專利名稱：一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)逆變器低電壓穿越控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)逆變器低電壓穿越控制方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)能是一種可再生能源，據(jù)估計(jì)，地球上的風(fēng)能理論儲存量約為2. 74X 109MW，可開發(fā)利用的風(fēng)能為2 X IO7MW,只要利用地球上I %的風(fēng)能就能滿足全球的能源需求。但是風(fēng)能是一種間歇性能源，不穩(wěn)定、地區(qū)差異大，加之我國風(fēng)電事業(yè)起步較晚，國產(chǎn)化水平不高，尤其是我國在風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)上還存在較多問題，近年風(fēng)電脫網(wǎng)事故頻出，暴露出當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力欠缺的問題，對于低電壓穿越能力各國都出臺了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，我國標(biāo)準(zhǔn) Q/GDW 392-2009。 在電網(wǎng)電壓跌落期間，對于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)來說，直流母線電壓上升和逆變器輸出電流激增，以及如何實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的無功補(bǔ)償，是其在低電壓穿越過程中面對的主要問題。由于風(fēng)機(jī)輸入能量瞬時(shí)不變，而逆變器輸出能量瞬時(shí)減小，在直流母線上會產(chǎn)生不平衡的能量，如果這部分能量不能盡快輸送出去，將導(dǎo)致直流側(cè)電容持續(xù)充電，對電容造成損害。同時(shí)為了使能量得到平衡，網(wǎng)側(cè)逆變器要增大輸出電流，同樣過大的電流會對網(wǎng)側(cè)逆變器造成損害。而且如果電網(wǎng)電壓不能及時(shí)得到無功支持而恢復(fù)，風(fēng)機(jī)在超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)仍會斷網(wǎng)，所以無功支持也是提高低電壓穿越的一個(gè)重要技術(shù)保障。硬件方法在直流側(cè)增加卸荷負(fù)載電路以消耗或存儲不平衡功率，保證直流電容電壓穩(wěn)定，;增設(shè)SVC補(bǔ)償無功缺失，穩(wěn)定母線電壓。卸荷電路通過IGBT和直流母線直接相連，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，電壓跌落檢測裝置會將電壓跌落信號傳到網(wǎng)側(cè)變流器控制器中，控制器根據(jù)跌落深度控制卸荷負(fù)載的投入大小。同時(shí)，自動采樣控制電路采集電網(wǎng)電壓跌落信號，控制晶閘管觸發(fā)角控制無功輸出，進(jìn)而對無功進(jìn)行補(bǔ)償。對于增加卸荷負(fù)載和SVC的硬件方法會帶來如下問題I、使系統(tǒng)復(fù)雜化，可靠性下降，卸荷負(fù)載電路以及SVC價(jià)格昂貴，成本、體積增加；2、在并網(wǎng)電壓跌落時(shí)需要轉(zhuǎn)變工作模式，需要對電網(wǎng)電壓進(jìn)行快速精確的監(jiān)測，同時(shí)在轉(zhuǎn)換過程中增加系統(tǒng)不可控因素，給系統(tǒng)帶來暫態(tài)擾動；3、卸荷負(fù)載和SVC投放時(shí)機(jī)和程度不易確定，調(diào)節(jié)精度不高，調(diào)節(jié)時(shí)間長。控制方法現(xiàn)行網(wǎng)側(cè)變流器控制一般采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)。電壓外環(huán)穩(wěn)定直流電容電壓，將采集值與設(shè)定值進(jìn)行比較，偏差通過PI調(diào)節(jié)器輸出有功無功電流參考量；電流內(nèi)環(huán)將有功電流和無功電流解耦控制，通過SVPWM控制逆變器輸出能量。對于控制方法，采集直流母線電壓作為電壓外環(huán)采集時(shí)間長，由于是對電容電壓進(jìn)行采集，電容電壓不能突變，因此采集信息時(shí)間長，反應(yīng)慢，存在滯后現(xiàn)象。術(shù)語解釋；I.低電壓穿越(low voltage ride-through, LVRT):指在風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候，風(fēng)機(jī)能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)電壓恢復(fù)，“穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間(區(qū)域)。
2.靜止動態(tài)無功補(bǔ)償器(static var compensator, SVC):一種可控的電力電子器件，由電抗器和電力電容器組成，可以補(bǔ)償無功電流，改善功率因數(shù)。3.永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)(direct-driven wind turbine with permanentmagnet synchronous generator, D-PMSG): —種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一般采用全功率變流器并網(wǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對硬件電路的控制難度大，在投出和切除的時(shí)候?qū)ο到y(tǒng)帶來暫態(tài)影響以及增大系統(tǒng)成本的不足上，提出使用功率外環(huán)的控制方法保證電壓跌落并網(wǎng)期間系統(tǒng)的穩(wěn)定和無功能夠跟隨電網(wǎng)跌落深度進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)對網(wǎng)側(cè)變流器過流進(jìn)行限制，保證網(wǎng)側(cè)變流器穩(wěn)定工作。因?yàn)橐鹬绷麟娙蓦妷荷叩母驹蚴悄妇€上存在不平衡功率，所以用功率環(huán)作為保證電容電壓的控制器更能體現(xiàn)出其本質(zhì)問題，也能得到更好的控制效果。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)逆變器低電壓穿越控制方法，包括功率檢測器a、功率檢測器b、功率變化檢測器和控制電路，其中功率檢測器a用于連續(xù)的監(jiān)測風(fēng)電機(jī)輸出功率，并提供正比于風(fēng)電機(jī)輸出功率的輸出信號；功率檢測器b用于連續(xù)的監(jiān)測網(wǎng)側(cè)逆變器輸出功率，并提供正比于網(wǎng)側(cè)逆變器輸出功率的輸出信號；功率變化檢測器用于接收功率檢測器a和b的輸出信號，以記錄功率變化，功率變化檢測器中有一個(gè)比較器，用于比較風(fēng)電機(jī)輸出功率和網(wǎng)側(cè)逆變器輸出功率，產(chǎn)生實(shí)際功率差信號AP，將此信號AP輸入到控制電路的外環(huán)控制器中；控制電路實(shí)現(xiàn)電流解耦，并產(chǎn)生PWM控制信號，驅(qū)動逆變器，控制電路包括內(nèi)環(huán)控制器和外環(huán)控制器，外環(huán)控制器接收實(shí)際功率差信號AP ；具體控制步驟如下；步驟一、外壞控制器接收功率變化檢測器產(chǎn)生的實(shí)際功率差信號AP和系統(tǒng)設(shè)定的功率差信號AP%外環(huán)控制器中的比較器經(jīng)過比較實(shí)際功率差信號AP、系統(tǒng)設(shè)定的功率差號A P*得到功率差偏差號；步驟二、步驟一得到的功率差偏差信號經(jīng)外環(huán)控制器調(diào)節(jié)產(chǎn)生q軸無功電流參考值i:;步驟三、d軸有功電流參考值i/根據(jù)下式確定，即
權(quán)利要求
1.一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)逆變器低電壓穿越控制方法，其特征在于，包括功率檢測器a、功率檢測器b、功率變化檢測器和控制電路，其中功率檢測器a用于連續(xù)的監(jiān)測風(fēng)電機(jī)輸出功率，并提供正比于風(fēng)電機(jī)輸出功率的輸出信號；功率檢測器b用于連續(xù)的監(jiān)測網(wǎng)側(cè)逆變器輸出功率，并提供正比于網(wǎng)側(cè)逆變器輸出功率的輸出信號；功率變化檢測器用于接收功率檢測器a和b的輸出信號，以記錄功率變化，功率變化檢測器中有一個(gè)比較器，用于比較風(fēng)電機(jī)輸出功率和網(wǎng)側(cè)逆變器輸出功率，產(chǎn)生實(shí)際功率差信號ΛΡ，將此信號ΛΡ輸入到控制電路的外環(huán)控制器中；控制電路實(shí)現(xiàn)電流解耦，并產(chǎn)生PWM控制信號，驅(qū)動逆變器，控制電路包括內(nèi)環(huán)控制器和外環(huán)控制器，外環(huán)控制器接收實(shí)際功率差信號Λ P。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，具體控制步驟如下； 步驟一、外環(huán)控制器接收功率變化檢測器產(chǎn)生的實(shí)際功率差信號△ P和系統(tǒng)設(shè)定的功率差信號ΛΡ%外環(huán)控制器中的比較器經(jīng)過比較實(shí)際功率差信號ΛΡ、系統(tǒng)設(shè)定的功率差信號Δ P*得到功率差偏差信號； 步驟二、步驟一得到的功率差偏差信號經(jīng)外環(huán)控制器調(diào)節(jié)產(chǎn)生q軸無功電流參考值 氺 步驟三、d軸有功電流參考值i/根據(jù)下式確定，即
全文摘要
本發(fā)明公開了一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)逆變器低電壓穿越控制方法，包括功率檢測器a、功率檢測器b、功率變化檢測器和控制電路，功率變化檢測器用于接收功率檢測器a和b的輸出信號，以記錄功率變化，功率變化檢測器中有一個(gè)比較器，用于比較風(fēng)電機(jī)輸出功率和網(wǎng)側(cè)逆變器輸出功率，產(chǎn)生實(shí)際功率差信號ΔP，將此信號ΔP輸入到控制電路的外環(huán)控制器中；控制電路實(shí)現(xiàn)電流解耦，并產(chǎn)生PWM控制信號，驅(qū)動逆變器；本發(fā)明提出使用功率外環(huán)的控制方法保證電壓跌落并網(wǎng)期間系統(tǒng)的穩(wěn)定和無功能夠跟隨電網(wǎng)跌落深度進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)對網(wǎng)側(cè)變流器過流進(jìn)行限制，保證網(wǎng)側(cè)變流器穩(wěn)定工作。
文檔編號H02J3/38GK102769306SQ20121025209
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者劉景利, 葉愛賢, 張友鵬, 李萌, 董唯光, 趙斌, 郭瑾, 高鋒陽 申請人:蘭州交通大學(xué)