一种基于静分岔控制SGSC的DFIG风电系统低电压穿越控制方法技术方案

一种基于静分岔控制SGSC的DFIG风电系统低电压穿越控制方法，它包括：(1)拓扑建模；(2)通过控制SGSC的输出电压实现DFIG的低电压过渡；(3)选取双馈发电机参数，简化等效得到风电系统拓扑结构；(4)确定系统的状态变量、输入变量和输出变量，检测发电机机端定子电压电流；(5)求解静分岔点；(6)故障过程中根据电网电压跌落程度通过降低发电机输出的有功功率从而达到抑制电压降落的目的；(7)导通IGBT开关将耗能电阻并入直流侧以抑制直流链电压上升，在电网出现电压跌落故障时，实现系统的低电压穿越运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风电系统控制领域，尤其是一种基于静分岔控制SGSC(SerieS Grid-side Converter，串联网侧变换器)的DFIG(Doubly Fed Induction Generator，双馈式异步发电机)风电系统低电压穿越控制方法。
技术介绍
近年来随着风电装机容量在电力系统中所占的比例越来越高，风电场的运行对系统稳定性的影响越来越受到人们的重视，并对风电并网提出了具体的要求，其中风电机组的低电压穿越能力就是其中一项。采取有效的低电压穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)控制措施，以维护风场电网的稳定。由于DFIG的定子侧直接与电网相连，当电压骤降时发电机转子将极易产生过电压和过电流，因此应采取有效措施避免电网故障时转子过电流问题，提高DFIG风电系统的低电压穿越甚至零电压穿越能力。目前在不增加硬件的基础上主要采用改进的励磁控制策略来实现低电压穿越，但所提出的故障励磁控制算法无法进一步满足新的电网运行规程，因此，增加硬件来辅助系统实现低电压穿越已成为一种必然。目前，实际系统中应用较多的是故障过程中投入转子保护Crowbar电路来限制转子电流。由于故障时发电机以异步电机方式运行，其将从电网吸收无功功率，因此发电机无法参与故障过程中的系统功率调节，无法满足电网运行规程的无功要求，对暂态过程中的电网电压稳定性不利。另一方面，故障后采用Crowbar保护方式，DFIG的电磁转矩不可控且波动剧烈。这样基于自适应控制算法的静分岔理论的双馈变速风电机组实现LVRT功能便进入了视野，并结合双脉宽调制(Pulse-Width Modulation, PWM)励磁变流器及定子侧串联网侧变换器(SGSC)能有效地提高风电机组的端电压，相比于Crowbar保护方式，可实现系统的极低电压甚至零电压穿越运行，且故障过程中转子侧变换器(Rotor Side Converter, RSC)始终可控，使其在故障时可按系统要求参与电网功率调节，并且故障时发电机电磁转矩亦可控，可有效抑制风机传动轴系的冲击，从而可观地提高了风电场的LVRT能力。因此， 虽然新拓扑结构在一定程度上增加了系统硬件成本，但是却可解决现有Crowbar保护方式所存在的主要技术问题，在很大程度上增强了系统的柔性和运行可靠性。基于静分岔理论在双馈式风力发电机组和并网风电场电压稳定性的进一步深入研究，在电力系统仿真分析软件MATLAB里的PSAT (Power System Analysis Toolbox，电力系统分析工具)中建立双馈风电机组的LVRT功能模型，势必可以设计静分岔控制器以获得更好的双馈式风力发电机组实现低电压穿越能力，并结合双PWM励磁变流器及定子侧SGSC 进而获得优良的电网对称及非对称短路故障穿越能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于专利技术一种基于静分岔控制SGSC的DFIG风电系统低电压穿越控制方法，它可以克服现有技术的不足，是一种实用性强，性价比高的实时监控及保护方法。本专利技术的技术方案一种基于静分岔控制SGSC的DFIG风电系统低电压穿越控制方法，其特征在于它包括以下步骤(1)由于 SGSC 与 PGSC(Parallel Grid-side Converter，并联网侧变换器)、RSC 公用一条母线，在拓扑结构下，DFIG定子电压空间矢量将变成电网电压空间矢量与串联变压器注入的串联电压空间矢量的合成矢量us = Ui+ug式中，Us为静止坐标轴下发电机定子电压空间矢量；为串联变压器注入的串联电压空间矢量；ug为电网电压空间矢量；(2)采用该拓扑结构可通过控制SGSC的输出电压实现DFIG的低电压过渡；(3)选取双馈发电机参数，包括双馈电机定子磁链Vs、转子的交流励磁Ψ”发电机定子输出电压Us，并结合双馈式风力发电机的数学模型]_d_ (os dt ]_d_ G>s dt 定子侧串联网侧^ds ^,J1 qs y^qs + — j丄 ^ds^ qs ^,J1 qs ^ds +η ^qs 转子侧D .Idω，dt_χ d ，简化等效得到风电系统拓扑结构；V唞=RJ Cr-ΨCs+— ~7.Ψ, F(RS,=0qs rar Tas 0S dtT qr (4)确定系统的状态变量Rs、is、输入变量和输出变量us，通过检测发电机机端定子电压Us和电流is，及关系式Ws= f (us_Rsrs)dt，可以得到两相静止d-q坐标系下发电机的定子磁链分量Ψ30、，有f、Rs，h)(5)求解静分岔点，根据求得的系统安全运行的边界和静分岔点，结合自适应控制算法，建立自适应控制算法的静分岔控制器；经过PI调节后，可分别得到正、反向同步旋转坐标系下的d，q轴控制电压分量，分别进行旋转坐标反变换后可得到静止坐标系下SGSC的正、负序电压控制矢量该矢量与静止坐标系下SGSC的直流磁链控制电压矢量合成后得到最终的SGSC输出控制电压矢量；(6)当电网正常和发生故障时，RSC采用常规的功率、电流闭环矢量控制策略，由于故障时定子电压骤降，因此，在故障过程中根据电网电压跌落程度通过降低发电机输出的有功功率从而达到抑制电压降落的目的；(7)在电网正常和发生故障时，PGSC采用常规的电压、电流闭环矢量控制策略，由于故障期间网侧电压急剧降低，因此，PGSC将失去对直流母线电压的准确控制能力；为避免故障过程中直流母线电压剧烈上升，在直流环节增加绝缘栅双极型晶体管IGBT开关和耗能电阻构成直流电容保护电路，当直流链电压超过某一阈值时，导通IGBT开关将耗能电阻并入直流侧以抑制直流链电压上升，在电网出现电压跌落故障时，实现系统的低电压穿越运行。本专利技术的工作原理该发电系统拓扑结构的分析原理为新型的DFIG串联定子侧 SGSC系统附以自适应控制算法的静分岔控制器，通过检测双馈发电机的机端定子磁链、电压和电流、转子交流励磁和定子侧输出电压，佐以在MATLAB平台上仿真分析双馈式风力发电机主要参数为依据，控制定子侧SGSC及协调转子侧RSC和网侧PGSC工作，协调各个变量关系，以期实现低电压穿越能力。SGSC用于提供稳定的中间环节，在新的拓扑结构下，SGSC 通过串联变压器注入串联电压矢量，来抵消电网电压中的负序分量。通过控制SGSC的输出电压可以控制发电机的定子电压。RSC、PGSC均采用常规的功率、电流闭环矢量控制策略。静分岔仿真分析相关参数随着静分岔理论在含风电系统电压稳定性的研究的不断深入。使用静分岔理论研究双馈式风力发电机的低电压穿越成为可能。通过对参数分岔边界的计算得到电压安全运行和可靠控制的基本条件。另外，利用分岔曲线能判断系统当前的稳定裕量，通过分岔分析还能获得系统的失稳模式，同时分岔理论在一定程度将电压稳定分析中的静态分析方法和动态分析方法联系起来，提供了统一的数学分析基础。对该控制系统的分岔分析及其控制按如下步骤进(1)初始化系统式中控制器的结构(如用线性控制还是非线性控制)；(2)解平衡点方程出系统解轨迹，如果方程无解则改变步骤(1)中控制器的结构，重新解平衡点方程直到有解；C3)给定期望的分岔参数值， 使其满足，若无解，则改变步骤(1)中控制器的结构，然后回到步骤O)。用鞍结分岔指标 Ψ8, Useries作本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于静分岔控制ＳＧＳＣ的ＤＦＩＧ风电系统低电压穿越控制方法，其特征在于它包括以下步骤：（１）由于ＳＧＳＣ与ＰＧＳＣ（Ｐａｒａｌｌｅｌ　Ｇｒｉｄ－ｓｉｄｅ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，并联网侧变换器）、ＲＳＣ公用一条母线，在拓扑结构下，ＤＦＩＧ定子电压空间矢量将变成电网电压空间矢量与串联变压器注入的串联电压空间矢量的合成矢量：ｕｓ＝ｕｉ＋ｕｇ式中，ｕｓ为静止坐标轴下发电机定子电压空间矢量；ｕｒ为串联变压器注入的串联电压空间矢量；ｕｇ为电网电压空间矢量；（２）采用该拓扑结构可通过控制ＳＧＳＣ的输出电压实现ＤＦＩＧ的低电压过渡；（３）选取双馈发电机参数，包括双馈电机定子磁链ψｓ、转子的交流励磁ψｒ、发电机定子输出电压ｕｓ，并结合双馈式风力发电机的数学模型：定子侧串联网侧：（ｍａｔｈ）??（ｍｆｅｎｃｅｄｏｐｅｎ＝＇｛＇ｃｌｏｓｅ＝＇＇）?（ｍｔａｂｌｅ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｒ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｐｓｉ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｏｍｅｇａ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｔ（／ｍｉ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｐｓｉ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｒ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｐｓｉ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｏｍｅｇａ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｔ（／ｍｉ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｐｓｉ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（／ｍｔａｂｌｅ）?（／ｍｆｅｎｃｅｄ）?（／ｍａｔｈ）转子侧：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｆｅｎｃｅｄｏｐｅｎ＝＇｛＇ｃｌｏｓｅ＝＇＇）?（ｍｔａｂｌｅ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｒ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｒ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｒ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｒ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｓ（／ｍｉ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｐｓｉ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑｒ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｏｍｅｇａ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｔ（／ｍｉ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｐｓｉ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｒ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｏｖｅｒ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＆ＯｖｅｒＢａｒ；（／ｍｏ）?（／ｍｏｖｅｒ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｒ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｒ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｒ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｐｓｉ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｏｍｅｇａ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｔ（／ｍｉ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｐｓｉ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑｒ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（／ｍｔａｂｌｅ）?（／ｍｆｅｎｃｅｄ）?（ｍ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周雪松，翟化欣，马幼捷，刘进华，李季，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：12