一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法，针对配电网并网风机，当发生暂态故障导致并网点电压下降时，有功电流输出根据功率容量限幅计算设定值，无功电流根据最小允许电流输出以抬升电网电压。当负荷电压进一步下降并使无功电流达到限幅时，有功无功开始协调控制，根据电网电压的下降幅度调节有功电流使其靠近最大输出点。该控制方法能有效利用配网风机网侧变流器的容量提升并网点电压，实现低电压穿越，仅在达到限幅时控制有功电流可以避免有功电流的频繁波动，实现有功无功的协调控制。实现有功无功的协调控制。实现有功无功的协调控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法


[0001]本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法。

技术介绍

[0002]风能作为一种可再生的清洁能源，其蕴量巨大，但因风力发电的高度电力电子化，风电发展所面临的问题也渐渐显露出来。例如对于配电网并网风机而言，当发生暂态故障导致并网点电压下降时，不平衡功率集中在直流电容，若换流器不能提供足够的无功以支撑电网电压，电容将超出容量限制而损坏，因此提高风电机组的低电压穿越能力是亟需解决的一个重要问题。此外，与高压电网中的并网型风机不同，配电网中电阻和电抗较为接近，即有功功率对电网的抬升作用也较为显著，因此协调控制有功无功，研究配电网风机换流器的低电压穿越控制策略以对电网电压提供支撑，是一个实际需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术针对现存的配网风机的低电压穿越问题，提供一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法。当电网电压暂降时，通过对有功电流以及无功电流的协调控制来共同支撑配网电压的下降，且以最大允许电流为约束，目标函数为d轴q轴内环电流参考值之和并求其最大值，实现了对电网电压的有效支撑。本专利技术的技术方案为：
[0004]步骤1：根据低电压穿越准则，计算配网风机在电压跌落时网侧变流器的q轴无功电流的最小值，计算公式为1.5(0.9
‑
u
g
)I
N
。
[0005]步骤2：给定网侧变流器的最大允许电流i
gmax
，此处取i
gmax
＝1.5I
N
，根据变流器容量约束，即确定d轴有功、q轴无功电流参考值应满足的关系。
[0006]步骤3：稳态时，根据直流电压、电网电压两个外环控制经过PI环节后分别输出d轴和q轴的稳态电流参考值和
[0007]步骤4：当并网点电压跌落，且处于0.2～0.9p.u.时，根据步骤1的公式计算q轴无功电流参考值i
qref
以及步骤2所述的最大允许电流i
gmax
，计算暂态时在变流器容量限制下的d轴有功电流参考值i
dref
。
[0008]步骤5：对q轴无功电流i
qref
进行限幅，幅值上限为0.707i
gmax
，当输入值在幅值范围内时，输出不变；当输入值超出限幅时，将输出值i
′
qref
固定在0.707i
gmax
。
[0009]步骤6：当步骤5的输入值未达到限定值时，信号标示sig置1；否则sig置0。
[0010]步骤7：将电网电压参考值与实际值作差后经过一个PI环节，限幅后得到增益量M，M区间为[
‑
1,1]，其中M的大小反映了电网电压的跌落程度。
[0011]步骤8：根据式i'
dref
＝i
qref
(1
‑
|M|)+0.707i
gmax
|M|计算出适应于电网电压变化的d
轴有功电流。
[0012]步骤9：将i
dref
与i
′
dref
分别输入到两输入选择器的0和1，根据步骤6输出的信号标示判断，当sig置0时输出i
″
dref
值为i
dref
；反之，当sig置1时其值为i
′
dref
。
[0013]步骤10：将稳态时的d轴有功电流与电压跌落情况下但未进行电压自适应控制的d轴电流参考值i
dref
作比较，输出其中的较小值i
″′
dref
。
[0014]步骤11：将i
″′
dref
与i
″
dref
分别输入到两输入选择器的0和1；判断信号为信号标示sig，当sig置0时输出i
″″
dref
值为i
″′
dref
；反之，当sig置1时其值为i
″
dref
。
[0015]步骤12：：将稳态时的q轴无功电流与经过限幅后的q轴电流参考值i
′
qref
作比较，输出其中的较大值i
″
qref
。
[0016]本专利技术的技术效果为：本专利技术设计科学，方法合理，对并网变流器容量的利用率高，通过对有功电流以及无功电流的协调控制来实现配网风机的低电压穿越过程。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的网侧变流器的外环电压协调控制框图
[0018]图2为本专利技术的网侧变流器d轴内环电流参考值
[0019]图3为本专利技术的网侧变流器q轴内环电流参考值
具体实施方式
[0020]下面结合附图，对本专利技术方法做详细说明。
[0021]所述的一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法，其特征在于该配网风机变流器所应用的场景中电阻R和电抗X较为接近，即有功功率引起的电压跌落与无功功率引起的电压跌落基本相同，直流电压外环最终输出的内环d轴电流参考值与变流器输出的有功功率强相关；电网电压外环最终输出的内环q轴电流参考值与变流器输出的无功功率强相关，且控制仅针对配网风机网侧变流器的外环控制，输入为直流电容电压以及电网电压，输出为d轴和q轴的内环电流参考值。
[0022]所述的一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法，其具体实施步骤如下：步骤1：根据低电压穿越准则，计算配网风机在电压跌落时网侧变流器的q轴无功电流的最小值，计算公式为1.5(0.9
‑
u
g
)I
N
。
[0023]步骤2：给定网侧变流器的最大允许电流i
gmax
，此处取i
gmax
＝1.5I
N
，根据变流器容量约束，即确定d轴有功、q轴无功电流参考值应满足的关系。
[0024]步骤3：稳态时，根据直流电压、电网电压两个外环控制经过PI环节后分别输出d轴和q轴的稳态电流参考值和
[0025]步骤4：当并网点电压跌落，且处于0.2～0.9p.u.时，根据步骤1的公式计算q轴无功电流参考值i
qref
以及步骤2所述的最大允许电流i
gmax
，计算暂态时在变流器容量限制下的d轴有功电流参考值i
dref
。
[0026]步骤5：对q轴无功电流i
qref
进行限幅，幅值上限为0.707i
gmax
，当输入值在幅值范围
内时，输出不变；当输入值超出限幅时，将输出值i
′
qref
固定在0.707i
gmax...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：根据低电压穿越准则，计算配网风机在电压跌落时网侧变流器的q轴无功电流的最小值；步骤2：给定网侧变流器的最大允许电流i
gmax
，根据变流器容量分配原则，确定d轴有功、q轴无功电流参考值应满足的关系；步骤3：稳态时，根据直流电压、电网电压两个外环控制经过PI环节后分别输出d轴和q轴的稳态电流参考值和步骤4：当并网点电压跌落，且处于0.2～0.9p.u.时，根据步骤1的公式计算q轴无功电流参考值i
qref
以及步骤2所述的最大允许电流i
gmax
，计算暂态时在变流器容量限制下的d轴有功电流参考值i
dref
；步骤5：对q轴无功电流i
qref
进行限幅，幅值上限为0.707i
gmax
，当输入值在幅值范围内时，输出不变；当输入值超出限幅时，将输出值i
′
qref
固定在0.707i
gmax
；步骤6：当步骤5的输入值未达到限定值时，信号标示sig置1；否则sig置0；步骤7：将电网电压参考值与实际值作差后经过一个PI环节，限幅后得到增益量M，M区间为[
‑
1,1]，其中M的大小反映了电网电压的跌落程度；步骤8：根据式i'
dref
＝i
qref
(1
‑
|M|)+0.707i
gmax
|M|计算出适应于电网电压变化的d轴有功电流；步骤9：将i
dref
与i'
dref
分别输入到两输入选择器的0和1，根据步骤6输出的信号标示判断，当si...

【专利技术属性】
技术研发人员：张嘉琦，李菡昊，张远欣，朱永强，韩民晓，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：