技术特征：
1.基于自适应下垂控制的永磁直驱风电场无功电压控制策略，其特征在于，所述控制策略的步骤为：步骤1、建立由永磁直驱式风电机组、静态负荷与同步发电机组成的风电场并网系统模型，确定风电机组在不同风速下的输出功率曲线，再根据有功与无功之间的耦合关系，确定风电机组不同运行状态下的无功容量；步骤2、检测风电场并网点电压，若并网点电压正常，则采用最大功率跟踪控制模式，进行步骤3；若并网点电压越限，则先对无功容量进行判断，当无功容量充足时，风电机组的网侧变流器采用自适应下垂控制，进行步骤4；当无功容量不足时，风电机组的网侧变流器在采用自适应下垂控制的同时进行减载控制，进行步骤5；步骤3、风电机组采用最大功率跟踪控制模式运行，根据当前风速调节风力机转速，使叶尖速比保持最优值从而达到最大风能捕获状态，风电机组输出最大有功功率；步骤4、风电机组采用自适应下垂控制，网侧变流器无功控制环节设置自适应下垂系数，可随风速的变化自动调整，合理分配各机组的无功输出以支撑并网点电压，保障系统稳定运行；步骤5、风电机组采用减载运行模式，根据风速变化采用对应的减载方法，调节转子转速并结合桨距角控制实现减载，增加无功输出，网侧变流器保持自适应下垂控制。2.根据权利要求1所述的基于自适应下垂控制的永磁直驱风电场无功电压控制策略，其特征在于，步骤1中，根据永磁直驱风电机组运行特性，建立永磁直驱风电机组并网系统模型，并确定风速与叶尖速比曲线的关系曲线；风力机捕获功率与其转速与桨距角相关，标幺值p
wt
为：式中，p
n
为风电机组额定功率，ρ为空气密度，r为风轮半径，v
w
为风速值，c
p
为风能捕获系数，可表示为式中，λ为叶尖速比，ω
n
为转子额定机械转速，c1～c6为拟合系数，ω
t
为转子转速，β为桨距角；拟合系数取不同值时，c
p
函数具有不同的最优叶尖速比λ
opt
和最大风能捕获系数c
pmax
；风电机组无功容量由有功功率与视在功率决定。式中：s
w
为风电机组变流器视在功率。3.根据权利要求1所述的基于自适应下垂控制的永磁直驱风电场无功电压控制策略，其特征在于，步骤3中，风电机组正常运行在最大功率跟踪模式下，根据风速变化将跟踪过程分为三个阶段：
第一阶段为最优转速运行阶段，当风能捕获系数c
p
函数取得最大值时对应固定的最优叶尖速比λ
opt
，调节风力机转速ω
t
使其维持叶尖速比为λ
opt
，在此情形下，风力机以最优转速运行并捕获最大风能；第二阶段为恒转速运行阶段，当风速继续增大且捕获功率未超过风力机额定功率时，风力机转子转速维持在ω
tmax
以恒转速方式运行；第三阶段为恒功率运行阶段，当风速超过风电机组额定功率所对应的额定风速v
wn
时，需要使风力机运行在恒功率状态下以防过载，由于风力机转速达到上限，需要增大桨距角限制风电机捕获功率。4.根据权利要求1所述的基于自适应下垂控制的永磁直驱风电场无功电压控制策略，其特征在于，步骤4中，变流器中网侧变流器采用自适应下垂控制，下垂系数的整定原则依据风电机组当前的无功容量；自适应下垂控制环节的无功电流输出定义为：据风电机组当前的无功容量；自适应下垂控制环节的无功电流输出定义为：式中：k
p
为pi调节器的比例系数，k
i
为pi调节器的积分系数，1/s为积分环节，q0为无功功率基准值，通常设为0，v
sys
为电压有效值，v
nom
为额定电压值，为自适应下垂系数，自适应下垂系数与风电机组的无功功率成正比，q
w,i
为i号风电机组的无功功率；c为常系数。5.根据权利要求1所述的基于自适应下垂控制的永磁直驱风电场无功电压控制策略，其特征在于，步骤5中，所述减载运行模式控制的方法为：确定保障并网电压稳定情况下，需要提供给并网点的无功功率最小值δq
l
，由于风电机组输出功率满足且风电机组越接近额定状态，减载相同功率所释放的无功容量越大，因此需要判别各个机组的减载优先级，并选取风电机组进行减载控制；无功容量越大，因此需要判别各个机组的减载优先级，并选取风电机组进行减载控制；无功容量越大，因此需要判别各个机组的减载优先级，并选取风电机组进行减载控制；式中：s为风电机组的额定功率；为i号风电机组的有功输出；δp为减载量；δq
w,i
为第i号风电机组减载后的无功增量，k为进行减载的风电机组编号，j为进行减载的风电机组台数，n为风电场中的机组台数，δq
k
为k号风电机组减载后的无功增量，q
w,i
为风电机组输出无功功率，δq
l
为风电场提供给并网点的无功支撑；当风电机组进行减载控制时，其减载水平d％可表示为d％＝δp
w,i
/p
w,i
。6.根据权利要求1所述的基于自适应下垂控制的永磁直驱风电场无功电压控制策略，
其特征在于，减载运行模式控制时考虑不同风速区间确定减载模式的步骤为：根据风速大小分为低、中、高三个风速区间并在各区间采用不同的减载控制方法，在低风速区间，风电机组处于最大功率跟踪运行状态，此时风能捕获系数达到最大c
pmax
，桨距角β为0
°
，当需要减载d％时，根据叶尖速比-风能捕获系数曲线，求出c
pmax
减小d％时对应的叶尖速比λ
d1
，进而求得减载后的转子参考转速ω
d1
；在中风速区间风电机组同样处于最大功率跟踪运行状态，转子处于最优转速ω
opt
，对应有功功率为p
opt
，当需要减载d％时，若在超速减载过程中转子转速达到最大允许转速ω
max
，则需要配合桨距角控制实现减载，变桨控制的参考功率设定为：在高风速区间内，当v
w2
<v
w
<v
wn
时，风电机组处于恒转速运行模式，需要减载d％时，计算减载后的风能捕获系数c
pd
，并利用牛顿法求解桨距角β
d
进行调节，当v
wn
<v
w
<v
w_out
时，风电机组处于恒功率运行模式，风电机组输出功率为额定功率p
n
，需要减载d％时，只需将参考功率设定为(1-d％)p
n
即可。
技术总结
本发明公开了一种基于自适应下垂控制的永磁直驱风电场无功电压控制策略，步骤为：首先建立风电场并网模型，确定风电机组在不同风速下的输出功率曲线，风电机组不同运行状态下的无功容量；其次提出风电机组的两种控制模式，并网点电压稳定时下采用最大功率跟踪控制模式，控制叶尖速比保持最优值从而达到最大风能捕获状态；当并网点电压跌落严重时，若风电机组无功容量充足，网侧变流器采用自适应下垂控制，下垂系数根据机组无功容量自适应调整，增加无功功率输出；若风电机组无功容量不足，采用减载控制，在不同风速区间采取相应的减载控制方法，给系统提供更多的无功支撑，解决并网点电压越限问题。网点电压越限问题。网点电压越限问题。
技术研发人员：沈希澄 周霞 解相朋 戴剑丰 马道广
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2021.11.11
技术公布日：2022/2/18