电压跌落时直驱永磁风力发电系统有功功率动态控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及直驱永磁风力发电系统，具体涉及一种电压跌落时直驱永磁风力发电 系统有功功率动态控制方法。
【背景技术】
[0002] 直驱永磁风力发电系统机侧变流器有功功率动态控制系统主要包含机侧变流器 控制系统及变速变桨控制系统，其中机侧变流器控制系统采用功率外环、电流内环的双闭 环矢量控制方式调节机侧变流器的有功输出，而且其中机侧变流器的有功功率给定按最大 功率曲线获取。但是，这样的控制策略存在下述缺点：1、当并网点电压跌落时，机侧变流器 的有功功率给定按最大功率曲线获取，则会导致能量在直流侧堆积，引起直流侧过压；2、存 在风场弃风的问题。针对上述问题，目前有通过在直流母线处安装泄放电路稳压的方法、通 过在直流母线处安装储能设备稳压的方法，但是通过在直流母线处安装泄放电路稳压的方 法，增加了机组的硬件与软件投入，同时也间接的增加了风电场的弃风率；通过在直流母线 处安装储能设备稳压的方法，虽然减低了风电场的弃风率，但储能设备成本高，稳定性差。 此外，常用的基于超级电容的储能设备应用于风电机组时还存在选型、设计难的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种风力发电场并网 点电压跌落时能够避免能量在直流侧堆积引起直流侧过压、响应时间快、可减少风场弃风、 方法简单可靠、实施成本低的电压跌落时直驱永磁风力发电系统有功功率动态控制方法。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0005] -种电压跌落时直驱永磁风力发电系统有功功率动态控制方法，步骤包括：
[0006] 1)采集直驱永磁风力发电系统的并网点电压，判断并网点电压是否低于预设的额 定值，如果低于预设的额定值，则判定发生电压跌落并跳转执行步骤2);
[0007] 2)将直驱永磁风力发电系统的机侧变流器启用有功功率自动调节模式，并对风力 机进行变速变桨控制以防止风力机进入限速保护模式；
[0008] 3)采集直驱永磁风力发电系统的网侧变流器输出的电压Uei及功角Θ 1;
[0009] A ^ ，变流器输出的有功功率；
[0010] ⑴
[0011] 式⑴中，up。。为网侧变流器输出的有功功率，Util为网侧变流器输出的电压，Θ A 网侧变流器输出的功角，^为网侧变流器交流侧的电感；
[0012] 5)将网侧变流器输出的有功功率作为所述机侧变流器的有功输出给定，采用功率 外环、电流内环的双闭环矢量控制方式调节所述机侧变流器的有功输出。
[0013] 优选地，所述步骤2)中对风力机进行变速变桨控制详细步骤包括：
[0014] 2. 1)检测直驱永磁风力发电系统的风力机转速
[0015] 2. 2)判断风力机转速ω Jg出设定限值ω 是否成立，如果成立则跳转执行步骤 2. 3)，否则，则退出变速变桨控制的步骤；
[0016] 2. 3)获取风力机转速和设定限值ω rth之间的差值Λ ω ;
[0017] 2· 4)将所述差值Λ ω进行PI调节；
[0018] 2. 5)将所述PI调节的输出进行桨距角限幅得到桨距角给定初始值；
[0019] 2. 6)将所述桨距角给定初始值采用式（2)所示函数计算得到桨距角给定β * ;
[0020]
⑵
[0021] 式⑵中，β *为桨距角给定，τ e为变桨执行机构延时，s为拉氏变换因子；
[0022] 2. 7)将桨距角给定β *传输到变桨执行机构。
[0023] 优选地，所述步骤2. 2)中设定限值的初始化设定值确定函数关系如式（3)所 示；
[0024] Corth= (Ι+a) · ω RN (3)
[0025] 式⑶中，《rth为设定限值，a为发电机转子的增速参数，发电机转子的增速参数 a的取值为4%~8%，ωΚΝ为发电机的额定转速。
[0026] 优选地，所述步骤5)中采用功率外环、电流内环的双闭环矢量控制方式调节所述 机侧变流器的有功输出的详细步骤包括：
[0027] 5. 1)将机侧变流器的三相电流分量isa、isb、is。转换到两相旋转坐标系，得到两相 旋转坐标系下的d轴电流分量i sd和q轴电流分量i sq;根据式（4)所示函数表达式计算直 驱永磁风力发电系统的发电机实时功率输出值Ps作为双闭环矢量控制方式的功率外环输 入；
[0028] (4)
[0029] 式⑷中，Ps为直驱永磁风力发电系统的发电机实时功率输出值，i sd为两相旋转 坐标系下的d轴电流分量，isq为两相旋转坐标系下的q轴电流分量，u sdraf为两相旋转坐标 系下的d轴电压分量参考值，UsqrafS两相旋转坐标系下的q轴电压分量参考值；
[0030] 5. 2)将计算得到的发电机实时功率输出值PsR延时；
[0031] 5. 3)将延时后的发电机实时功率输出值Ps和机侧变流器的有功输出参考值P sraf 求差，将差得到的差值进行PI调节得到两相旋转坐标系下输入到发电机的q轴电流参考 值；
[0032] 5. 4)将输入到发电机的q轴电流参考值取反转换为发电机输出的q轴电流参考值 Isqref，
[0033] 5. 5)将两相旋转坐标系下的q轴电流分量isq作为双闭环矢量控制方式的电流内 环的输入，将电流内环的输入和发电机输出的q轴电流的参考值i sqraf求差，将求差得到的 差值进行PI调节得到两相旋转坐标系下的q轴电压分量参考中间值usq，然后对q轴电压 分量参考中间值U sq进行前馈补偿得到两相旋转坐标系下的q轴电压分量参考值u sqraf;将 两相旋转坐标系下的d轴电流分量isd和发电机输出的d轴电流的参考值i sdraf求差，将求 差得到的差值进行PI调节得到两相旋转坐标系下的d轴电压分量参考中间值Usd，对d轴 电压分量参考中间值U sd进行补偿得到两相旋转坐标系下的d轴电压分量参考值u sdraf;
[0034] 5. 8)将两相旋转坐标系下的q轴电压分量参考值!^^与d轴电压分量参考值 Usdra^换到两相静止坐标系，得到两相静止坐标系下的α轴电压分量参考值Usa和β轴 电压分量参考值U sfi;
[0035] 5. 9)将两相静止坐标系下的a轴电压分量参考值usa和β轴电压分量参考值 Usfi作为SVPffM调制系统的输入得到SVPffM调制量，通过所述SVPffM调制量控制所述机侧变 流器的有功输出。
[0036] 优选地，所述步骤5. 5)中具体是指根据式（5)所示函数表达式对q轴电压分量参 考中间值Usq进行前馈补偿得到两相旋转坐标系下的q轴电压分量参考值u sqraf;
[0037] usqref=usq-〇sLsqisq (5)
[0038] 式（5)中，UsqrafS两相旋转坐标系下的q轴电压分量参考值，u sq为两相旋转坐标 系下的q轴电压分量参考中间值，转子角速度，Lsq为定子电感的q轴分量；i sq为两相 旋转坐标系下的q轴电流分量。
[0039] 优选地，所述步骤5. 5)中具体是指根据式（6)所示函数表达式对d轴电压分量参 考中间值Usd进行补偿得到两相旋转坐标系下的d轴电压分量参考值u sdraf;
[0040] Usdref= u sd-WsLsdIsd (6)
[0041] 式（6)中，UsdraA两相旋转坐标系下的d轴电压分量参考值，u sd为两相旋转坐标 系下的d轴电压分量参考中间值，转子角速度，Lsd为定子电感的d轴分量；i sd为两相 旋转坐标系下的d轴电流分量。
[0042] 本发明电压跌落时直驱永磁风力发电系统有功功率动态控制方法具有下述优 占 .
[0043] 1、本发明在检测到发生电压跌落后，将直驱永磁风力发电系统的机侧变流器启用 有功功率自动调节模式，并根据网侧变流器输出的电压U til及功角Θ i计算网侧变流器输出 的有功功率，将该有功功率作为机侧变流器的有功输出给定，采用