本發明屬于風力發電技術領域，尤其是自適應電壓跌落的雙饋風電機組（DFIG）低電壓穿越實現方法。

背景技術：

截至2014年底，我國新增風電裝機容量創下歷史新高，風電裝機規模繼續穩居世界第一。而隨著風電并網容量在電力系統中的比例不斷增大，風電脫網對電網安全運行的影響也越來越嚴重。近年來我國甘肅酒泉、新疆等風電基地發生多次因電網小故障造成大面積風機集中脫網的事故，對電網系統整體的安全性和穩定運行造成了嚴重影響，印證了風電對電力系統的影響及其自身存在的問題。為此《風電并網技術規程》要求并網風電場需具備低電壓穿越能力以實現在電網故障或電壓跌落期間為電網提供一定的無功支撐，提升電網電壓的恢復能力。雙饋風力發電機作為目前風電場的主流機型，其實現低電壓穿越的方法也成為研究熱點。

目前關于雙饋風電機組的低電壓穿越技術根據原理主要概況為三方面：1.減少機組機側變流器輸入功率的低電壓穿越技術，如間距角調節、限發風電機組電磁功率，但存在響應速度慢，故障恢復時間長等缺點；2.消除直流母線處不平衡功率的低電壓穿越技術，如卸荷電路、儲能裝置、增加輔助變流器，存在體積大、可靠性差、儲能有限、成本高、控制復雜等缺點；3.增大機組網側變流器輸出功率的低電壓穿越技術，如機組發無功控制策略、無功補償，但存在調節能力有限和消除不平衡能力不足等缺點。通過對比發現，目前的低電壓穿越技術在動態響應速度、功率波動幅度、結構復雜程度、經濟性、故障恢復時間、可靠性以及調節能力等方面或多或少存在明顯弊端。現有的關于雙饋風電機組低電壓穿越技術最大的缺點就是，不能同時兼顧機組低電壓穿越能力和電壓跌落結束后機組穩定運行能力。而其根本原因是目前的關于雙饋風電機組的低電壓穿越技術不能適應不同程度電網電壓跌落的變化。因此，開發提高雙饋風電機組低電壓穿越能力和機組抗暫態震蕩能力同時兼顧提升故障穿越后機組和系統穩定運行能力的自適應電壓跌落程度的雙饋風電機組低電壓穿越綜合策略技術，具有非常重要的意義。

技術實現要素：

本發明旨在克服現有技術的缺陷，提供一種自適應電壓跌落的雙饋風電機組低電壓穿越實現方法，在提高雙饋風電機組低電壓穿越期間機組的低電壓穿越能力、故障穿越能力和增強機組抗暫態震蕩能力的同時，兼顧提升故障穿越后機組和系統的穩定運行能力。大幅度改善傳統低電壓穿越技術所引起的功率波動、無功問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供以下技術方案：

一種自適應電壓跌落的雙饋風電機組低電壓穿越實現方法，步驟如下：

1）根據電壓跌落程度、避免不必要的功率損耗及定子動態變阻值撬棒保護適用范圍將低電壓穿越綜合控制策略分成兩種模式；

2）通過風電場側電壓互感器實時測量風電場并網點電壓，當風電場并網點電壓在Xp.u-0.9 p.u區間，機組低電壓穿越綜合策略采用直流卸荷電路和網側動態無功控制并結合靜止無功發生器實現機組低電壓穿越，定子動態變阻值撬棒保護不投入運行；

3）當風電場并網點電壓低于Xp.u時，機組低電壓穿越綜合策略采用模式二，即采用雙饋風電機組定子動態變阻值撬棒保護，結合直流卸荷電路、網側動態無功控制和靜止無功發生器實現機組低電壓穿越；

上述X為綜合策略控制模式電壓分界點，由機組參數、控制策略和低電壓穿越策略決定。

進一步，第二步中，網側動態無功控制采用在機組低電壓穿越期間，根據電壓跌落程度進行發無功功率實時調整以實現對電壓跌落程度的自適應，其取值滿足變功率因數函數cosθ=f(u)；

其中：u為風電場并網點電壓標幺值。

進一步，第三步中，定子動態變阻值撬棒保護采用在機組低電壓穿越期間，根據電壓跌落程度實時改變其撬棒電阻值以實現對電壓跌落水平的自適應，其取值滿足變阻值函數R=f(u)；

U_glvp為機組低電壓保護動作值。

進一步，在第一步前，實時采集風電場并網點電壓值，并轉化為標幺值；當采集的風電場并網點電壓標幺值大于0.9p.u時，則判定為電網正常電壓波動，風電機組不進入低電壓穿越狀態，網側變流器無功控制仍采用單位因數控制，即不發無功功率策略；當采集的風電場并網點電壓標幺值不大于U_glvp時，則判定為電網極度電壓跌落，雙饋風電機組低電壓保護動作，風電機組切機退出運行。

與現有技術相比較，本發明具有如下的有益效果：

本發明克服了傳統雙饋風電機組低電壓穿越技術的弊端，采用的非crowbar技術的低電壓穿越綜合策略不僅大幅度改善傳統低電壓穿越技術所引起的功率波動、無功問題，而且避免了傳統crowbar技術引起的雙饋風電機組故障電流非工頻問題。能夠實現對電網電壓跌落水平的自適應，在提高機組的低電壓穿越能力、故障穿越能力和機組抗暫態震蕩能力的同時，更好的兼顧提升了故障穿越后機組和系統的穩定運行能力，有效降低了機組低電壓穿越前后對系統穩定性的影響程度。

附圖說明

圖1為本發明自適應電壓跌落的雙饋風電機組低電壓穿越實現方法的結構框圖；

圖2為本發明自適應電壓跌落的雙饋風電機組低電壓穿越實現方法的控制框圖；

圖3為本發明自適應電壓跌落的雙饋風電機組低電壓穿越實現方法的網側動態無功控制原理圖

圖4為本發明自適應電壓跌落的雙饋風電機組低電壓穿越實現方法的流程圖；

圖5為本發明應用風電場示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1-4所示，一種自適應電壓跌落的雙饋風電機組（DFIG）低電壓穿越實現方法，由直流卸荷電路1、定子動態變阻值撬棒保護2、靜止無功發生器（SVG）3、網側動態無功控制4四部分構成，根據電壓跌落程度將低電壓穿越綜合策略分成兩種控制模式。步驟如下：

1）實時采集風電場并網點電壓值，并轉化為標幺值；

2）當采集的風電場并網點電壓標幺值大于0.9p.u時，則判定為電網正常電壓波動，風電機組不進入低電壓穿越狀態，網側變流器無功控制仍采用單位因數控制，即不發無功功率策略；

3）通過風電場側電壓互感器實時測量風電場并網點電壓，當采集的風電場并網點電壓標幺值為（X，0.9p.u]時，則判定為電網輕度電壓跌落，機組進入低電壓穿越狀態，采用低電壓穿越綜合策略模式一直流卸荷電路1、靜止無功發生器（SVG）3、網側動態無功控制4共同實現機組低電壓穿越，定子動態變阻值撬棒保護2不投入運行；其中，直流卸荷電路、靜止無功發生器（SVG）快速投入，網側變流器采用發無功控制策略，其功率因數由并網點電壓確定以適應電壓跌落水平，其取值滿足變功率因數函數cosθ=f(u)；

4）當采集的風電場并網點電壓標幺值為（Uglvp，Xp.u]時，則判定為電網深度電壓跌落，機組進入低電壓穿越狀態，采用低電壓穿越綜合策略模式二，采用雙饋風電機組定子動態變阻值撬棒保護2，結合直流卸荷電路1、靜止無功發生器（SVG）3和網側動態無功控制4；其中，直流卸荷電路、無功補償（SVG）快速投入；網側變流器采用發最大無功控制策略，功率因數cosθ取0.95；定子動態變阻值撬棒保護電阻值由并網點電壓確定以適應電壓跌落水平，其取值滿足變阻值函數R=f(u)；

5）當采集的風電場并網點電壓標幺值為[0，Uglvp]時，則判定為電網極度電壓跌落，雙饋風電機組低電壓保護動作，風電機組切機退出運行；

6）步驟3）或步驟4）執行過程中，實時采集并網點電壓并判斷電網狀態，若風電場并網點電壓標幺值不大于0.9p.u且機組低電壓穿越時間t≤2s時，則判定為電網電壓仍未恢復，步驟3）或步驟4）低電壓穿越綜合策略中相應動作模塊保持投運狀態；

7）步驟3）和步驟4）執行過程中，實時采集并網點電壓并判斷電網狀態，若風電場并網點電壓標幺值大于0.9p.u且機組低電壓穿越時間t≤2s時，則判定為電網電壓已恢復，步驟3）和步驟4）低電壓穿越綜合策略中相應動作模塊退出，而為保護變流器直流卸荷電路僅在U_dc＜U_dcmax時退出運行；

8）若機組低電壓穿越時間t＞2s且風電場并網點電壓標幺值小于0.9p.u 時，按照《風電場接入電網技術規定》中LVRT曲線要求，風電機組切機退出運行；

9）若機組低電壓穿越時間t＞2s且風電場并網點電壓標幺值大于0.9p.u 時，風電機組保持并網運行，低電壓穿越綜合策略中相應動作模塊退出，直流卸荷電路在U_dc＜U_dcmax時退出運行。

如圖5所示，實施例更近一步地詳細說明本發明的技術方案：

參照新疆達坂城風電場的相關運行數據，實施例中風電系統由6臺1.5MW機組組成，主變側靜止無功發生器SVG容量取1.5 Mvar，直流卸荷電路觸發值選為直流母線電壓的1.1倍，卸荷電阻取0.3Ω（見式1-2），雙饋風電機組參數見表1。

表1 雙饋風電機組參數

1.直流卸荷電路

直流卸荷電路由絕緣柵雙極型晶體管和卸荷電阻串聯構成，并聯在直流母線側。卸荷電阻的投切規則為：系統穩態運行時，直流卸荷電路不投入；當U_dc大于U_dc-max時，卸荷電阻快速投入；反之，直流卸荷電阻快速切出。卸荷電阻R_dc由母線最大電壓U_dcmax和變流器兩側功率流動偏差ΔP決定，其取值見式1-2。

2.網側變流器動態無功控制

目前雙饋風電機組網側變流器無功控制策略為：電網電壓跌落超過允許值，風電機組網側變流器由不發無功策略改為發恒定無功策略，無論電壓跌落程度深或淺，風電機組提供的無功功率均為恒定值，對于電壓跌落程度較輕且電網網架較弱的系統來說，可能會造成系統無功功率過剩，存在一定弊端。

為此本發明提出自適應電壓跌落程度的網側動態無功控制策略：根據電網電壓跌落的程度采用不同的功率因數，即當電網電壓跌落程度較輕時，風電機組發少量的無功功率，隨著跌落程度的加深，風電機組所發的無功功率也隨之對應增大，當電壓跌落程度超過一定值時，風電機組發出所允許的最大無功功率。變功率因數取值根據大量仿真數據利用Matlab擬合得到，其取值滿足變功率因數函數式3。

網側變流器與電網交換功率的表達式：

式中，通過調節igd、igq，即可控制網側輸出的有功、無功功率。igd、igq為有功、無功電流的分量。

加入前饋補償量usd，網側變流器的電壓控制量為：

同時為防止損壞變流器，通過式7對有功電流進行限流控制(其中i_max為網側變流器的最大安全電流)；故障消除后，網側變流器恢復單位功率因數控制。

3.定子動態變阻值撬棒保護

定子撬棒保護電路由動態變阻值限流電阻和旁路開關組成，穩態時開關處于閉合狀態，將限流電阻短接；當機端電壓低于設定值時，旁路開關斷開，限流電阻串入定子回路。本策略采用適應電壓跌落程度的動態變阻值限流電阻，根據不同電壓跌落水平得到定子撬棒保護最優阻值。在實現機組低電壓穿越能力的同時，提高機組穩定運行性能，有效抑制機組暫態震蕩。

通過采集雙饋機組在不同電壓跌落水平下的運行數據，得到實施例中電壓跌落分界點X取值0.6 pu；根據大量仿真得定子撬棒限流電阻R在不同跌落電壓下的最優值，利用matlab軟件擬合得到定子撬棒電阻取值擬合曲線變阻值函數R=f(u)，見式7。

4.雙饋風電機組低電壓穿越綜合控制策略

由于傳統定子撬棒保護采用固定的阻值不能適應電壓跌落程度的變化，過大或過小均會影響機組的故障穿越和系統的穩定運行。考慮到定子撬棒保護在電壓跌落程度較深時作用明顯；在電壓跌落程度較淺時，投入定子撬棒保護不利于電壓跌落結束后機組的穩定運行，還將造成不必要的功率損耗。為兼顧機組低電壓穿越能力和電壓跌落結束后機組穩定運行能力，通過采集雙饋機組不同狀態下的運行數據并結合機組參數、控制策略，本實施例低電壓穿越綜合策略的控制模式電壓分界點X取0.6p.u，將LVRT綜合控制策略分為兩種模式：

（1）模式一：當風電場并網點電壓在0.6p.u-0.9 p.u期間，雙饋風電機組依靠直流卸荷電路和網側動態無功控制并結合靜止無功發生器共同實現機組低電壓穿越，而定子動態變阻值撬棒保護不投入運行。其中：網側動態無功控制采用在機組低電壓穿越期間根據電壓跌落程度進行發無功功率實時調整以實現自適應電壓跌落程度的控制策略，其取值見式3；

（2）模式二：當風電場并網點低于0.6p.u時，雙饋風電機組定子動態變阻值撬棒保護投入運行，結合直流卸荷電路、網側動態無功控制和靜止無功發生器共同實現機組低電壓穿越。其中：定子動態變阻值撬棒保護采取在機組低電壓穿越期間根據電壓跌落程度實時改變其撬棒電阻值（非固定值）以實現自適應電壓跌落程度的控制策略，其取值見式7。

需要說明的是，本發明中低電壓穿越綜合策略控制模式的電壓分界點取值受機組參數、機組控制策略、機組低電壓穿越策略等因素的影響而變化。低電壓穿越綜合策略中X=0.6 p.u對于本實施例機組是模式分界點最優值，如果機組參數改變，將不再是最優值，但仍然是可行值，即該策略仍然可適用于不同雙饋機型。

以上所述僅為說明本發明的實施方式，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。