电网电压跌落故障下风电系统无功功率综合优化控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电系统无功功率综合优化技术，具体涉及一种电网电压跌落故障下 风电系统无功功率综合优化控制方法。
【背景技术】
[0002] 风电场并网点电压跌落时，风电场低电压穿越能力指标要求风电机组在不脱网安 全运行的同时需向并网点提供无功支撑以恢复其电压。传统的控制方法采用不同的电容器 组和静态功率转换装置（例如SVC装置，TSC装置，静止同步补偿器），或者利用电机自身的 无功补偿特性（例如双馈型感应电机）来实现无功补偿，但是上述方式所能提供的无功功 率有限，且成本高；采用在直流侧增加卸荷电路只适用于短时的电压跌落不能满足在电网 电压跌落深度较大持续时间较长时的低电压穿越要求；增加网侧附加无功补偿控制装置响 应速度慢难以满足在深度跌落时电网运行要求。
【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，提供一种电网电压跌落故 障下可采用网侧逆变器静止无功补偿模式和静止同步补偿器共同提供无功补偿，能够稳定 并网公共连接点电压、增强风力发电系统低电压穿越能力、响应速度快的电网电压跌落故 障下风电系统无功功率综合优化控制方法。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0005] -种电网电压跌落故障下风电系统无功功率综合优化控制方法，步骤包括：
[0006] 1)实时读取电网电压实时监控设备提供的电网电压数据；
[0007] 2)判断风电机组自身是否有无功电流需求，如果有无功电流需求则跳转执行步骤 3)，否则跳转执行步骤1);
[0008] 3)通过静止同步补偿器为电网系统提供无功补偿；
[0009] 4)计算电网电压Up。。与预设的参考电压U p^rf之间的电压偏差值AU，判断电压偏 差值A U大于第一预设阈值14@是否成立，如果成立则启动网侧变流器的静态无功补偿模 式，使得网侧变流器和静止同步补偿器同步为电网系统提供无功补偿。
[0010] 优选地，所述步骤3)的详细步骤包括：
[0011] 3. 1)判断电压偏差值AU小于第二预设阈值Uraf2是否成立，如果成立，则跳转执 行步骤3. 2)，否则跳转执行步骤3. 3);
[0012] 3. 2)通过静止同步补偿器为电网系统提供轻度无功补偿，退出；
[0013] 3. 3)通过静止同步补偿器为电网系统提供重度无功补偿。
[0014] 优选地，所述步骤3. 2)通过静止同步补偿器为电网系统提供轻度无功补偿的步 骤包括：
[0015] 3. 2. 1)将风力发电机并网点后的电网线电流ia、ib、经过坐标变换由三相变为 旋转坐标系下的两相值，得到旋转坐标系下的电网线电流a轴分量iga、电网线电流0轴 分量风力发电机并网点后的电网线电压U a、Ub、U。经过坐标变换由三相变为旋转坐 标系下的两相值，得到旋转坐标系下的电网线电压a轴分量ega、电网线电压0轴分量 egP;将旋转坐标系下的电网线电压a轴分量e ga、电网线电压P轴分量egP;通过滤波器 进行正负序分解得到旋转坐标系下的负序电网电压a轴分量和负序电网电压0轴分 量根据旋转坐标系下的电网线电流a轴分量iga、电网线电流0轴分量igP电网线电 压a轴分量e ga、电网线电压P轴分量egP、负序电网电压a轴分量和负序电网电压 0轴分量计算有功功率参考值Pg_f、电网无功功率％和电网有功功率P g;将有功功率 参考值PgaraJP电网有功功率P ,之间的差值进行PI调节，得到q轴电压参考值V gq;
[0016] 3. 2. 2)将电压偏差值AU通过设定的非线性目标值K进行放大，将放大后的电压 偏差值进行PI调节，得到无功功率参考值Qgraf;将无功功率参考值Q graf和电网无功功率Q g 之间的差值进行PI调节，得到d轴电压参考值vgd;
[0017] 3. 2. 3)将风力发电机并网点后的电网线电压经过坐标变换由三相变为旋转坐标 系下的两相值，得到旋转坐标系下的电网线电压，将旋转坐标系下的电网线电压经滤波器 进行正负序坐标分解得到正序电网电压，将正序电网电压经过锁相环得到正序坐标分量下 为网侧变流器、交流侧电压与接入点电压相角差# ;
[0018] 3. 2. 4)根据得到电压相角差<、d轴电压参考值vgd、q轴电压参考值Vgq的计算 旋转的直轴电压V ga和旋转的交轴电压V g{!;
[0019] 3. 2. 5)根据旋转的直轴电压vga和旋转的交轴电压V g{!生成SVPffM调制信号，通 过SVPffM调制信号控制静止同步补偿器中的逆变器为电网系统提供轻度无功补偿。
[0020] 优选地，所述步骤3. 2. 2)中设定的非线性目标值K的取值区间为[1，10]。
[0021] 优选地，所述步骤3. 3)通过静止同步补偿器为电网系统提供重度无功补偿的步 骤包括：
[0022] 3. 3. 1)将风力发电机并网点后的电网线电流ia、ib、经过坐标变换由三相变为 旋转坐标系下的两相值，得到旋转坐标系下的电网线电流a轴分量i ga、电网线电流0轴 分量风力发电机并网点后的电网线电压U a、Ub、U。经过坐标变换由三相变为旋转坐 标系下的两相值，得到旋转坐标系下的电网线电压a轴分量e ga、电网线电压0轴分量 egP;将旋转坐标系下的电网线电压a轴分量ega、电网线电压P轴分量e gP;通过滤波器 进行正负序分解得到旋转坐标系下的负序电网电压a轴分量<?和负序电网电压0轴分 量根据旋转坐标系下的电网线电流a轴分量iga、电网线电流0轴分量i#电网线电 压a轴分量ega、电网线电压P轴分量e gP、负序电网电压a轴分量《和负序电网电压 P轴分量计算有功功率参考值Pg_f、电网无功功率％和电网有功功率P g;将有功功率 参考值PgaraJP电网有功功率P ,之间的差值进行PI调节，得到q轴电压参考值V gq;
[0023] 3. 3. 2)将有功功率参考值Pgal^P电网有功功率P之间的差值输入比例积分谐振 控制器，得到静止的交轴电压v gq;
[0024] 3. 3. 3)将无功功率参考值Qgdl^P电网无功功率Q ^间的差值输入比例积分谐振 控制器，得到静止的直轴电压Vgd;
[0025] 3. 3. 4)将风力发电机并网点后的电网线电压经过坐标变换由三相变为旋转坐标 系下的两相值，得到旋转坐标系下的电网线电压，将旋转坐标系下的电网线电压经滤波器 进行正负序坐标分解得到正序电网电压，将正序电网电压经过锁相环得到正序坐标分量下 为网侧变流器、交流侧电压与接入点电压相角差< :
[0026] 3. 3. 5)根据得到电压相角差.<、d轴电压参考值vgd、q轴电压参考值Vgq的计算 旋转的直轴电压V ga和旋转的交轴电压V g{!;
[0027] 3. 3. 6)根据旋转的直轴电压vga和旋转的交轴电压V g{!生成SVPffM调制信号，通 过SVPffM调制信号控制静止同步补偿器中的逆变器为电网系统提供轻度无功补偿。
[0028] 优选地，所述比例积分谐振控制器的传递函数的函数表达式如式（4)所示；
[0030] 式⑷中，Y(S)为比例积分谐振控制器的输出，s为比例积分谐振控制器的输入， Kp为比例积分谐振控制器的放大系数，《。为截止频率，《为同步旋转坐标系下角速度，Ic 1 和Ic11分别为积分器积分系数。
[0031] 优选地，所述计算有功功率参考值Pgaraf的函数表达式如式（5)所示；
[0033] 式（5)中，Pgaraf为有功功率参