提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制方法及系统技术方案

提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制方法及系统，以双馈式风电机组转子电流幅值、变流器直流电压为判据，通过控制转子侧变流器控制系统转子电流给定的相位，根据转子电流幅值、直流电压幅值与各阈值的比值关系，优先执行比值较大变量的控制模式；不增加硬件设备，减小电网电压跌落时刻开始至电网电压恢复稳定运行阶段的转子电流幅值与直流电压幅值，提高双馈式风电机组低电压穿越能力，减小撬棒保护电阻投入的概率，提高双馈式风电机组对电网的支撑能力，为高比例新能源电网的运行提供技术支撑。技术支撑。技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制方法及系统


[0001]本专利技术属于新能源的并网性能控制策略
，具体涉及提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，我国风力发电机组装机容量增长迅速，在现有的风电机组中，双馈式风电机组占了很高的比重。风力发电机组大规模并网，导致其对电网的影响愈发显著，相关标准规范对风电机组的技术要求也在不断提高，其中一项重要指标就是风电机组的低电压穿越能力。在高比例新能源电网中，必须提高双馈式风电机组低电压穿越能力，才能保证电网的安全稳定运行。
[0003]现有技术中，对于提高双馈式风电机组低电压穿越能力的研究包括：
[0004](1)投入撬棒消耗故障期间的多余能量；
[0005]訾鹏等在2015年3月的《中国电机工程学报》，发表过《提高双馈式风力发电机机电暂态模型crowbar保护仿真精度的方法》，建立了撬棒电阻(Crowbar)保护模型，实现对DFIG(Doubly Fed Induction Generator，双馈异步风力发电机)机电暂态模型故障的准确模拟；鲜龙等在2020年3月的《自动化与仪器仪表》，发表过《基于新型转子撬棒的双馈风电机组低电压穿越技术》，设计了一种新型阻容式转子撬棒，能够加快定子侧故障电压的恢复、限制转子侧过电流，抑制因撬棒投切对机侧变流器的暂态冲击，最终有效提高双馈风力发电系统的低电压穿越能力；郑重等在2012年11月的《电力自动化设备》，发表过《电网故障下基于撬棒保护的双馈风电机组短路电流分析》，提出了一种新型电阻串联电容式撬棒结构，并给出了其中电容值的选取方法，可以有效地抑制DFIG的转子浪涌电流并改善故障期间DFIG定子端的有功、无功功率外特性。
[0006]为减小撬棒投入概率，现有技术(CN101964534B，公开日2011
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02
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02)一种实现双馈式风电机组低电压穿越的风机改造方法，包括(1)根据风机所具备的不间断电源配备条件，分别在风机的主控系统、变桨控制系统及其控制回路和变频器控制系统上设置有一在线式不间断电池柜；(2)对主控系统、变桨控制系统与主控系统相配合的控制方式及变频器控制系统与主控系统相配合的控制方式进行修改。该方法需要增加硬件设备，增加风电机组的制造成本。
[0007](2)采用储能设备存储故障期间的剩余能量
[0008]王树军等在2019年5月的《电器与能效管理技术》，发表过《用于提高双馈风力机低电压穿越能力的超级电容储能容量配置及控制策略研究》，应用超级电容及双向DC/DC构建Crowbar保护电路释放磁场储能，加快磁链衰减，有效保护DFIG及其控制系统，限制定、转子过电流，提高DFIG的低电压穿越能力；苏小林等在2018年8月的《南方电网技术》，发表过《提高风电并网系统低电压穿越能力的SMES
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FCL容量优化》，提出用于评价双馈风电系统低电压穿越能力的并网点电压偏移量指标，综合考虑经济成本建立超导储能容量优化的多目标模型；田利等在2016年8月的《电力建设》，发表过《提升低电压穿越能力的功率型储能系统
容量配置及控制策略》，提出一种在DFIG背靠背变流器直流母线电容上加装超级电容储能系统，在电网电压跌落、直流侧电压波动期间，将能量储存在超级电容中，同时也可以释放多余的能量补偿直流侧电压，从而有效地提升DFIG低电压故障的耐受能力；朱建红等在2016年9月的《电网与清洁能源》，发表过《风/储系统低电压穿越策略仿真研究》，剖析双馈发电及背靠背变换器的数学模型，在直流母线处引进储能系统，设计双向直流变换器，提高系统低电压穿越的能力。
[0009](3)提高双馈式风电机组无功支撑能力
[0010]罗嘉等在2021年3月的《电网技术》，发表过《基于显式模型预测控制和改进虚拟阻抗的双馈风机低电压穿越策略》，提出了一种基于显式模型预测控制的改进虚拟阻抗控制方法，充分抑制转子电流，实现故障穿越；刘洪金等在2021年4月的《太阳能学报》，发表过《一种提升LVRT能力的DFIG控制策略及故障特征分析》，提出一种转子侧撬棒电路自适应切除控制策略，保证变流器在安全工作的同时，利用DFIG自身的无功调节能力向电网提供更多无功支撑，提升低电压穿越性能；王若谷等在2012年3月的《电力工程技术》，发表过《提升双馈风力发电系统低电压穿越能力的跟踪控制方法》，提出一种基于状态相关Riccati(黎卡提)方程技术的网侧变流器跟踪控制方法，充分利用GSC(网侧变流器)的无功功率调节能力，为电网提供无功功率支撑以避免电压恶化。
[0011]综上所述，现有技术针对双馈式风电机组低电压穿越的研究，主要集中在两个方面。第一个方面增加硬件设备，例如撬棒、储能设备等，消耗或者储存电压跌落期间的不平衡能量，但增加硬件设备会增加风电机组投资成本的同时，投入撬棒还会使风电机组由输出电能的电源，变成消耗电能的电动机，不利于电网恢复。第二方面是控制策略增加双馈式风电机组的无功支撑能力，支撑电网电压恢复，现有技术中提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制策略，大多是提高风电机组的无功支撑能力，没有从风电机组的转子电流、直流电压与定子电流之间的关系入手。
[0012]因此，提升双馈式风电机组低电压穿越能力的重点在于，从风电机组的转子电流、直流电压与定子电流之间的关系入手，减小电压跌落阶段及故障恢复阶段的转子电流幅值与直流电压幅值，同时最小化硬件设备投入的概率。

技术实现思路

[0013]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提出一种提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制方法及系统，以双馈式风电机组转子侧电流幅值、变流器直流侧电压为判据，通过对双馈式风电机组转子侧电流相位的控制，来减小电压跌落阶段及故障恢复阶段的转子电流幅值与直流电压幅值，提高双馈式风电机组低电压穿越能力，为高比例新能源电网的运行提供技术支撑。
[0014]本专利技术采用如下的技术方案。
[0015]双馈式风电机组包括发电机和变流器，提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制方法包括：
[0016]步骤1，采集发电机的定子电流相位、转子电流幅值以及变流器的直流电压幅值；并对转子电流幅值的阈值和直流电压幅值的阈值进行设置；
[0017]步骤2，当转子电流幅值大于转子电流幅值的阈值时，或者直流电压幅值大于直流
电压幅值的阈值时，则发电机进入低电压穿越控制模式；
[0018]步骤3，在低电压穿越控制模式下，当转子电流幅值与转子电流幅值阈值的比值大于直流电压幅值与直流电压幅值阈值的比值时，保持当前转子电流给定的幅值不变，改变转子电流给定的相位，使得转子电流给定与定子电流同向，以减小转子电流幅值；否则进入步骤4；
[0019]步骤4，在低电压穿越控制模式下，当直流电压幅值与直流电压幅值阈值比值大于转子电流幅值与转子电流幅值阈值的比值时，若定子电流的变化趋势与转子电流的变化趋势相同，则保持当前转子电流给定的幅值不变，改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制方法，所述双馈式风电机组包括发电机和变流器，其特征在于，所述方法包括：步骤1，采集发电机的定子电流相位、转子电流幅值以及变流器的直流电压幅值；并对转子电流幅值的阈值和直流电压幅值的阈值进行设置；步骤2，当转子电流幅值大于转子电流幅值的阈值时，或者直流电压幅值大于直流电压幅值的阈值时，则发电机进入低电压穿越控制模式；步骤3，在低电压穿越控制模式下，当转子电流幅值与转子电流幅值阈值的比值大于直流电压幅值与直流电压幅值阈值的比值时，保持当前转子电流给定的幅值不变，改变转子电流给定的相位，使得转子电流给定与定子电流同向，以减小转子电流幅值；否则进入步骤4；步骤4，在低电压穿越控制模式下，当直流电压幅值与直流电压幅值阈值比值大于转子电流幅值与转子电流幅值阈值的比值时，若定子电流的变化趋势与转子电流的变化趋势相同，则保持当前转子电流给定的幅值不变，改变转子电流给定的相位，使得转子电流给定与定子电流反向，以减小直流电压幅值；若定子电流的变化趋势与转子电流的变化趋势相反，则保持当前转子电流给定的幅值不变，改变转子电流给定的相位，使得转子电流给定与定子电流同向，以减小直流电压幅值。2.根据权利要求1所述的提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制方法，其特征在于，转子电流给定的幅值和相位是转子侧变流器控制系统的控制变量。3.根据权利要求1所述的提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制方法，其特征在于，步骤1中，转子电流幅值阈值设置为转子电流额定值的1.2倍；直流电压幅值阈值设置为直流电压幅值的1.15倍；转子电流幅值阈值与直流电压幅值阈值呈非线性的反比例关系。4.根据权利要求1或3所述的提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制方法，其特征在于，步骤2还包括，当转子电流幅值小于等于转子电流幅值阈值，且直流电压幅值小于等于直流电压幅值阈值时，则发电机处于正常控制模式。5.根据权利要求2所述的提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制方法，其特征在于，步骤3包括：步骤3.1，当转子电流幅值与转子电流幅值阈值的比值大于直流电压幅值与直流电压幅值阈值的比值时，保持当前转子电流给定的幅值不变，改变转子电流给定的d轴分量、q轴分量的大小，从而改变转子电流给定的相位，使得转子电流给定与定子电流同向；步骤3.2，根据风电机组并网点电压跌落前后的电压幅值，获得定子磁通的变化趋势；低电压穿越控制模式下，发电机的定子磁通满足如下关系式：
式中，表示发电机的定子磁通，分别表示定子磁通的强制分量与自由分量，U1、U2分别表示风电机组并网点电压跌落前、后的电压幅值，ω
e
表示同步转速，τ
s
表示定子侧衰减时间常数；步骤3.3，保持定子磁通变化趋势，当转子电流给定的相位与定子电流的相位相同时，转子电流幅值达到最小值。6.根据权利要求2所述的提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制方法，其特征在于，步骤4包括：步骤4.1，当直流电压幅值与直流电压幅值阈值比值大于转子电流幅值与转子电流幅值阈值的比值时，判断定子电流变化率与转子电流变化率的符号关系：当与符号相同时，则判定定子电流的变化趋势与转子电流的变化趋势相同；当与符号相反时，则判定定子电流的变化趋势与转子电流的变化趋势相反；步骤4.2，当定子电流的变化趋势与转子电流的变化趋势相同时，保持当前转子电流给定的幅值不变，改变转子电流给定的d轴分量、q轴分量的大小，使得转子...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕卫军，刘阳，张振安，李朝晖，杨海晶，孙鑫，谷青发，高泽，刘超，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：