构网型直驱风机不对称故障穿越控制方法

本申请涉及新能源发电领域，尤其涉及直驱风机不对称故障穿越方法。

背景技术：

1、直驱永磁同步风力发电机(d-pmsg)由于具有输出功率稳定、响应速度快、控制结构简单等优点，近年来成为研究热点。因此直驱永磁风电机组在大规模风电场中得到广泛应用。

2、而随着电力系统中高比例风电的广泛接入，为了适应不同应用场景的需求，目前直驱风机有跟网型与构网型两种不同的控制结构，基于锁相环的跟网型直驱风力发电机组给电力系统的稳定性带来一系列问题，因此构网型直驱风力发电机组的研究在“双碳”的大背景下显得尤为重要。目前构网型直驱风力发电机多基于功率同步控制，以控制结构来区分，构网型控制方法有下垂控制、虚拟同步机(vsg)控制以及惯性同步控制等。其中惯性同步控制直驱风机具有主动稳定直流电压的能力，对于多表现出波动性的风能而言，惯性同步控制更加适用于直驱风力发电机的工程应用。

3、保障电网电压跌落期间风机不脱网，故障穿越控制得到了大量研究。传统的故障穿越控制策略多针对平衡工况提出。但值得注意的是风电汇集区域常存在三相电压不平衡现象，如电力系统中频发的不对称故障或不平衡负荷引起的风电场并网点电压不平衡情况等。在不平衡工况下，直驱风机网侧输出功率将会出现二倍频波动的现象，由此引发直流侧电容电压出现波动，而在不施加额外控制时直驱风机并网电流也会出现较严重的不平衡现象，这些问题显然会对电力系统的稳定及其设备的安全与寿命造成不利的影响。且在不对称故障过程中构网型直驱风力发电机无论是针对电流的限制还是针对功角稳定性的讨论都将与对称故障工况下不同，因此需在不平衡工况下提出针对性的故障穿越控制策略。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种构网型直驱风机不对称故障穿越控制方法，可以解决当前电力系统中在不平衡工况下故障穿越控制策略不稳定的问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种构网型直驱风机不对称故障穿越控制方法，包括：

3、步骤1、构建构网型直驱风机的功率及直流电压表达式，将直流电压分解为平均分量与波动分量，并结合惯性同步思想，利用直流电压的平均分量映射电网频率；

4、步骤2、结合构网型直驱风机功率功角关系、功角及电压边界、过电流限制与并网导则无功需求对网侧逆变器正序功角及正序电压进行控制。

5、优选地，步骤1具体包括：

6、步骤1.1：在电网侧发生不对称故障时，构网型直驱风机的功率表达式为：

7、

8、(1)式中

9、

10、

11、(2)式中pga为网侧逆变器输出正序有功；pgb为网侧逆变器输出负序有功；pgc、pgd为网侧逆变器有功中的正负序交互作用量；(3)式中qga为网侧逆变器输出正序无功；qgb为网侧逆变器输出负序无功；qgc、qgd为网侧逆变器无功中的正负序交互作用量；两式中eg为电网电压；ig为并网电流；上标+代表正序分量；上标-代表负序分量；下标α代表α轴分量而下标β代表β轴分量；

12、步骤1.2；负序电流矢量表示为下式：

13、

14、由式(4)，采用负序电压注入即令逆变器输出负序电压与电网负序电压一致便可消除电路中的并网负序电流，此时将有以下结果：

15、

16、其中δ-为直驱风机网侧逆变器负序电压功角，即逆变器输出负序电压与电网负序电压之间的夹角；

17、此时将直流电压分解为波动分量udcδ与平均分量udc*：

18、

19、平均分量表达式与平衡工况下波动分量表达式的一致性，利用平均分量udc*映射频率有：

20、

21、优选地，步骤2具体包括：

22、步骤2.1：结合直驱风机功率功角关系、功角及电压边界、过电流限制与并网导则无功需求，可以将网侧逆变器输出电压参考值ugref转化为正序电压参考值如(8)式所示：

23、

24、式中δg+可结合无功支撑需求由(9)式求出，即此时无功功率平均分量中仅含正序无功，且波动功率分量qgc因负序电流为0而消除，以利好正序电压恢复并减小功率波动；

25、

26、步骤2.2：通过功角暂态稳定性和并网稳态过电流限制，求出网侧逆变器输出正序功角δ+与输出正序电压的边界，由此结合并网导则及网侧逆变器正序功角、正序电压的控制可以得到此时机侧整流器有功功率参考值如下：

27、

28、(10)式中pmref表示机侧整流器有功功率参考值；式中δg+由(9)式求出；基于机侧整流器有功功率参考值对不平衡工况下机侧整流器进行故障穿越控制。

29、本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：本发明首先分析惯性同步控制直驱在不平衡工况下的工作特性，结合过电流限制与功角稳定的故障穿越需求，引入负序电压前馈消除并网负序电流，通过直流电压平均分量映射电网频率，进而合理调控网侧逆变器输出正序功角以及电压的大小，在限制并网过电流以及提供所需无功支撑的同时输出所对应的最大正序有功功率，解决了传统故障穿越控制策略在不对称故障期间失效的问题。

技术特征：

1.一种构网型直驱风机不对称故障穿越控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的构网型直驱风机不对称故障穿越控制方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

3.根据权利要求1所述的构网型直驱风机不对称故障穿越控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

技术总结
本申请公开了一种构网型直驱风机不对称故障穿越控制方法。该方法包括分析惯性同步控制直驱在不平衡工况下的工作特性，结合过电流限制与功角稳定的故障穿越需求，引入负序电压前馈消除并网负序电流，通过直流电压平均分量映射电网频率，进而合理调控网侧逆变器输出正序功角以及电压的大小，在限制并网过电流以及提供所需无功支撑的同时输出所对应的最大正序有功功率，解决了传统故障穿越控制策略在不对称故障期间失效的问题。

技术研发人员：万子镜,田震,查晓明,孙鹏飞,黄萌,胡宇飞,江克证,张静怡
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16