一种双馈风电机组直流电压稳定控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双馈风电机组直流电压稳定控制方法及系统，所述方法包括：在电网发生短路故障时，获取直流电压外环产生的网侧变流器有功电流参考值；根据直流母线电压参考值与直流母线电压实际值的偏差，引入附加阻尼电流；根据所述网侧变流器有功电流参考值和所述附加阻尼电流，得到补偿后的网侧变流器有功电流指令值，以实现增大直流母线电压阻尼并补偿不平衡功率。本发明专利技术能够显著抑制交流电网短路故障下双馈风电并网系统直流环节的电压波动，提高系统暂态稳定运行能力。提高系统暂态稳定运行能力。提高系统暂态稳定运行能力。

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风电机组直流电压稳定控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及双馈风电机组
，特别是一种双馈风电机组直流电压稳定控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着风力发电在电力系统的渗透率的逐步增加，双馈异步感应电机由于其变流器容量小的优点而广泛应用于风力发电系统。双馈异步感应电机采用背靠背变流器实现交流励磁，转子侧变流器与网侧变流器通过直流电容环节交换能量。由于其网侧变流器直接与电网相连，当电网发生短路故障时，双馈风力机组输出电流与电网阻抗的交互作用加剧，导致风电机组端电压波动，引起直流母线侧功率严重不平衡，从而造成直流母线电压的剧烈波动，降低系统的故障穿越能力和暂态稳定性。因此，提高双馈风电机组直流母线电压在低电压穿越期间的稳定性可以有效提高电网安全稳定运行的能力。目前国内外学者已展开了相关研究，如已公开的下列文献：
[0003][1]伍文华，陈燕东，罗安.一种直流微网双向并网变换器虚拟惯性控制策略[J].中国电机工程学报,2017,37(02):360
‑
372.
[0004][2]L.Yin,Z.Zhao,T.Lu.An Improved DC
‑
Link Voltage Fast Control Scheme for a PWM Rectifier
‑
Inverter System[J].IEEE Transactions on Industry Applications.2014,50(1)：462
‑
473.
[0005]文献[1]提出了一种直流微网双向并网变换器虚拟惯性控制策略，通过类比虚拟同步发电机的控制方式，在直流母线电压控制中引入电压
‑
电流下垂控制，从而增加直流母线电压的惯量和阻尼特性。文献[2]分析了输出功率对直流母线电压的影响，并基于能量快速平衡的角度提出了一种直流电压稳定控制，通过无差拍预测方法控制输出电流与参考电流一致，以抑制直流电压的波动。但上述文献分别是针对小扰动和静态场景下直流母线电压稳定性的研究，忽略了在大干扰条件下直流母线电压的暂态稳定性，实际上，在电网故障下，直流母线侧存在严重的能量不平衡，直流母线电压波动剧烈，进一步恶化电网故障下双馈风电并网系统的暂态稳定性。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术提供一种双馈风电机组直流电压稳定控制方法及系统，在不增加硬件设备基础上，仅改变双馈风电机组网侧变流器直流电压环的控制策略就能抑制电网故障期间直流母线电压的波动，显著提高双馈风电并网系统的低电压穿越能力。
[0007]本专利技术公开了一种双馈风电机组直流电压稳定控制方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：在电网发生短路故障时，获取直流电压外环产生的网侧变流器有功电流参考值；
[0009]步骤2：根据直流母线电压参考值与直流母线电压实际值的偏差，引入附加阻尼电流；
[0010]步骤3：根据所述网侧变流器有功电流参考值和所述附加阻尼电流，得到补偿后的网侧变流器有功电流指令值，以实现增大直流母线电压阻尼并补偿不平衡功率。
[0011]进一步地，在所述步骤1中：
[0012]双馈风电并网系统网侧变流器直流电压外环仅采用比例控制。
[0013]进一步地，所述步骤1包括：
[0014]通过以下公式获取所述网侧变流器有功电流参考值：
[0015][0016]式中，为网侧变流器有功电流参考值，k
pu
为直流电压控制环比例系数，为直流母线电压参考值，U
dc
为直流母线电压反馈值。
[0017]进一步地，在所述步骤2中：
[0018]所述附加阻尼电流的计算公式为：
[0019][0020]式中，为直流母线电压参考值与直流母线电压值的偏差绝对值，ΔU
dc_set
为调节系数。
[0021]进一步地，所述补偿后的网侧变流器有功电流指令值满足下式：
[0022][0023]式中，为补偿后的网侧变流器有功电流指令值，s为转差率，为双馈异步发电机定子电流指令值，为转差电流。
[0024]进一步地，所述转差率的计算公式为：
[0025]s＝(ω
s
‑
ω
r
)/ω
s
[0026]式中，ω
s
为双馈异步感应电机同步电角速度，ω
r
为双馈异步感应电机转子电角速度。
[0027]本专利技术还公开了一种双馈风电机组直流电压稳定控制系统，其包括：
[0028]获取模块，用于在电网发生短路故障时，获取直流电压外环产生的网侧变流器有功电流参考值；
[0029]引入模块，用于根据直流母线电压参考值与直流母线电压实际值的偏差，引入附加阻尼电流；
[0030]计算模块，用于根据所述网侧变流器有功电流参考值和所述附加阻尼电流，得到补偿后的网侧变流器有功电流指令值，以实现增大直流母线电压阻尼并补偿不平衡功率。
[0031]进一步地，所述获取模块中的双馈风电并网系统网侧变流器直流电压外环仅采用比例控制。
[0032]由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：本方法通过改进双馈风电机组的网侧变流器直流电压环的控制策略，在电网短路故障期间，可等效增加直流侧电压的阻尼，并补偿直流侧的不平衡功率，实现直流母线电压的平稳过渡，并提高直流母线电压的
稳定水平，从而有效提高双馈风电并网系统故障穿越的能力。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1为现有技术中的双馈风电机组并网结构示意图；
[0035]图2为本专利技术实施例的附加阻尼和功率补偿策略控制结构示意图；
[0036]图3(a)为现有技术中网侧变流器采用传统控制策略的仿真波形图；
[0037]图3(b)为本专利技术实施例中网侧变流器采用传统控制策略的仿真波形图；
[0038]图4(a)为现有技术中采用传统控制策略的仿真波形图；
[0039]图4(b)为本专利技术实施例中附加阻尼和功率补偿控制策略的仿真波形图。
具体实施方式
[0040]结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，显然，所描述的实施例仅是本专利技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术实施例保护的范围。
[0041]本专利技术用于提高双馈风电机组直流侧电压的暂态稳定性。参见图1和图2，在电网对称短路故障期间，通过引入附加阻尼功率和转差功率，可实现直流母线电压的暂态波动的抑制，改善直流母线电压稳定水平，进而提高系统的暂态稳定运行能力。
[0042]本专利技术提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双馈风电机组直流电压稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在电网发生短路故障时，获取直流电压外环产生的网侧变流器有功电流参考值；步骤2：根据直流母线电压参考值与直流母线电压实际值的偏差，引入附加阻尼电流；步骤3：根据所述网侧变流器有功电流参考值和所述附加阻尼电流，得到补偿后的网侧变流器有功电流指令值，以实现增大直流母线电压阻尼并补偿不平衡功率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中：双馈风电并网系统网侧变流器直流电压外环仅采用比例控制。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：通过以下公式获取所述网侧变流器有功电流参考值：式中，为网侧变流器有功电流参考值，k
pu
为直流电压控制环比例系数，为直流母线电压参考值，U
dc
为直流母线电压反馈值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中：所述附加阻尼电流的计算公式为：式中，为直流母线电压参考值与直流母线电压值的偏差绝对值，ΔU
dc_set
为调节系数。5.根据权利要求4所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘育明，李小菊，李登峰，姚骏，夏翰林，李媛，司萌，杨旼才，李寒江，徐瑞林，詹航，陈诗玥，黄森，张同尊，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司国家电网有限公司重庆大学，
类型：发明
国别省市：