三相电压有效值与三相电压瞬时值，通过解耦双同步坐标系锁相环DDSRF-PLL提取三相电压的正序电压分量，并依据控制和通讯周期，刷新内部数据；
2)故障电压检测
根据三相电压有效值判断故障状态，当任一相电压有效值超出阈值，则故障触发，进入故障电压穿越控制状态；
3)故障电压穿越控制
全功率变流器自主控制，冻结接收的无功指令并判断无功指令类型和故障穿越类型，向电网注入无功电流支撑电网电压快速恢复，在机组顺利完成故障电压穿越后，即全功率变流器顺利完成穿越动作，由全功率变流器的网侧逆变器控制并网点电压状态。
进一步，在步骤1)中，全功率变流器的控制器采集并网点三相电压有效值Up和三相电压瞬时值Uabc，其中，
Figure BDA0003067073280000021
Uabc-max为三相电压瞬时值Uabc的最大值；全功率变流器的网侧逆变器反馈并网点三相电流有效值和三相电流瞬时值；所述控制器依据控制和通讯周期，刷新内部数据：三相电压有效值Up、三相电压瞬时值Uabc、三相电流有效值和三相电流瞬时值；
采用解耦双同步坐标系锁相环DDSRF-PLL提取三相电压的正序电压分量，其原理如下：
DDSRF-PLL包含两个旋转坐标系，其中正向旋转坐标系初始角度为θ’，初始相位为
Figure BDA0003067073280000022
以ω的角速度逆时针旋转；反向旋转坐标系初始角度为-θ’，初始相位为
Figure BDA0003067073280000023
以-ω的角速度顺时针旋转；将并网点三相电压UPCC进行3s/2s变换得到UPCC在两相静止坐标系下的电压矢量Uαβ，然后将电压矢量Uαβ通过正反向同步dq变换，得出在dq坐标系下的正序电压矢量
Figure BDA0003067073280000031
和负序电压矢量
Figure BDA0003067073280000032
如下：
Figure BDA0003067073280000033
Figure BDA0003067073280000034
其中，
Figure BDA0003067073280000035
Figure BDA0003067073280000036
为d轴正序电压矢量、
Figure BDA0003067073280000037
为d轴负序电压矢量、
Figure BDA0003067073280000038
为q轴正序电压矢量、
Figure BDA0003067073280000039
为q轴负序电压矢量；U+为UPCC在两相静止坐标系下的正序电压矢量、U-为UPCC在两相静止坐标系下的负序电压矢量；
在锁相环实现精确锁相后ωt＝θ’，则正序电压矢量
Figure BDA00030670732800000310
和负序电压矢量
Figure BDA00030670732800000311
能够简化为：
Figure BDA00030670732800000312
Figure BDA00030670732800000313
根据上式能够看出，正序电压矢量和负序电压矢量中存在交叉耦合的二倍频分量，为消除耦合量，以
Figure BDA00030670732800000314
为正序解耦网络和
Figure BDA00030670732800000315
为负序解耦网络进行解耦计算。
进一步，在步骤2)中，全功率变流器的控制器实时检测并网点三相电压有效值，当任一相电压有效值的最小值小于Ulow时，进入低电压穿越状态；当任一相电压有效值的最大值大于Uhigh时，进入高电压穿越状态；三相电压有效值大于或等于Ulow或小于Uhigh时，机组由故障穿越状态恢复至单位功率因数并网状态；其中，Ulow为进入低电压穿越阈值，Uhigh为进入高电压穿越阈值。
进一步，在步骤3)中，在机组进入故障电压穿越状态瞬间，冻结网侧逆变器接收的无功指令Qref，并判断Qref为感性无功还是容性无功指令；按国标要求计算出网侧逆变器在低穿期间理论无功电流值为Irm_LVRT＝1.5*(ULV-U)*IN，高穿期间理论无功电流值为Irm_HVRT＝1.5*(U-UHV)*IN；低穿期间网侧逆变器根据实时正序电压得出的无功电流值为Irc_LVRT＝k*(ULV-U)*IN，高穿期间的值为Irc_HVRT＝k*(U-UHV)*IN；其中，k为无功支持系数，U为电网正序电压标幺值，ULV退出低电压穿越阈值，UHV退出高电压穿越阈值，IN为网侧逆变器的额定电流；网侧逆变器实际无功电流计算采用增量的方式，具体实现如下：
a、在机组发出无功指令Qref为感性无功指令时：
进入低电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝Irm_LVRT+Irc_LVRT；
进入高电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝max(Irm_HVRT，Irc_HVRT)；
待电压恢复后，再接收并执行机组的主控系统给出的感性无功指令；
b、在机组发出无功指令Qref为容性无功指令时：
进入低电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝max(Irm_HVRT，Irc_HVRT)；
进入高电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝Irm_LVRT+Irc_LVRT；
待电压恢复后，再接收并执行机组的主控系统给出的容性无功指令。
本发明的第二目的通过下述技术方案实现：基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制系统，该系统主要针对全功率变流器并网的大型半直驱永磁同步风电机组，在电网电压故障工况下，提取电网正序电压分量，并依据正序电压分量优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复，实现风电机组柔性故障电压穿越；其包括数据采集模块、故障电压检测模块和故障电压穿越控制模块；
所述数据采集模块，通过全功率变流器的控制器采集并网点三相电压有效值与三相电压瞬时值，通过解耦双同步坐标系锁相环DDSRF-PLL提取三相电压的正序电压分量，并依据控制和通讯周期，刷新控制器内部数据；
所述故障电压检测模块，根据三相电压有效值判断故障状态，当任一相电压有效值超出阈值，则故障触发，进入故障电压穿越控制状态；
所述故障电压穿越控制模块，通过全功率变流器自主控制，冻结接收的无功指令并判断无功指令类型和故障穿越类型，向电网注入无功电流支撑电网电压快速恢复，在机组顺利完成故障电压穿越后，即全功率变流器顺利完成穿越动作，由全功率变流器的网侧逆变器控制并网点电压状态。
进一步，所述数据采集模块具体执行以下操作：
通过全功率变流器的控制器采集并网点三相电压有效值Up和三相电压瞬时值Uabc，其中，
Figure BDA0003067073280000051
Uabc-max为三相电压瞬时值Uabc的最大值；全功率变流器的网侧逆变器反馈并网点三相电流有效值和三相电流瞬时值；所述控制器依据控制和通讯周期，刷新内部数据：三相电压有效值Up、三相电压瞬时值Uabc、三相电流有效值和三相电流瞬时值；
采用解耦双同步坐标系锁相环DDSRF-PLL提取三相电压的正序电压分量，其原理如下：
DDSRF-PLL包含两个旋转坐标系，其中正向旋转坐标系初始角度为θ’，初始相位为
Figure BDA0003067073280000061
以ω的角速度逆时针旋转；反向旋转坐标系初始角度为-θ’，初始相位为
Figure BDA0003067073280000062
以-ω的角速度顺时针旋转；将并网点三相电压UPCC进行3s/2s变换得到UPCC在两相静止坐标系下的电压矢量Uαβ，然后将电压矢量Uαβ通过正反向同步dq变换，得出在dq坐标系下的正序电压矢量
Figure BDA0003067073280000063
和负序电压矢量
Figure BDA0003067073280000064
如下：
Figure BDA0003067073280000065
Figure BDA0003067073280000066
其中，
Figure BDA0003067073280000067
Figure BDA0003067073280000068
为d轴正序电压矢量、
Figure BDA0003067073280000069
为d轴负序电压矢量、
Figure BDA00030670732800000610
为q轴正序电压矢量、
Figure BDA00030670732800000611
为q轴负序电压矢量；U+为UPCC在两相静止坐标系下的正序电压矢量、U-为UPCC在两相静止坐标系下的负序电压矢量；
在锁相环实现精确锁相后ωt＝θ’，则正序电压矢量
Figure BDA00030670732800000612
和负序电压矢量
Figure BDA00030670732800000613
能够简化为：
Figure BDA00030670732800000614
Figure BDA00030670732800000615
根据上式能够看出，正序电压矢量和负序电压矢量中存在交叉耦合的二倍频分量，为消除耦合量，以
Figure BDA00030670732800000616
为正序解耦网络和
Figure BDA00030670732800000617
为负序解耦网络进行解耦计算。
进一步，所述故障电压检测模块具体执行以下操作：
通过全功率变流器的控制器实时检测并网点三相电压有效值，当任一相电压有效值的最小值小于Ulow时，进入低电压穿越状态；当任一相电压有效值的最大值大于Uhigh时，进入高电压穿越状态；三相电压有效值大于或等于Ulow或小于Uhigh时，机组由故障穿越状态恢复至单位功率因数并网状态；其中，Ulow为进入低电压穿越阈值，Uhigh为进入高电压穿越阈值。
进一步，所述故障电压穿越控制模块具体执行以下操作：
在机组进入故障电压穿越状态瞬间，冻结网侧逆变器接收的无功指令Qref，并判断Qref为感性无功还是容性无功指令；按国标要求计算出网侧逆变器在低穿期间理论无功电流值为Irm_LVRT＝1.5*(ULV-U)*IN，高穿期间理论无功电流值为Irm_HVRT＝1.5*(U-UHV)*IN；低穿期间网侧逆变器根据实时正序电压得出的无功电流值为Irc_LVRT＝k*(ULV-U)*IN，高穿期间的值为Irc_HVRT＝k*(U-UHV)*IN；其中，k为无功支持系数，U为电网正序电压标幺值，ULV退出低电压穿越阈值，UHV退出高电压穿越阈值，IN为网侧逆变器的额定电流；网侧逆变器实际无功电流计算采用增量的方式，具体实现如下：
a、在机组发出无功指令Qref为感性无功指令时：
进入低电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝Irm_LVRT+Irc_LVRT；
进入高电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝max(Irm_HVRT，Irc_HVRT)；
待电压恢复后，再接收并执行机组的主控系统给出的感性无功指令；
b、在机组发出无功指令Qref为容性无功指令时：
进入低电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝max(Irm_HVRT，Irc_HVRT)；
进入高电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝Irm_LVRT+Irc_LVRT；
待电压恢复后，再接收并执行机组的主控系统给出的容性无功指令。
本发明的第三目的通过下述技术方案实现：一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法。
本发明的第四目的通过下述技术方案实现：一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
本发明可以在风电机组已经发出无功功率条件下，通过对故障期间无功电流值的改进，在故障穿越期间优先向电网注入更多的无功电流支撑电网电压快速恢复，实现风电机组柔性故障电压穿越，且可实现机组稳态运行与故障运行状态间平滑切换，提高了机组的并网适应性。
附图说明
图1为实施例中风电机组的架构图。
图2为本发明方法的控制流程图。
图3为DDSRF-PLL原理图。
图4为本发明系统的架构图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例公开了一种基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法，见图1所示，该方法主要针对全功率变流器并网的大型半直驱永磁同步风电机组(主要部件包括齿轮箱、永磁发电机、叶轮、塔筒、主控系统、变桨系统、全功率变流器、升压变压器等)，可在电网电压故障工况尤其在不对称故障工况下，提取电网正序电压分量，并依据正序电压分量优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复，实现风电机组柔性故障电压穿越。见图2所示，该方法包括以下步骤：
1)数据采集
全功率变流器的控制器采集并网点三相电压有效值Up和三相电压瞬时值Uabc，其中，
Figure BDA0003067073280000091
Uabc-max为三相电压瞬时值Uabc的最大值；全功率变流器的网侧逆变器反馈并网点三相电流有效值和三相电流瞬时值；所述控制器依据控制和通讯周期，刷新内部数据：三相电压有效值Up、三相电压瞬时值Uabc、三相电流有效值和三相电流瞬时值；
采用解耦双同步坐标系锁相环(DDSRF-PLL)提取三相电压的正序电压分量，见图3所示，其基本原理如下：
DDSRF-PLL包含两个旋转坐标系，其中正向旋转坐标系初始角度为θ’，初始相位为
Figure BDA0003067073280000092
以ω的角速度逆时针旋转；反向旋转坐标系初始角度为-θ’，初始相位为
Figure BDA0003067073280000093
以-ω的角速度顺时针旋转；将并网点三相电压UPCC进行3s/2s变换得到UPCC在两相静止坐标系下的电压矢量Uαβ，然后将电压矢量Uαβ通过正反向同步dq变换，得出在dq坐标系下的正序电压矢量
Figure BDA0003067073280000094
和负序电压矢量
Figure BDA0003067073280000095
如下：
Figure BDA0003067073280000096
Figure BDA0003067073280000097
其中，
Figure BDA0003067073280000101
Figure BDA0003067073280000102
为d轴正序电压矢量、
Figure BDA0003067073280000103
为d轴负序电压矢量、
Figure BDA0003067073280000104
为q轴正序电压矢量、
Figure BDA0003067073280000105
为q轴负序电压矢量；U+为UPCC在两相静止坐标系下的正序电压矢量、U-为UPCC在两相静止坐标系下的负序电压矢量；
在锁相环实现精确锁相后ωt＝θ’，则正序电压矢量
Figure BDA0003067073280000106
和负序电压矢量
Figure BDA0003067073280000107
可简化为：
Figure BDA0003067073280000108
Figure BDA0003067073280000109
根据上式可以看出，正序电压矢量和负序电压矢量中存在交叉耦合的二倍频分量，为消除耦合量，以
Figure BDA00030670732800001010
为正序解耦网络和
Figure BDA00030670732800001011
为负序解耦网络进行解耦计算。
2)故障电压检测
全功率变流器的控制器实时检测并网点三相电压有效值，当任一相电压有效值的最小值小于Ulow时，进入低电压穿越状态；当任一相电压有效值的最大值大于Uhigh时，进入高电压穿越状态；三相电压有效值大于或等于Ulow或小于Uhigh时，机组由故障穿越状态恢复至单位功率因数并网状态；其中，Ulow为进入低电压穿越阈值，推荐取0.85p.u；Uhigh为进入高电压穿越阈值，推荐取1.15p.u。
3)故障电压穿越控制
在机组进入故障电压穿越状态瞬间，冻结网侧逆变器接收的无功指令Qref，并判断Qref为感性无功还是容性无功指令；按国标要求计算出网侧逆变器在低穿期间理论无功电流值为Irm_LVRT＝1.5*(ULV-U)*IN，高穿期间理论无功电流值为Irm_HVRT＝1.5*(U-UHV)*IN；低穿期间网侧逆变器根据实时正序电压得出的无功电流值为Irc_LVRT＝k*(ULV-U)*IN，高穿期间的值为Irc_HVRT＝k*(U-UHV)*IN；其中，k为无功支持系数，推荐取2；U为电网正序电压标幺值；ULV退出低电压穿越阈值，推荐取0.9p.u；UHV退出高电压穿越阈值，推荐取1.1p.u；IN为网侧逆变器的额定电流；网侧逆变器实际无功电流计算采用增量的方式，具体实现如下：
a、在机组发出无功指令Qref为感性无功指令时：
进入低电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝Irm_LVRT+Irc_LVRT；
进入高电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝max(Irm_HVRT，Irc_HVRT)；
待电压恢复后，再接收并执行机组的主控系统给出的感性无功指令；
b、在机组发出无功指令Qref为容性无功指令时：
进入低电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝max(Irm_HVRT，Irc_HVRT)；
进入高电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝Irm_LVRT+Irc_LVRT；
待电压恢复后，再接收并执行机组的主控系统给出的容性无功指令。
通过对故障期间无功电流值的改进，风电机组可在故障穿越期间优先向电网注入更多的无功电流支撑电网电压快速恢复，进而实现风电机组柔性故障电压穿越。
在机组顺利完成故障电压穿越后，即全功率变流器顺利完成穿越动作，由全功率变流器的网侧逆变器控制并网点电压状态。
实施例2
本实施例公开了一种基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制系统，该系统主要针对全功率变流器并网的大型半直驱永磁同步风电机组，可在电网电压故障工况尤其在不对称故障工况下，提取电网正序电压分量，并依据正序电压分量优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复，实现风电机组柔性故障电压穿越；见图4所示，该系统包括数据采集模块、故障电压检测模块和故障电压穿越控制模块。
所述数据采集模块，通过全功率变流器的控制器采集并网点三相电压有效值与三相电压瞬时值，通过解耦双同步坐标系锁相环DDSRF-PLL提取三相电压的正序电压分量，并依据控制和通讯周期，刷新控制器内部数据；具体执行以下操作：
通过全功率变流器的控制器采集并网点三相电压有效值Up和三相电压瞬时值Uabc，其中，
Figure BDA0003067073280000121
Uabc-max为三相电压瞬时值Uabc的最大值；全功率变流器的网侧逆变器反馈并网点三相电流有效值和三相电流瞬时值；所述控制器依据控制和通讯周期，刷新内部数据：三相电压有效值Up、三相电压瞬时值Uabc、三相电流有效值和三相电流瞬时值；
采用解耦双同步坐标系锁相环(DDSRF-PLL)提取三相电压的正序电压分量，其基本原理如下：
DDSRF-PLL包含两个旋转坐标系，其中正向旋转坐标系初始角度为θ’，初始相位为
Figure BDA0003067073280000131
以ω的角速度逆时针旋转；反向旋转坐标系初始角度为-θ’，初始相位为
Figure BDA0003067073280000132
以-ω的角速度顺时针旋转；将并网点三相电压UPCC进行3s/2s变换得到UPCC在两相静止坐标系下的电压矢量Uαβ，然后将电压矢量Uαβ通过正反向同步dq变换，得出在dq坐标系下的正序电压矢量
Figure BDA0003067073280000133
和负序电压矢量
Figure BDA0003067073280000134
如下：
Figure BDA0003067073280000135
Figure BDA0003067073280000136
其中，
Figure BDA0003067073280000137
Figure BDA0003067073280000138
为d轴正序电压矢量、
Figure BDA0003067073280000139
为d轴负序电压矢量、
Figure BDA00030670732800001310
为q轴正序电压矢量、
Figure BDA00030670732800001311
为q轴负序电压矢量；U+为UPCC在两相静止坐标系下的正序电压矢量、U-为UPCC在两相静止坐标系下的负序电压矢量；
在锁相环实现精确锁相后ωt＝θ’，则正序电压矢量
Figure BDA00030670732800001312
和负序电压矢量
Figure BDA00030670732800001313
可简化为：
Figure BDA00030670732800001314
Figure BDA00030670732800001315
根据上式可以看出，正序电压矢量和负序电压矢量中存在交叉耦合的二倍频分量，为消除耦合量，以
Figure BDA00030670732800001316
为正序解耦网络和
Figure BDA00030670732800001317
为负序解耦网络进行解耦计算。
所述故障电压检测模块，根据三相电压有效值判断故障状态，当任一相电压有效值超出阈值，则故障触发，进入故障电压穿越控制状态；具体执行以下操作：
全功率变流器的控制器实时检测并网点三相电压有效值，当任一相电压有效值的最小值小于Ulow时，进入低电压穿越状态；当任一相电压有效值的最大值大于Uhigh时，进入高电压穿越状态；三相电压有效值大于或等于Ulow或小于Uhigh时，机组由故障穿越状态恢复至单位功率因数并网状态；其中，Ulow为进入低电压穿越阈值，推荐取0.85p.u；Uhigh为进入高电压穿越阈值，推荐取1.15p.u。
所述故障电压穿越控制模块，通过全功率变流器自主控制，冻结接收的无功指令并判断无功指令类型和故障穿越类型，向电网注入无功电流支撑电网电压快速恢复，在机组顺利完成故障电压穿越后，即全功率变流器顺利完成穿越动作，由全功率变流器的网侧逆变器控制并网点电压状态；具体执行以下操作：
在机组进入故障电压穿越状态瞬间，冻结网侧逆变器接收的无功指令Qref，并判断Qref为感性无功还是容性无功指令；按国标要求计算出网侧逆变器在低穿期间理论无功电流值为Irm_LVRT＝1.5*(ULV-U)*IN，高穿期间理论无功电流值为Irm_HVRT＝1.5*(U-UHV)*IN；低穿期间网侧逆变器根据实时正序电压得出的无功电流值为Irc_LVRT＝k*(ULV-U)*IN，高穿期间的值为Irc_HVRT＝k*(U-UHV)*IN；其中，k为无功支持系数，U为电网正序电压标幺值，ULV退出低电压穿越阈值，UHV退出高电压穿越阈值，IN为网侧逆变器的额定电流；网侧逆变器实际无功电流计算采用增量的方式，具体实现如下：
a、在机组发出无功指令Qref为感性无功指令时：
进入低电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝Irm_LVRT+Irc_LVRT；
进入高电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝max(Irm_HVRT，Irc_HVRT)；
待电压恢复后，再接收并执行机组的主控系统给出的感性无功指令；
b、在机组发出无功指令Qref为容性无功指令时：
进入低电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝max(Irm_HVRT，Irc_HVRT)；
进入高电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝Irm_LVRT+Irc_LVRT；
待电压恢复后，再接收并执行机组的主控系统给出的容性无功指令。
实施例3
本实施例公开了一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现实施例1所述的风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法。
本实施例中的存储介质可以是磁盘、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、U盘、移动硬盘等介质。
实施例4
本实施例公开了一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现实施例1所述的风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法。
本实施例中所述的计算设备可以是台式电脑、笔记本电脑、智能手机、PDA手持终端、平板电脑、可编程逻辑控制器(PLC，Programmable Logic Controller)、或其它具有处理器功能的终端设备。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法，其特征在于，该方法主要针对全功率变流器并网的大型半直驱永磁同步风电机组，在电网电压故障工况下，提取电网正序电压分量，并依据正序电压分量优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复，实现风电机组柔性故障电压穿越；其包括以下步骤：
1)数据采集
全功率变流器的控制器采集并网点三相电压有效值与三相电压瞬时值，通过解耦双同步坐标系锁相环DDSRF-PLL提取三相电压的正序电压分量，并依据控制和通讯周期，刷新内部数据；
2)故障电压检测
根据三相电压有效值判断故障状态，当任一相电压有效值超出阈值，则故障触发，进入故障电压穿越控制状态；
3)故障电压穿越控制
全功率变流器自主控制，冻结接收的无功指令并判断无功指令类型和故障穿越类型，向电网注入无功电流支撑电网电压快速恢复，在机组顺利完成故障电压穿越后，即全功率变流器顺利完成穿越动作，由全功率变流器的网侧逆变器控制并网点电压状态。
2.根据权利要求1所述的基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法，其特征在于：在步骤1)中，全功率变流器的控制器采集并网点三相电压有效值Up和三相电压瞬时值Uabc，其中，
Figure FDA0003067073270000011
Uabc-max为三相电压瞬时值Uabc的最大值；全功率变流器的网侧逆变器反馈并网点三相电流有效值和三相电流瞬时值；所述控制器依据控制和通讯周期，刷新内部数据：三相电压有效值Up、三相电压瞬时值Uabc、三相电流有效值和三相电流瞬时值；
采用解耦双同步坐标系锁相环DDSRF-PLL提取三相电压的正序电压分量，其原理如下：
DDSRF-PLL包含两个旋转坐标系，其中正向旋转坐标系初始角度为θ’，初始相位为
Figure FDA0003067073270000021
以ω的角速度逆时针旋转；反向旋转坐标系初始角度为-θ’，初始相位为
Figure FDA0003067073270000022
以-ω的角速度顺时针旋转；将并网点三相电压UPCC进行3s/2s变换得到UPCC在两相静止坐标系下的电压矢量Uαβ，然后将电压矢量Uαβ通过正反向同步dq变换，得出在dq坐标系下的正序电压矢量
Figure FDA0003067073270000023
和负序电压矢量
Figure FDA0003067073270000024
如下：
Figure FDA0003067073270000025
Figure FDA0003067073270000026
其中，
Figure FDA0003067073270000027
Figure FDA0003067073270000028
为d轴正序电压矢量、
Figure FDA0003067073270000029
为d轴负序电压矢量、
Figure FDA00030670732700000210
为q轴正序电压矢量、
Figure FDA00030670732700000211
为q轴负序电压矢量；U+为UPCC在两相静止坐标系下的正序电压矢量、U-为UPCC在两相静止坐标系下的负序电压矢量；
在锁相环实现精确锁相后ωt＝θ’，则正序电压矢量
Figure FDA00030670732700000212
和负序电压矢量
Figure FDA00030670732700000213
能够简化为：
Figure FDA00030670732700000214
Figure FDA00030670732700000215
根据上式能够看出，正序电压矢量和负序电压矢量中存在交叉耦合的二倍频分量，为消除耦合量，以
Figure FDA00030670732700000216
为正序解耦网络和
Figure FDA0003067073270000031
为负序解耦网络进行解耦计算。
3.根据权利要求1所述的基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法，其特征在于：在步骤2)中，全功率变流器的控制器实时检测并网点三相电压有效值，当任一相电压有效值的最小值小于Ulow时，进入低电压穿越状态；当任一相电压有效值的最大值大于Uhigh时，进入高电压穿越状态；三相电压有效值大于或等于Ulow或小于Uhigh时，机组由故障穿越状态恢复至单位功率因数并网状态；其中，Ulow为进入低电压穿越阈值，Uhigh为进入高电压穿越阈值。
4.根据权利要求1所述的基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法，其特征在于：在步骤3)中，在机组进入故障电压穿越状态瞬间，冻结网侧逆变器接收的无功指令Qref，并判断Qref为感性无功还是容性无功指令；按国标要求计算出网侧逆变器在低穿期间理论无功电流值为Irm_LVRT＝1.5*(ULV-U)*IN，高穿期间理论无功电流值为Irm_HVRT＝1.5*(U-UHV)*IN；低穿期间网侧逆变器根据实时正序电压得出的无功电流值为Irc_LVRT＝k*(ULV-U)*IN，高穿期间的值为Irc_HVRT＝k*(U-UHV)*IN；其中，k为无功支持系数，U为电网正序电压标幺值，ULV退出低电压穿越阈值，UHV退出高电压穿越阈值，IN为网侧逆变器的额定电流；网侧逆变器实际无功电流计算采用增量的方式，具体实现如下：
a、在机组发出无功指令Qref为感性无功指令时：
进入低电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝Irm_LVRT+Irc_LVRT；
进入高电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝max(Irm_HVRT，Irc_HVRT)；
待电压恢复后，再接收并执行机组的主控系统给出的感性无功指令；
b、在机组发出无功指令Qref为容性无功指令时：
进入低电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝max(Irm_HVRT，Irc_HVRT)；
进入高电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝Irm_LVRT+Irc_LVRT；
待电压恢复后，再接收并执行机组的主控系统给出的容性无功指令。
5.基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制系统，其特征在于，该系统主要针对全功率变流器并网的大型半直驱永磁同步风电机组，在电网电压故障工况下，提取电网正序电压分量，并依据正序电压分量优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复，实现风电机组柔性故障电压穿越；其包括数据采集模块、故障电压检测模块和故障电压穿越控制模块；
所述数据采集模块，通过全功率变流器的控制器采集并网点三相电压有效值与三相电压瞬时值，通过解耦双同步坐标系锁相环DDSRF-PLL提取三相电压的正序电压分量，并依据控制和通讯周期，刷新控制器内部数据；
所述故障电压检测模块，根据三相电压有效值判断故障状态，当任一相电压有效值超出阈值，则故障触发，进入故障电压穿越控制状态；
所述故障电压穿越控制模块，通过全功率变流器自主控制，冻结接收的无功指令并判断无功指令类型和故障穿越类型，向电网注入无功电流支撑电网电压快速恢复，在机组顺利完成故障电压穿越后，即全功率变流器顺利完成穿越动作，由全功率变流器的网侧逆变器控制并网点电压状态。
6.根据权利要求5所述的基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制系统，其特征在于，所述数据采集模块具体执行以下操作：
通过全功率变流器的控制器采集并网点三相电压有效值Up和三相电压瞬时值Uabc，其中，
Figure FDA0003067073270000051
Uabc-max为三相电压瞬时值Uabc的最大值；全功率变流器的网侧逆变器反馈并网点三相电流有效值和三相电流瞬时值；所述控制器依据控制和通讯周期，刷新内部数据：三相电压有效值Up、三相电压瞬时值Uabc、三相电流有效值和三相电流瞬时值；
采用解耦双同步坐标系锁相环DDSRF-PLL提取三相电压的正序电压分量，其原理如下：
DDSRF-PLL包含两个旋转坐标系，其中正向旋转坐标系初始角度为θ’，初始相位为
Figure FDA0003067073270000052
以ω的角速度逆时针旋转；反向旋转坐标系初始角度为-θ’，初始相位为
Figure FDA0003067073270000053
以-ω的角速度顺时针旋转；将并网点三相电压UPCC进行3s/2s变换得到UPCC在两相静止坐标系下的电压矢量Uαβ，然后将电压矢量Uαβ通过正反向同步dq变换，得出在dq坐标系下的正序电压矢量
Figure FDA0003067073270000054
和负序电压矢量
Figure FDA0003067073270000055
如下：
Figure FDA0003067073270000056
Figure FDA0003067073270000057
其中，
Figure FDA0003067073270000058
Figure FDA0003067073270000059
为d轴正序电压矢量、
Figure FDA00030670732700000510
为d轴负序电压矢量、
Figure FDA00030670732700000511
为q轴正序电压矢量、
Figure FDA00030670732700000512
为q轴负序电压矢量；U+为UPCC在两相静止坐标系下的正序电压矢量、U-为UPCC在两相静止坐标系下的负序电压矢量；
在锁相环实现精确锁相后ωt＝θ’，则正序电压矢量
Figure FDA00030670732700000513
和负序电压矢量
Figure FDA00030670732700000514
能够简化为：
Figure FDA0003067073270000061
Figure FDA0003067073270000062
根据上式能够看出，正序电压矢量和负序电压矢量中存在交叉耦合的二倍频分量，为消除耦合量，以
Figure FDA0003067073270000063
为正序解耦网络和
Figure FDA0003067073270000064
为负序解耦网络进行解耦计算。
7.根据权利要求5所述的基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制系统，其特征在于，所述故障电压检测模块具体执行以下操作：
通过全功率变流器的控制器实时检测并网点三相电压有效值，当任一相电压有效值的最小值小于Ulow时，进入低电压穿越状态；当任一相电压有效值的最大值大于Uhigh时，进入高电压穿越状态；三相电压有效值大于或等于Ulow或小于Uhigh时，机组由故障穿越状态恢复至单位功率因数并网状态；其中，Ulow为进入低电压穿越阈值，Uhigh为进入高电压穿越阈值。
8.根据权利要求5所述的基于正序电压的风电机组柔性故障电压穿越无功控制系统，其特征在于，所述故障电压穿越控制模块具体执行以下操作：
在机组进入故障电压穿越状态瞬间，冻结网侧逆变器接收的无功指令Qref，并判断Qref为感性无功还是容性无功指令；按国标要求计算出网侧逆变器在低穿期间理论无功电流值为Irm_LVRT＝1.5*(ULV-U)*IN，高穿期间理论无功电流值为Irm_HVRT＝1.5*(U-UHV)*IN；低穿期间网侧逆变器根据实时正序电压得出的无功电流值为Irc_LVRT＝k*(ULV-U)*IN，高穿期间的值为Irc_HVRT＝k*(U-UHV)*IN；其中，k为无功支持系数，U为电网正序电压标幺值，ULV退出低电压穿越阈值，UHV退出高电压穿越阈值，IN为网侧逆变器的额定电流；网侧逆变器实际无功电流计算采用增量的方式，具体实现如下：
a、在机组发出无功指令Qref为感性无功指令时：
进入低电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝Irm_LVRT+Irc_LVRT；
进入高电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝max(Irm_HVRT，Irc_HVRT)；
待电压恢复后，再接收并执行机组的主控系统给出的感性无功指令；
b、在机组发出无功指令Qref为容性无功指令时：
进入低电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝max(Irm_HVRT，Irc_HVRT)；
进入高电压穿越状态时，此时网侧逆变器计算无功电流Ir公式为：Ir＝Irm_LVRT+Irc_LVRT；
待电压恢复后，再接收并执行机组的主控系统给出的容性无功指令。
9.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1至4中任一项所述的风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法。
10.一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1至4中任一项所述的风电机组柔性故障电压穿越无功控制方法。
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