技術領域

本發明涉及風力發電系統技術領域，具體地，涉及一種基于斬波電路的雙饋風電系統高電壓穿越的控制方法。

背景技術

隨著風電場規模和風力發電容量的不斷擴大，當電網出現故障時，如果風力發電機與電網解列，若不能像常規能源那樣在電網故障的情況下對電網提供頻率和電壓的支撐，則可能導致嚴重的連鎖反應，并對電網的穩定運行造成嚴重影響。如2011年2月24日，甘肅酒泉風電基地因三相短路故障過程中，由于無功裝置不具備自動投切導致電壓升高引起300臺風電機組脫網。

電壓的突然升高導致轉子電流和直流母線電壓越限，從而對定轉子變流器以及直流母線電容構成威脅，風電機組出于自我保護會自動脫離電網，因此需要提高風電機組的高電壓穿越的能力。

但是在我國，僅對電壓的運行范圍進行了規定，目前尚未對高電壓進行定義，而且相關標準也未做出明確規定。而在澳大利亞、西班牙、美國等風電發展相對較成熟的國家，已經有了一定的研究成果，并制定了相關高電壓穿越的標準，澳大利亞電網對風電機組的高電壓穿越能力要求為，當高壓側電網電壓驟升至額定電壓的130%時，風電機組應維持60ms內并網運行，并提供足夠大的故障恢復電流。所以，需要在此標準的基礎上，提出雙饋型風力發電系統高電壓穿越的控制方法。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在風電機組高壓穿越能力弱和電網穩定性差等缺陷。

發明內容

本發明的目的在于，針對上述問題，提出一種基于斬波電路的雙饋風電系統高電壓穿越的控制方法，以實現風電機組高壓穿越能力強和電網溫度性好的優點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于斬波電路的雙饋風電系統高電壓穿越的控制方法，主要包括：

a、通過雙饋型風力發電機的電壓磁鏈關系，建立風力發電轉子電壓和轉子電流的數學模型；

b、基于步驟a建立的數學模型，雙饋機組變換器直流側母線電壓分析。

進一步地，以上所述的基于斬波電路的雙饋風電系統高電壓穿越的控制方法，在步驟b之后，還包括：

c、建立仿真模型，仿真直流側投入斬波電路的控制方法，驗證所制定控制方法的有效性。

進一步地，所述步驟c具體包括：

在電力系統實時數字仿真器RTDS中建立仿真模型；

利用所搭建的仿真模型，仿真直流側投入斬波電路的控制方法，在雙饋型風力發電系統，高電壓穿越時的控制結果，驗證所制定控制方法的有效性；

基于上述仿真和驗證結果，當電網電壓上升導致直流母線電壓上升至一定的限值時，在直流側加入卸載電路，即通過直流側斬波電路消耗掉多余的能量。

進一步地，所述步驟a具體包括：

根據雙饋風力發電機的定轉子電壓和磁鏈方程，得到：

；

令，得到：

；

其中：Ks=Lm/Ls,?Kr=Lm/Lr，將其代入雙饋風力發電機的定轉子電壓方程，得到：

????????????(3)

令，此時，則穩態時轉子電壓為：

?????????(4)

假設在t0時刻電壓驟升則定子電壓為：

??????????????????(5)

由于磁鏈不能突變，所以磁鏈表達式為：

?(6)

此時轉子電壓為：

(7)

令：

(8)

????(9)

由(8)得到：當時，取得最大值：

；

此時，由于磁鏈不能突變，即dir/dt=0，同時，由于轉子電阻和電感很小可以忽略，同時電阻遠小于轉子電感因此即使考慮電阻電感因此轉子電壓的最大值為：

；

穩態時轉子電壓值約為，令：

；

由于I=Vr/Rr，而故障前后轉子電阻和電感不變，因此：

；

根據對高電壓穿越能力的要求，p最大值為0.3，則當s=0.3，p=0.3時f取得最大值2，即故障后轉子電流小于2倍的穩態運行電流，此時轉子電流未超過轉子繞組能承受的上限，因此不需要采取保護措施；

當定子電壓升高至1.24倍的額定電壓時，不需要加入保護措施，當定子電壓升高至超過1.24倍的額定電壓時，則需要加入保護措施。

進一步地，所述雙饋風力發電機的定轉子電壓和磁鏈方程，分別為：