本发明专利技术涉及一种基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略(low voltage ride
【技术实现步骤摘要】
基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略
[0001]本专利技术涉及一种基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略,属于新能源发电并网领域。
技术介绍
[0002]随着海上风电朝着单机大容量中高压化发展,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)用作永磁直驱风机变流器具有良好前景。而MMC风电变流器面临“机侧MMC运行于低频工况下子模块电容电压波动大”的巨大挑战。现有针对MMC风电变流器的研究,集中在如何降低机侧MMC低频工况下电容电压波动,而针对大容量直驱风电机组经背靠背MMC送出系统的低电压穿越策略鲜有报道。
[0003]大容量直驱风电机组的低电压穿越对电网的稳定运行至关重要,本专利技术针对大容量直驱风电机组并网点发生低电压故障期间,直流母线骤升易导致风机脱网的问题,提出一种基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略。风机与超级电容储能系统共同配合解决低电压故障期间机、网能量不平衡问题,网侧MMC可按照海上风电场规定进行动态无功补偿,为应对不对称故障,设计了负序电流抑制控制器以维持输出电流三相对称。所提策略可稳定故障期间直流母线电压,保障MMC功率器件安全运行,同时补偿无功以改善电网电压,提高了大容量直驱风电机组故障穿越能力和运行稳定性,对海上风电的大容量和中压化发展具有重大的理论和工程意义。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略,该低电压穿越策略包括以下步骤:<br/>[0005]步骤1:针对机侧MMC,采用加速减载控制降低故障期间机、网不平衡功率,同时投入二倍频环流注入策略抑制机侧MMC低频工况下的电容电压波动。
[0006]步骤2:网侧MMC在风电机组故障穿越时切换为无功优限模式,使得网侧MMC具备规定的动态无功支撑能力和有功控制能力。
[0007]步骤3:采用超级电容储能系统吸收故障期间不平衡功率,保障MMC的功率器件安全运行。
附图说明
[0008]图1为包含超级电容储能系统的大容量直驱风电机组拓扑结构
[0009]图2为系统故障穿越策略控制总图
[0010]图3为电网电压与无功电流关系曲线
[0011]图4为超级电容储能系统拓扑
[0012]图5为储能电路控制框图
具体实施方式
[0013]本专利技术提供一种基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略。下面将对本专利技术做进一步详细的说明。
[0014]步骤1:
[0015]附图1为包含超级电容储能系统的大容量直驱风电机组拓扑结构,机侧MMC的主要控制目标为稳态时通过风机的转速控制实现最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT),向直流侧输送稳定的功率。并网点发生低电压故障时,调整功率运行点减小风机向直流侧输送的功率P
w
,降低直流侧两端的不平衡功率。同时为解决机侧MMC低频工况下子模块电容电压较大的问题,采用二倍频环流注入策略抑制电容电压波动。
[0016]稳态运行时风机运行在最大功率点,忽略风轮机的能量损耗,风机从风能中获取的功率为:
[0017]P
w
=0.5ρπR2v3C
p
(β,λ) (1)
[0018]式中,ρ空气密度,R为风轮机半径,v为风速,C
p
为风能利用系数,其大小由桨距角β和叶尖速比λ共同决定,具体可表示为:
[0019][0020]叶尖比λ由风机转速ω和风速v决定,当桨距角β一定时,存在一个最佳叶尖速比使得风能利用系数最大,使风电机组运行于最大功率点。低电压故障期间风机通过提高转速、提高叶尖速比、减小风能利用系数降低风机故障期间的有功出力,进而达到减小故障期间直流侧两端不平衡功率的目的。加速减载仅依赖风机的自身调节能力,但风机存在最大转速限制1.2ω
N
,降风机功率运行点平衡直流母线两侧功率只能应对小幅度电压跌落工况,鉴于风机脱网事故多为并网点发生严重的电压跌落,因此故障期间维持转速在最大值ω
max
=1.2ω
N
,剩余的不平衡功率由超级电容储能系统吸收。通过降低风机功率运行点减小了故障期间的不平衡功率,可减少储能系统的容量配置。
[0021]永磁直驱风机端口输出频率较低,机侧MMC运行于低频工况下子模块电容电压波动较大,过大的电容电压波动会影响风机控制的稳定性,容易造成子模块过电压,因此采用二倍频环流注入策略抑制电容电压波动。二倍频环流注入由附图2中的环流注入控制器实现,图中i
2fd_ref
、i
2fq_ref
分别为dq轴二倍频电流参考值,i
2fd
、i
2fq
为三相环流坐标变换得到的dq轴二倍频环流,通过电流闭环控制得到dq轴二倍频环流电压参考值u
cird_ref
、u
cirq_ref
,坐标变换得到的三相二倍频电压参考波u
cirj_ref
叠加到MMC调制波中实现二倍频环流的注入。
[0022]步骤2:
[0023]网侧变流器应在风电场故障穿越时具备规定的动态无功支撑能力和有功控制能力。稳态运行期间,网侧有功电流指令由直流电压外环给定。当发生低电压故障期时,网侧变流器切换为无功优先模式,向电网输送一定的无功功率帮助电压恢复,此时有功电流受变流器最大电流限制,按照《风电场接入电网技术规定(修订本)》,有功无功电流指令可由
式(3)给定:
[0024][0025]式中,i
dref_p
、i
qref_p
分别为正序d轴有功电流、正序q轴无功电流,U
e
为并网点电压标幺值,I
N
为额定电流。
[0026]按照规定中典型低电压穿越曲线,无功电流指令随着电压跌落及恢复过程变化如附图3所示。在电压跌落及恢复过程中无功电流指令可表示为:
[0027][0028]为减小系统发生不对称电压跌落时直流电压的二倍频波动,同时使得三相电流对称,防止不对称电流引起桥臂功率器件过流,网侧变流器采用负序电流闭环控制以消除MMC交流侧的负序分量,具体可见附图2中负序电流抑制控制器,i
dref_n
=0、i
qref_n
=0分别为输出电流的dq轴负序分量,负序参考电压e
j_refn
叠加到网侧MMC调制波中实现负序电流的抑制。
[0029]步骤3:
[0030]机侧MMC通过加速减载控制只能一定程度的减小低电压故障下的不平衡功率,剩余的不平衡功率需由超级电容储能系统吸收。超级储能系统通过多个buck
‑
boost超级电容储能电路级联提高直流侧电压,储能系统结构如附图4所示。故障期间的不平衡功率由多个超级电容储能电路共同承担,每本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略。其特征在于,本发明针对大容量中压永磁直驱风机经背靠背模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)送出风电机组,提出基于超级电容储能的低电压穿越策略,其中buck
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boost超级电容储能电路通过级联提高储能系统电压等级和容量。该方法包括以下步骤:步骤1:针对机侧MMC,采用加速减载控制降低故障期间机、网不平衡功率,同时投入二倍频环流注入策略抑制机侧MMC低频工况下的电容电压波动。步...
【专利技术属性】
技术研发人员:许建中,杨玉坤,
申请(专利权)人:华北电力大学,
类型:发明
国别省市:
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