CN114389309B - 一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法 - Google Patents

一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114389309B
CN114389309B CN202210176377.7A CN202210176377A CN114389309B CN 114389309 B CN114389309 B CN 114389309B CN 202210176377 A CN202210176377 A CN 202210176377A CN 114389309 B CN114389309 B CN 114389309B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
dref
axis
grid
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210176377.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114389309A (zh
Inventor
张嘉琦
李菡昊
张远欣
朱永强
韩民晓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN202210176377.7A priority Critical patent/CN114389309B/zh
Publication of CN114389309A publication Critical patent/CN114389309A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114389309B publication Critical patent/CN114389309B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/50—Controlling the sharing of the out-of-phase component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法，针对配电网并网风机，当发生暂态故障导致并网点电压下降时，有功电流输出根据功率容量限幅计算设定值，无功电流根据最小允许电流输出以抬升电网电压。当负荷电压进一步下降并使无功电流达到限幅时，有功无功开始协调控制，根据电网电压的下降幅度调节有功电流使其靠近最大输出点。该控制方法能有效利用配网风机网侧变流器的容量提升并网点电压，实现低电压穿越，仅在达到限幅时控制有功电流可以避免有功电流的频繁波动，实现有功无功的协调控制。

Description

一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制 方法
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法。
背景技术
风能作为一种可再生的清洁能源，其蕴量巨大，但因风力发电的高度电力电子化，风电发展所面临的问题也渐渐显露出来。例如对于配电网并网风机而言，当发生暂态故障导致并网点电压下降时，不平衡功率集中在直流电容，若换流器不能提供足够的无功以支撑电网电压，电容将超出容量限制而损坏，因此提高风电机组的低电压穿越能力是亟需解决的一个重要问题。此外，与高压电网中的并网型风机不同，配电网中电阻和电抗较为接近，即有功功率对电网的抬升作用也较为显著，因此协调控制有功无功，研究配电网风机换流器的低电压穿越控制策略以对电网电压提供支撑，是一个实际需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现存的配网风机的低电压穿越问题，提供一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法。当电网电压暂降时，通过对有功电流以及无功电流的协调控制来共同支撑配网电压的下降，且以最大允许电流为约束，目标函数为d轴q轴内环电流参考值之和并求其最大值，实现了对电网电压的有效支撑。本发明的技术方案为：
步骤1：根据低电压穿越准则，计算配网风机在电压跌落时网侧变流器的q轴无功电流的参考值iqref，计算公式为1.5(0.9-ug)IN。
步骤2：给定网侧变流器的最大允许电流igmax，此处取igmax＝1.5IN，根据变流器容量约束，即确定d轴有功、q轴无功电流参考值应满足的关系。
步骤3：稳态时，根据直流电压、电网电压两个外环控制经过PI环节后分别输出d轴和q轴的稳态电流参考值和/>
步骤4：当并网点电压跌落，且处于0.2～0.9p.u.时，根据步骤1的公式计算q轴无功电流参考值iqref以及步骤2所述的最大允许电流igmax，计算暂态时在变流器容量限制下的d轴有功电流参考值idref。
步骤5：对q轴无功电流iqref进行限幅，幅值上限为0.707igmax，当输入值在幅值范围内时，输出不变；当输入值超出限幅时，将输出值i′qref固定在0.707igmax。
步骤6：当步骤5的输入值未达到限定值时，信号标示sig置1；否则sig置0。
步骤7：将电网电压参考值与实际值作差后经过一个PI环节，限幅后得到增益量M，M区间为[-1,1]，其中M的大小反映了电网电压的跌落程度。
步骤8：根据式i'dref＝idref(1-|M|)+0.707igmax|M|计算出适应于电网电压变化的d轴有功电流。
步骤9：将idref与i'dref分别输入到两输入选择器的0和1，根据步骤6输出的信号标示判断，当sig置0时输出i″dref值为idref；反之，当sig置1时其值为i′dref。
步骤10：将稳态时的d轴有功电流与电压跌落情况下但未进行电压自适应控制的d轴电流参考值idref作比较，输出其中的较小值i″′dref。
步骤11：将i″′dref与i″dref分别输入到两输入选择器的0和1；判断信号为信号标示sig，当sig置0时输出i″″dref值为i″′dref；反之，当sig置1时其值为i″dref。
步骤12：：将稳态时的q轴无功电流与经过限幅后的q轴电流参考值i′qref作比较，输出其中的较大值i″qref。
本发明的技术效果为：本发明设计科学，方法合理，对并网变流器容量的利用率高，通过对有功电流以及无功电流的协调控制来实现配网风机的低电压穿越过程。
附图说明
图1为本发明的网侧变流器的外环电压协调控制框图
图2为本发明的网侧变流器d轴内环电流参考值
图3为本发明的网侧变流器q轴内环电流参考值
具体实施方式
下面结合附图，对本发明方法做详细说明。
所述的一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法，其特征在于该配网风机变流器所应用的场景中电阻R和电抗X较为接近，即有功功率引起的电压跌落与无功功率引起的电压跌落基本相同，直流电压外环最终输出的内环d轴电流参考值与变流器输出的有功功率强相关；电网电压外环最终输出的内环q轴电流参考值与变流器输出的无功功率强相关，且控制仅针对配网风机网侧变流器的外环控制，输入为直流电容电压以及电网电压，输出为d轴和q轴的内环电流参考值。
所述的一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法，其具体实施步骤如下：步骤1：根据低电压穿越准则，计算配网风机在电压跌落时网侧变流器的q轴无功电流的最小值，计算公式为1.5(0.9-ug)IN。
步骤2：给定网侧变流器的最大允许电流igmax，此处取igmax＝1.5IN，根据变流器容量约束，即确定d轴有功、q轴无功电流参考值应满足的关系。
步骤3：稳态时，根据直流电压、电网电压两个外环控制经过PI环节后分别输出d轴和q轴的稳态电流参考值和/>
步骤4：当并网点电压跌落，且处于0.2～0.9p.u.时，根据步骤1的公式计算q轴无功电流参考值iqref以及步骤2所述的最大允许电流igmax，计算暂态时在变流器容量限制下的d轴有功电流参考值idref。
步骤5：对q轴无功电流iqref进行限幅，幅值上限为0.707igmax，当输入值在幅值范围内时，输出不变；当输入值超出限幅时，将输出值i′qref固定在0.707igmax。
步骤6：当步骤5的输入值未达到限定值时，信号标示sig置1；否则sig置0。
步骤7：将电网电压参考值与实际值作差后经过一个PI环节，限幅后得到增益量M，M区间为[-1,1]，其中M的大小反映了电网电压的跌落程度。
步骤8：根据式i'dref＝iqref(1-|M|)+0.707igmax|M|计算出适应于电网电压变化的d轴有功电流。
步骤9：将idref与i'dref分别输入到两输入选择器的0和1，根据步骤6输出的信号标示判断，当sig置0时输出i′dref值为idref；反之，当sig置1时其值为i′dref。
步骤10：将稳态时的d轴有功电流与电压跌落情况下但未进行电压自适应控制的d轴电流参考值idref作比较，输出其中的较小值i″′dref。
步骤11：将i″′dref与i″dref分别输入到两输入选择器的0和1；判断信号为信号标示sig，当sig置0时输出i″″dref值为i″′dref；反之，当sig置1时其值为i″dref。
步骤12：：将稳态时的q轴无功电流与经过限幅后的q轴电流参考值i′qref作比较，输出其中的较大值i″qref。
最后将外环输出的d轴和q轴电流参考值输入到电流内环控制，通过PWM触发信号实现对配网风机网侧变流器的低电压穿越控制。

Claims (4)

1.一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：根据低电压穿越准则，计算配网风机在电压跌落时网侧变流器的q轴无功电流的参考值iqref；
步骤2：给定网侧变流器的最大允许电流igmax，根据变流器容量分配原则，确定d轴有功、q轴无功电流参考值应满足的关系为
步骤3：稳态时，根据直流电压、电网电压两个外环控制经过PI环节后分别输出d轴和q轴的稳态电流参考值和/>
步骤4：当并网点电压跌落，且处于0.2～0.9p.u.时，根据步骤1的公式计算q轴无功电流参考值iqref以及步骤2所述的最大允许电流igmax，计算暂态时在变流器容量限制下的d轴有功电流参考值idref；
步骤5：对q轴无功电流iqref进行限幅，幅值上限为0.707igmax，当输入值在幅值范围内时，输出不变；当输入值超出限幅时，将输出值i′qref固定在0.707igmax；
步骤6：当步骤5的输入值未达到限定值时，信号标示sig置1；否则sig置0；
步骤7：将电网电压参考值与实际值作差后经过一个PI环节得到的进行限幅后得到增益量M，M区间为[-1,1]，其中M的大小反映了电网电压的跌落程度；
步骤8：根据式i′dref＝idref(1-|M|)+0.707igmax|M|计算出适应于电网电压变化的d轴有功电流；
步骤9：将idref与i′dref分别输入到两输入选择器的0和1，根据步骤6输出的信号标示判断，当sig置0时输出i″dref值为idref；反之，当sig置1时其值为i'dref；
步骤10：将稳态时的d轴有功电流与电压跌落情况下但未进行电压自适应控制的d轴电流参考值idref作比较，输出其中的较小值i″′dref；
步骤11：将i″′dref与i″dref分别输入到两输入选择器的0和1；判断信号为信号标示sig，当sig置0时输出i″″dref值为i″′dref；反之，当sig置1时其值为i″dref；
步骤12：将稳态时的q轴无功电流与经过限幅后的q轴电流参考值i'qref作比较，输出其中的较大值i″qref。
2.根据权利要求1所述的一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法，其特征在于，该配网风机变流器所应用的场景中电阻R与电抗X较为接近，即有功功率引起的电压跌落与无功功率引起的电压跌落基本相同。
3.根据权利要求2所述的一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法，其特征在于，直流电压外环最终输出的内环d轴电流参考值与变流器输出的有功功率强相关；电网电压外环最终输出的内环q轴电流参考值与变流器输出的无功功率强相关。
4.根据权利要求3所述的一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法，其特征在于，控制仅针对配网风机网侧变流器的外环控制，输入为直流电容电压以及电网电压，输出为d轴和q轴的内环电流参考值。
CN202210176377.7A 2022-02-25 2022-02-25 一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法 Active CN114389309B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210176377.7A CN114389309B (zh) 2022-02-25 2022-02-25 一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210176377.7A CN114389309B (zh) 2022-02-25 2022-02-25 一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114389309A CN114389309A (zh) 2022-04-22
CN114389309B true CN114389309B (zh) 2024-05-14

Family

ID=81205851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210176377.7A Active CN114389309B (zh) 2022-02-25 2022-02-25 一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114389309B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116207778A (zh) * 2022-12-29 2023-06-02 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 基于全功率变流器风电机组弱电网下控制方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101272055A (zh) * 2008-05-07 2008-09-24 中国科学院电工研究所 一种风力发电机组低电压穿越控制方法
CN102664427A (zh) * 2012-05-25 2012-09-12 华北电力大学（保定） 永磁直驱风电机组低电压穿越时有功和无功协调控制方法
CN106786765A (zh) * 2017-01-16 2017-05-31 国网新疆电力公司经济技术研究院 一种基于vrdc和drcc的pmsg自适应低电压穿越实现方法
CN113346562A (zh) * 2021-06-18 2021-09-03 江苏大学 一种永磁直驱式风电机组低电压穿越的控制方法
WO2021258508A1 (zh) * 2020-06-22 2021-12-30 山东大学 一种风力发电机低电压穿越控制方法及***

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2859638B1 (en) * 2012-06-12 2020-05-06 Vestas Wind Systems A/S Wind-power-plant control upon low-voltage grid faults

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101272055A (zh) * 2008-05-07 2008-09-24 中国科学院电工研究所 一种风力发电机组低电压穿越控制方法
CN102664427A (zh) * 2012-05-25 2012-09-12 华北电力大学（保定） 永磁直驱风电机组低电压穿越时有功和无功协调控制方法
CN106786765A (zh) * 2017-01-16 2017-05-31 国网新疆电力公司经济技术研究院 一种基于vrdc和drcc的pmsg自适应低电压穿越实现方法
WO2021258508A1 (zh) * 2020-06-22 2021-12-30 山东大学 一种风力发电机低电压穿越控制方法及***
CN113346562A (zh) * 2021-06-18 2021-09-03 江苏大学 一种永磁直驱式风电机组低电压穿越的控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114389309A (zh) 2022-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2004203836B2 (en) Continuous reactive power support for wind turbine generators
CN102570962B (zh) 双馈风力发电高电压穿越控制结构及其发电机、发电***
CN112421670B (zh) 一种适用于远海风电送出的中频柔性直流输电***及其控制方法
CN104810857B (zh) 一种单相光伏并网发电***输出功率平滑控制装置及控制方法
Falehi et al. Promoted supercapacitor control scheme based on robust fractional-order super-twisting sliding mode control for dynamic voltage restorer to enhance FRT and PQ capabilities of DFIG-based wind turbine
CN105375523A (zh) 一种风电全功率变流器高电压穿越控制方法
CN112398156B (zh) 一种基于柔直mmc换流器的海上风电***故障联合穿越方法
CN114389309B (zh) 一种基于功率圆约束的配网风机变流器低电压穿越外环控制方法
CN104242347A (zh) 一种风电变流器的高电压穿越方法
CN103606959A (zh) 双馈型风力发电***低/高电压穿越的优化控制方法
CN113193588A (zh) 一种海上风电柔性直流送出***故障穿越方法
CN113517719B (zh) 一种全功率变流的风电机组高电压穿越控制方法
CN110417059B (zh) 一种可再生能源发电基地暂态稳定控制方法
CN103972921A (zh) 一种基于功率平衡的永磁同步风力发电机低电压穿越协调控制方法
CN116454955A (zh) 基于混合换流器的海上风电低频送出***及其控制方法
Chen et al. Control of static synchronous compensator with supplementary damping enhancement for wind farm voltage regulation
Zhao et al. Reactive power optimization algorithm of considering wind farm voltage control capability in distribution system
Yao et al. Review of the key technology of power quality improvement device for middle-low voltage distribution network
Badkubi et al. Reducing the current harmonics of a wind farm generation based on VSC-HVDC transmission line by shunt active power filters
CN113972681A (zh) 基于能量调控的海上风电柔直并网***交流故障穿越方法
Cherkaoui et al. Voltage regulation in the electrical network using reactive power control strategy of WPP based DFIG wind turbine
CN208062785U (zh) 一种适用于对称电压暂降故障的虚拟同步发电机***
CN116599115B (zh) 一种基于电压动态调整的柔性低频输电***优化运行方法、装置、设备及存储介质
Li et al. TSA based optimization to dc voltage and dc modulation for high-voltage ride-through (HVRT) of DFIG: School of Electrical Engineering and Automation, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
Zhu et al. Stability Analysis of DFIG Grid-connected Based on Variable Gain Inertia Control

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant