一种电网永磁直驱式风电系统变流器控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电技术领域，具体应用于永磁直驱式风力发电系统，主要解决 在电网故障情况下风力发电系统中变流器控制。
【背景技术】
[0002] 随着风电穿透功率的不断增加，风电机组和电网之间的相互作用也愈强，当电网 发生电压跌落故障时，从电力系统稳定的角度考虑，要求风电机组在一定范围内不脱网运 行。永磁直驱式同步风力发电机组采用全功率并网变换器与电网连接，实现了电网与发电 机之间的隔离，应对电网故障的能量更强，省去了齿轮箱机构，简化了风电机组的传动链系 统，整体效率大大提高，因而得到了广泛应用。永磁直驱式同步发电系统采用全功率并网变 换器实现并网发电，并网变换器直流侧电压稳定是保证机组可靠运行的关键，电网电压故 障发生深度跌落后，网侧变换器输出功率收到限制，造成机侧和网侧两端功率不平衡，要通 过有效的办法解决产生的功率差。有鉴于此，提出一种电网故障情况下永磁直驱式风电系 统变流器控制方法，机侧变换器采用基于电压跌落因子的控制策略，该策略保证了直流侧 电容两侧的功率基本相等，在实现电网侧变换器交流侧不过流的同时，直流侧电压将被控 制在一个安全范围内。网侧变换器采用可调电压外环控制策略，能够以较小的直流侧电压 波动为代价实现网侧有功功率平滑输出。通过实施综合的控制策略，能够适应各种电网故 障，故障中均能对电网提供一定的无功支持，提高了风电机组的故障穿越运行能力。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的在于提供一种电网故障情况下永磁直驱式风电系统变流器控 制方法，一种电网永磁直驱式风电系统变流器控制方法，机侧变换器采用基于电压跌落因 子的控制策略，网侧变换器采用可调电压外环控制策略，该策略保证直流侧电压将被控制 在一个安全范围内，实现网侧有功功率平滑输出，提高风电机组的故障穿越运行能力。
[0004] 一种电网永磁直驱式风电系统变流器控制方法，电网永磁直驱式风电系统包括风 力机--将风能转化为机械能、永磁直驱式同步发电机--将机械能转化为电能输出；机 侧和网侧变换器一一实现风力发电机输出功率和电网交互；机侧变换器控制一一通过基于 电压跌落因子的策略实现机侧变换器控制；网侧变换器控制一一通过采用可调电压外环控 制策略实现网侧变换器控制；该系统机侧变换器和网侧变换器采用不同的控制策略。
[0005] 机侧变换器采用基于电压跌落因子的控制策略，当发生电压跌落故障时，通过有 功功率和跌落因子相乘，得到转速参考信号，和实际测得的转速比较，将其偏差送入转速PI 调节器，再通过电流内环控制，经坐标变换后得到机侧变换器的PWM控制信号，有效的调节 了机侧变换器输入到直流侧的有功功率，使其等于网侧变换器馈入到电网的有功功率；
[0006] 网侧变换器采用可调电压外环控制策略；首先进行故障判断，当电网无故障时，按 照常规电压PI调节器一运行；当电网出现电网电压跌落故障时，按照电压稳定原则选取 PID调节器参数，此时按照电压PI调节器二运行，电压PI调节器选择通过信号切换功能实 现。在电网出现电压跌落故障时，系统中叠加了
【主权项】
1. 一种电网永磁直驱式风电系统变流器控制方法，电网永磁直驱式风电系统包括风力 机--将风能转化为机械能、永磁直驱式同步发电机--将机械能转化为电能输出；机侧 和网侧变换器一一实现风力发电机输出功率和电网交互；机侧变换器控制一一通过基于电 压跌落因子的策略实现机侧变换器控制；网侧变换器控制一一通过采用可调电压外环控制 策略实现网侧变换器控制；其特征在于：该系统机侧变换器和网侧变换器采用不同的控制 策略； 机侧变换器采用基于电压跌落因子的控制策略，当发生电压跌落故障时，通过有功功 率和跌落因子相乘，得到转速参考信号，和实际测得的转速比较，将其偏差送入转速PI调 节器，再通过电流内环控制，经坐标变换后得到机侧变换器的PWM控制信号，有效的调节了 机侧变换器输入到直流侧的有功功率，使其等于网侧变换器馈入到电网的有功功率； 网侧变换器采用可调电压外环控制策略；首先进行故障判断，当电网无故障时，按照常 规电压PI调节器一运行；当电网出现电网电压跌落故障时，按照电压稳定原则选取PID调 节器参数，此时按照电压PI调节器二运行，电压PI调节器选择通过信号切换功能实现；在 电网出现电压跌落故障时，系统中叠加了
-电流前馈分量，用以保证直流侧电压稳 定，该信号和电容电流一起构成网侧变换器电流参考信号ξ，取馈入电网的有功功率参考 值为 < =~乂； 网侧变换器采用可调电压外环控制策略；当电网无故障时，按照常规电压PI调节器一 运行，当电网出现电网电压跌落故障时，按照电压稳定选取PID调节器参数，此时按照电压 PI调节器二运行，系统中叠加了电流前馈，用以保证直流侧电压稳定；具体分析如下：
共屮fc、Fs乃且孤WJ邪;AyjA电机Am仴屻屻竿，Ude为直流侧电压，U sd、isd为永磁同 步发电机定子直轴电压和电流分量，usq、isq为永磁同步发电机定子交轴电压和电流分量，i g 为网侧变换器电流，取馈入电网的有功功率参考值为< =?乂。
【专利摘要】本发明公开一种电网永磁直驱式风电系统变流器控制方法，该系统由风力机、永磁直驱式同步发电机、机侧和网侧变换器、PWM控制信号产生装置、机侧和网侧变换器控制模块等构成。提出一种电网故障情况下永磁直驱式风电系统变流器控制方法，机侧变换器采用基于电压跌落因子的控制策略，通过有功功率信号和电压跌落因子相互融合，保证了直流侧电容两侧的功率基本相等，在实现电网侧变换器交流侧不过流的同时，直流侧电压将被控制在一个安全范围内，实现了功率平稳交互。网侧变换器采用可调电压外环控制策略，在故障和非故障状态下采用不同的PI调节器参数，能够适应各种电网故障，在故障状态下能对电网提供一定的无功支持，提高风电机组的故障穿越运行能力。
【IPC分类】H02J3-38
【公开号】CN104682444
【申请号】CN201510144554
【发明人】张元敏, 王武, 罗书克
【申请人】许昌学院
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月31日