基于动态电压补偿器的双馈异步风力发电机组控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及风力发电技术领域，尤其设及基于动态电压补偿器的双馈异步风力发 电机组控制方法。
【背景技术】
[0002] 风电是目前在技术上最为成熟、经济上最为可行、应用最为广泛的新能源发电技 术之一。面临日益紧迫的能源安全及环境恶化问题，风能已受到各国政府的高度重视，世界 各主要国家包括美国、中国都相继把发展可再生能源提升到国家战略的层次。W风电为代 表的新能源正逐步成为我国重要的能源资源，在满足能源需求、改善能源结构、减少环境污 染、保护生态环境、促进经济社会发展等方面发挥重要作用。而随着电力系统中风电装机容 量迅速增加，风电成为电力系统的重要电源，风电机组应对电网故障稳定运行的能力对保 障电力系统的稳定与安全有着非常重要的作用。
[0003] 在各种类型的风力发电机组中，变速恒频双馈异步发电机(DFIG) W其调速范围 宽、有功无功功率可独立调节W及所需背靠背变换器容量较小等优点，占据了绝大部分市 场份额。
[0004] 现有的双馈异步风力发电机组控制基本原理如下： 电网电压发生突变会使得定子磁链中出现自由分量和负序分量：
其中，巧为同步转速，取^为电压正序分量对应的磁链正序分量，取^为电压负序分量 对应的磁链负序分量，护f为磁链自由分量，该分量是由于电压突变时磁链不能突变而产 生，按时间常数韦衰减。
[0005] 若不对定子电压进行补偿，上述磁链分量会分别在转子中感应出相应的电动势：
S为转 差， 然而由于DFIG定子直接与电网相连，当电网发生单相、两相或者S相对地短路W及相 间短路故障时，DFIG机端电压都将发生突变，而且发生单相、两相接地短路故障W及相间短 路故障时，还会产生较大的负序电压。由于定子磁链不会发生突变，必须连续变化，因此在 机端电压发生突变时，会在DFIG定子磁链中会产生直流成分（自由分量），定子直流磁链会 在高速旋转的转子回路中感应出一个很大的转子感应电动势，一般相当于正常运行时转子 感应电动势的5~6倍，当电网电压跌落的幅值较大时，由此产生的感应电动势远远超过转子 侧变换器(RSC)的容量限制，RSC会失去对DFIG的控制能力，会导致RSC过电压、过电流W及 DFIG电磁转矩和输出功率剧烈变化等，DFIG也会因为RSC过流保护动作而脱网。而当DFIG机 端电压中含有负序成分时，负序电压会在DFIG定子中产生负序磁链成分，负序磁链与转子 旋转方向相反，同样会在转子感应出很大的感应电动势，一般相当于正常运行时转子感应 电动势的5~7倍，当负序电压含量较高时，RSC也会发生过电压、过电流的情况，从而导致风 机脱网。
[0006] 若在电网故障期间对定子电压进行补偿，减小或者消除电压突变对风机的影响， 则能避免上述磁链反应对转子产生的不良影响。
[0007] 若在故障期间持续对电压进行完全补偿，完全隔绝电网扰动对风机的影响，风机 将能够持续稳定运行，但故障期间由于电网电压跌落，风机相当部分功率不能有效送出（若 电压跌至0,则是全部功率），DVR必须处理运部分功率，运就需要DVR配备与风机额定功率相 匹配的储能容量或释能装置，运极不经济，在工程实际中几乎不可能实现。
[0008] 针对W上情况，目前国内外采用转子快速短接保护(化OWbar)技术，来限制转子的 电流，保护RSC，该方法实现简单、易操作，但是在化OWbar动作期间，DFIG相当于鼠笼式异步 电机会从电网吸收大量无功功率，不仅不利于电网电压的恢复，甚至还会加剧电网电压的 下降，引发更进一步的故障。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题是提供一种实现不脱网稳定运行的基于动态电压补 偿器的双馈异步风力发电机组控制方法。
[0010] 为解决上述问题，本发明所述的基于动态电压补偿器的双馈异步风力发电机组控 制方法，包括W下步骤： (1)建立基于动态电压补偿器的双馈异步风力发电机组控制系统，该系统包括变速恒频 双馈异步发电机DFIG、动态电压补偿器DVR和控制模块;所述变速恒频双馈异步发电机DFIG 中分别设有转子侧变换器RSC、定子侧转换器GSC，该定子侧转换器GSC与所述动态电压补偿 器DVR串联后与电网相连接;所述控制模块与所述动态电压补偿器DVR相连； 间当所述电网电压正常时，所述动态电压补偿器DVR不工作，但所述动态电压补偿器 DVR实时检测定子电压稳态值11。； 当所述电网因故障引起电压突变时，则所述动态电压补偿器DVR迅速取得突变后的电 压矢量进行正负序分离；
其中为正序分离电压，化为负序分离电压； 间根据所述突变后的电压矢量计算出需要补偿的随时间变化的电压量，同 时所述控制模块向所述动态电压补偿器DVR给出控制信号； (4)所述动态电压补偿器DV财良据所述控制模块的控制信号输出所述步骤间计算出的电 压量，补偿所述变速恒频双馈异步发电机DFIG定子端电压，使其缓慢过渡至新的稳态； 间故障期间所述动态电压补偿器DVR持续检测所述电网电压；当故障恢复引起电压再 次突变时，所述动态电压补偿器DVR迅速取得突变后新的所述电网电压矢量U^; 做根据突变后的所述电压矢量<，计算出需要补偿的随时间变化的电压量，电压补偿 量为；
式中：为补偿时间，All为电压增量； 例所述动态电压补偿器DV财良据所述控制模块的控制信号输出所述步骤间得到的所述 电压补偿量，补偿所述变速恒频双馈异步发电机DFIG定子端电压，使其缓慢过渡至稳态。
[0011] 所述步骤(1)中的动态电压补偿器DVR包括逆变器、滤波电路和储能装置;所述逆变 器与所述储能装置通过两根导线连接，且两根导线间连接电容;所述逆变器的输出端与所 述滤波电路的输入端相连。
[0012] 所述步骤间中计算出需要补偿的随时间变化的电压量是按下述过程进行计算： 正序电压补偿量U。+:
负序电压补偿量 ,All =-11, 电压补偿量Uf.: 二u!小U 式中：Au+为E序电压增量；Au"为负序电压增量。
[0013] 本发明与现有技术相比具有W下优点： 1、本发明在电网发生故障时，动态电压补偿器DVR可W充当电压缓冲器，使得定子电压 缓慢过渡至新的稳态，辅助变速恒频双馈异步发电机DFIG机组的暂态穿越过程，保证变速 恒频双馈异步发电机DFIG在整个暂态过程完全可控，且较之动态电压补偿器DVR完全补偿 方案，大大减小动态电压补偿器DVR所需储能容量或释能装置。且在电压期间持续对负序电 压进行完全补偿，但对于正序电压，在故障发生时刻完全补偿，随后按时间变化逐步减小电 压补偿量，直至过渡至突变后的稳态。
[0014] 2、本发明在电网发生故障时，快速检测故障电压，且仅需极小的储能容量或释能 装置迅速对其作出补偿，就能大幅减小电压突变引发的磁链反应的不良影响，从而降低风 电机组受到的扰动程度，达到风电机组故障穿越，不脱网稳定运行的目的。
【附图说明】
[0015] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0016] 图1为本发明中基于动态电压补偿器的双馈异步风力发电机组控制系统的原理框 图。
[0017]图2为本发明中动态电压补偿器DVR的原理框图。
[0018] 图3为本发明中电网故障下定子电压补偿原理示意图。
[0019] 图中：1一变速恒频双馈异步发电机DFIG 11-转子侧变换器RSC 12-定子侧转换 器GSC 2-动态电压补偿器DVR 3-控制模块4-电网5-逆变器6-滤波电路7-储能 装置8-电容。
【具体实施方式】
[0020]