CN103124079A - 直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制方法，将强制减少发电机出力控制、卸荷电阻控制和桨距角控制协调使用，以避免发电机超速和直流侧电容过电压为原则，通过判断发电机转速是否超过额定转速或者安全转速和直流电容电压是否超过其动作阀值作为各对应控制器的投切信号。本发明不仅有效的保证了发电机和直流侧电容的运行安全，同时也最大限度减少了卸荷电阻的使用频率。

Description

直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制方法
技术领域
本发明属于电力领域，具体涉及一种直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制方法。
背景技术
直驱永磁风力发电机组省去了齿轮箱，***中无电刷和滑环，使得***可靠性和发电效率大为提高，市场占有率大幅提升。大量的直驱永磁风力发电机组并网运行后，如果其不具备低电压穿越能力，当电网发生故障后，将导致风力发电机组大面积脱网，这将对电网的稳定造成巨大的影响。
目前，已有文献针对直驱永磁风力发电机组的低电压穿越运行能力进行了分析研究，如李建林等在《电力***及其自动化学报》(2008年，第3期，118-123页)上发表了“直驱式VSCF风电***直流侧Crowbar电路的仿真分析”，此文献提出一种在直流侧并联卸荷电阻或变流器构成直流侧Crowbar保护电路的方法，但这种方法会带来***空间安装及散热设计等问题；杨晓萍等在《新能源发电》(中国高等学校电力***及其自动化专业第二十四届学术年会论文集)上发表了“直驱永磁同步风电***低电压穿越的研究”，提出了一种通过减少发电机出力和桨距角控制相结合的控制方法，由于桨距角动作速率较慢，所以此方法对跌落较深、持续时间较长的电网电压故障的低电压穿越效果不理想；屈克庆等在《华东电力》(2011年，第12期，2033-2036页)上发表了“基于永磁同步风力发电机并网***的低电压穿越方法”，提出了一种将发电机减出力、桨距角和卸荷电阻控制相结合的协调控制策略，但此协调控制策略较频繁的投入卸荷电阻消耗多余的能量，增加了散热的难度。所以在直驱永磁风电机组的低电压穿越技术领域迫切需要进行技术改进，而本发明符合这一要求。
本发明一种直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制策略所采用的强制减少发电机功率控制、桨距角控制和卸荷电阻控制均参考已有文献结论，分别是杨晓萍等在《新能源发电》(中国高等学校电力***及其自动化专业第二十四届学术年会论文集)上发表了“直驱永磁同步风电***低电压穿越的研究”，严干贵等在《电力***及其自动化学报》(2009年，第6期，34-39页)上发表了“直驱永磁同步风电机组的动态建模与运行控制”以及李建林在机械工业出版社出版的《风力发电***低电压运行技术》(2008年)。但是如何统一协调使用这几种控制方法现在还没有结论。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供了一种直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制方法，通过强制减少发电机出力、卸荷电阻控制和桨距角控制的协调工作，充分利用各个控制器调节因电网电压跌落产生的不平衡能量，帮助直驱永磁风力发电机组实现低电压穿越。
为实现上述目的，本发明提供一种直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：
(1).判断ug是否跌落；
(2).如果不跌落，则返回步骤1，否则进入步骤3；
(3).网侧变流器切换至STATCOM模式，对应ug跌落深度减少Ps；
(4).判断ωs是否大于ω0，如果ωs＞ω0，则进行步骤8，否则进行步骤5；
(5).判断桨距角控制器是否投入，如果已投入，则退出桨距角控制器进行步骤6，否则直接进行步骤6；
(6).判断ug是否恢复，如果未恢复，则返回步骤4，否则进入步骤7；
(7).退出强制减少Ps控制器；
(8).投入桨距角控制器，并判断ωs是否大于ωmax；
(9).如果ωs＞ωmax，则退出强制减少Ps控制器，并跳转至步骤10，否则返回步骤4；
(10).判定ΔP＞Pt或Udc＞Udcmax是否满足，如果满足，则进入步骤11，否则进行步骤13；
(11).投入卸荷电阻控制器并进行步骤12；
(12).判断ug是否恢复，如果恢复则跳转至步骤10，否则进行步骤12；
(13).判断卸荷电阻控制器是否投入，如果已投入，则退出卸荷电阻控制器进行步骤10，否则直接进行步骤10；
其中，ug为直驱永磁风力发电机组并网点电压，Ps为永磁发电机发出有功功率，ωs为永磁发电机转速，ω0为永磁发电机额定转速，ωmax为永磁发电机安全转速，ΔP为为直流电容上的输入输出功率差，Pt为卸荷电阻动作阀值，Udc为直流电容电压，Udcmax为直流电容电压动作阀值。
本发明提供的优选技术方案中，所述控制***，包括：依次连接的风力机、发电机、机侧变流器A、机侧变流器B和电网。
本发明提供的第二优选技术方案中，所述侧变流器A和所述机侧变流器B采用金风1.5MW Switch变流***。
本发明提供的第三优选技术方案中，若ωs＜ω0，控制***进入步骤5，若ωmax＞ωs＞ω0，控制***进入步骤4，若ωs＞ωmax，控制***进入步骤9。
与现有技术比，本发明提供的一种直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制方法，通过对各个控制器的协调使用，充分发挥了每个控制器对多余能量的平衡作用，提高了直驱永磁风力发电机组在电网电压发生跌落时实现低电压穿越的能力；而且，只在发电机转速超过安全转速时才投入卸荷电阻，减少了卸荷电阻的投入频率，避免了因卸荷电阻长时间投入而出现散热问题；再者，控制***以直流电容电压和发电机转速作为控制目标，避免了直流电容和发电机的长时间过电压和超速现象，保证了直流电容和发电机的运行安全。
附图说明
图1为实现直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制方法的结构示意图。
图2为直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制方法的流程图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制方法，包括如下步骤：
(1).判断ug是否跌落；
(2).如果不跌落，则返回步骤1，否则进入步骤3；
(3).网侧变流器切换至STATCOM模式，对应ug跌落深度减少Ps；
(4).判断ωs是否大于ω0，如果ωs＞ω0，则进行步骤8，否则进行步骤5；
(5).判断桨距角控制器是否投入，如果已投入，则退出桨距角控制器进行步骤6，否则直接进行步骤6；
(6).判断ug是否恢复，如果未恢复，则返回步骤4，否则进入步骤7；
(7).退出强制减少Ps控制器；
(8).投入桨距角控制器，并判断ωs是否大于ωmax；
(9).如果ωs＞ωmax，则退出强制减少Ps控制器，并跳转至步骤10，否则返回步骤4；
(10).判定ΔP＞Pt或Udc＞Udcmax是否满足，如果满足，则进入步骤11，否则进行步骤13；
(11).投入卸荷电阻控制器并进行步骤12；
(12).判断ug是否恢复，如果恢复则跳转至步骤10，否则进行步骤12；
(13).判断卸荷电阻控制器是否投入，如果已投入，则退出卸荷电阻控制器进行步骤10，否则直接进行步骤10；
其中，ug为直驱永磁风力发电机组并网点电压，Ps为永磁发电机发出有功功率，ωs为永磁发电机转速，ω0为永磁发电机额定转速，ωmax为永磁发电机安全转速，ΔP为为直流电容上的输入输出功率差，Pt为卸荷电阻动作阀值，Udc为直流电容电压，Udcmax为直流电容电压动作阀值。
所述控制***，包括：依次连接的风力机、发电机、机侧变流器A、机侧变流器B和电网。
所述侧变流器A和所述机侧变流器B采用金风1.5MW Switch变流***。
若ωs＜ω0，控制***进入步骤5，若ωmax＞ωs＞ω0，控制***进入步骤4，若ωs＞ωmax，控制***进入步骤9。
通过以下实施例对直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制方法做进一步解释。
下面以1.5MW直驱永磁风力发电机组为例进行具体说明，模拟风速为额定风速，发电机运行在额定转速ω0，直流侧电容电压Udc稳定在给定值1.2KV，给定电网电压发生跌落，跌落深度为50％。
当电网电压发生跌落时，网侧变流器切换至STATCOM模式，向网侧发出无功功率，帮助电网电压恢复。此时发电机转速ωs小于发电机安全转速ωmax，强制减功率控制器投入运行，减少发电机出力。，由于发电机输入机械功率Pm不能突变，此时Tm＞Te，发电机转速上升，***的不平衡功率转化为发电机的动能。如果发电机转速ωs始终没有超过额定转速ω0，***实现低电压穿越；如果发电机转速持续升高并超过安全转速ωmax，减发电机出力控制器退出，Ps＝Pref，此时电网电压仍未恢复，***输送有功功率的能力仍未恢复，直流侧电容上将出现功率差ΔP，且Udc开始变大。若ΔP大于卸荷电阻动作的阀值Pt，或者Udc大于Udcmax时，卸荷电阻投入，将直流电容上积累的能量通过卸荷电阻消耗掉，当ΔP＜Pt且Udc＜Udcmax，卸荷电阻退出。如果ωs＞ω0，桨距角控制器作为控制ωs上升的辅助方法投入，通过增大桨距角减少风能的捕获去降低发电机转速ωs，直到ωs＜ω0，桨距角控制器退出。
此低电压穿越协调控制策略将减少发电机出力、卸荷电阻控制及桨距角控制相结合，通过判断发电机转速是否超过额定转速或者安全转速作和直流电容电压是否超过其上限作为各对应控制器的投切信号，不仅有效保证了发电机和直流电容的安全运行，也最大限度的减少了卸荷电阻的使用时间，最终更有效的实现了低电压穿越。
需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。

Claims (4)

1.一种直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制方法，对基于风电机的控制***进行控制；其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1).判断ug是否跌落；
(2).如果不跌落，则返回步骤1，否则进入步骤3；
(3).网侧变流器切换至STATCOM模式，对应ug跌落深度减少Ps；
(4).判断ωs是否大于ω0，如果ωs＞ω0，则进行步骤8，否则进行步骤5；
(5).判断桨距角控制器是否投入，如果已投入，则退出桨距角控制器进行步骤6，否则直接进行步骤6；
(6).判断ug是否恢复，如果未恢复，则返回步骤4，否则进入步骤7；
(7).退出强制减少Ps控制器；
(8).投入桨距角控制器，并判断ωs是否大于ωmax；
(9).如果ωs＞ωmax，则退出强制减少Ps控制器，并跳转至步骤10，否则返回步骤4；
(10).判定ΔP＞Pt或Udc＞Udcmax是否满足，如果满足，则进入步骤11，否则进行步骤13；
(11).投入卸荷电阻控制器并进行步骤12；
(12).判断ug是否恢复，如果恢复则跳转至步骤10，否则进行步骤12；
(13).判断卸荷电阻控制器是否投入，如果已投入，则退出卸荷电阻控制器进行步骤10，否则直接进行步骤10；
其中，ug为直驱永磁风力发电机组并网点电压，Ps为永磁发电机发出有功功率，ωs为永磁发电机转速，ω0为永磁发电机额定转速，ωmax为永磁发电机安全转速，ΔP为为直流电容上的输入输出功率差，Pt为卸荷电阻动作阀值，Udc为直流电容电压，Udcmax为直流电容电压动作阀值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制***，包括：依次连接的风力机、发电机、机侧变流器A、机侧变流器B和电网。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述侧变流器A和所述机侧变流器B采用金风1.5MW Switch变流***。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若ωs＜ω0，控制***进入步骤5，若ωmax＞ωs＞ω0，控制***进入步骤4，若ωs＞ωmax，控制***进入步骤9。
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