采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力的控制方法
【专利说明】采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力的控制方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于风力发电运行控制领域，具体涉及一种采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力的控制方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]双馈风电机组由于定子直接联网，使其易受电网电压扰动的影响，目前风电并网标准只强调了风电机组的故障穿越能力，而对小值电网电压骤降、低、高电压耐受方面的要求不足，事实证明，这些方面同样对双馈风电机组的连续运行产生较大影响。
[0005]在小值电网电压跌落方面，一般采用主动灭磁、暂态电压前馈、虚拟阻抗等控制手段来抑制双馈机组转子电流、母线过电压，从而保证机组不进入故障穿越状态，但这种控制策略需要转子变流器能提供足够高的电压才能实现，实际情况很难满足。
[0006]在高、低电压耐受方面，一般的要求是在-10%?10%之间可以正常运行，对更低、或更高电压情况下的运行能力没有具体要求。对于双馈风电机组，经简单分析可知，高电压下变流器输出电压不足导致功率难以馈入电网；低电压下变流器易产生过流，同时，机/网变流器容量不均衡还会导致母线电压升高，触发保护动作，通过变速-变桨的方式进行主动减载是缓解低电压过载的一种方法。在电网电压小值跌落情况下，目前多采用控制策略抑制转子过电流，这种方法需要转子变流器能够提供足够的电压，并且控制模型需要足够精确才能体现出效果，这在实际中是很难实现的。
[0007]在高、低电压耐受方面，目前还没有兼顾两者、较为完善的技术，针对低电压情况，虽然通过变桨-变速进行主动减载理论上可以防止变流器过载，但考虑电压波动是频繁事件，这种气动减载方案无疑增大了机组载荷，影响其使用寿命。
[0008]现有的一种基于超级电容器和蓄电池混合储能的双馈风力发电机励磁系统，该系统通过控制双馈电机的转子励磁，从而达到控制双馈电机定子侧输出的功率的特性，该方案的不足之处是励磁控制算法本身非常复杂，实现难度大、成本高昂，且风机故障期间由于转子侧变流器的短时切出特性，无法完成对机组的有效控制。
[0009]另外还有一种采用超级电容实现风电机组低电压穿越能力的装置。该方案中超级电容主要针对风电场故障期间低电压穿越所采用，无法根据调度指令完成正常运行期间的功率调节。此外，该方案需要在风电场中专门设置低电压穿越控制系统，存在实施投入较多，占用场地较大等问题，未给出相应的运行控制策略。
[0010]因此，需要提供一种采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力的控制方法，以解决直流母线暂态不稳定，机组间断运行的问题。
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【发明内容】
[0012]针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力的控制方法来能够保证直流母线暂态稳定，保证机组不间断运行。
[0013]采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力的控制方法，所述控制方法具体为:SI，在采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力的控制系统中装入超级电容，所述系统包含依次连接的风轮、齿轮箱、发电机、变流器和crowbar保护，还包括与电网连接的箱变，所述超级电容加装在所述变流器的直流母线上，所述超级电容通过DC-DC变换器与风机变流器的直流母线相连；
S2，对加入所述超级电容的储能系统和所述变流器进行集成系统协调控制:检测电网电压是否发生故障；电网电压故障后检测直流母线电压是否超过限制；电网电压标志位置为“异常”；集成系统协调控制按“异常”进行控制;检测电网电压是否恢复到合理范围；电网电压标志位置为“正常”；集成系统协调控制按“正常”进行控制；回到检测电网电压是否发生故障的步骤上。
[0014]优选地，所述集成系统协调控制的控制对象包括双馈风电机组网侧变换器和超级电容储能系统。
[0015]优选地，所述双馈风电机组网侧变换器的控制为:根据电网电压标志位网侧变流器根据电网电压标志位，包括“正常工况”和“异常工况”两个模式；当电网电压水平在允许范围内时，网侧变流器控制直流母线恒定，此时为“有功优先控制”模式，同时可以提供一定的无功/电压辅助控制；当电网电压异常时，网侧变流器进行策略切换，不再控制母线电压，此时为“无功优先控制”模式，根据高、低电压情况选择“欠励”和“过励”运行模式，具体为，
在电网出现高电压时，网侧变流器主动进入欠励状态，在满足视在容量约束下，注入一定的有功功率；
在电网出现低电压时，网侧变流器主动进入过励状态，支撑电网电压，在满足视在容量约束下，注入一定的有功功率。
[0016]优选地，所述超级电容的储能装置控制策略主要有两部分组成:b00st控制和buck控制，所述boost控制为直流母线电压控制，所述buck控制为超级电容电压控制，当检测到直流母线超过“设定值I”时,boost模式启动，否则buck模式工作。
[0017]本发明的技术方案具有以下有益效果:
本发明提供的一种采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力的控制方法，可用于提升双馈风电机组的故障运行能力，该方案整体解决了双馈风电机组抵御电网电压小值暂态扰动、高/低电压下的连续运行问题，基本不改变风电机组原有控制策略，控制结构、算法简单可靠，效果好，不会对风电机组其它部件的运行和使用寿命产生影响。
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【附图说明】
[0019]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0020]图1是本发明采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力控制系统的硬件结构示意图；
图2是图1中的加了超级电容的储能系统的结构示意图；
图3是本发明采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力控制方法的集成系统协调控制流程图；
图4是图3中的网侧变流器的控制模式图；
图5是图3中的超级电容的控制模式图。
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【具体实施方式】
[0022]为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。
[0023]下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
[0024]本发明实施例提供一种采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力的控制方法，结合图1-图5，图1是本发明采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力控制系统的硬件结构示意图，为加装超级电容后的双馈风电机组主电路系统硬件结构图，包含风轮、齿轮箱、发电机、变流器、crowbar保护以及箱变。
[0025]—种采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力的控制方法来能够保证直流母线暂态稳定，保证机组不间断运行。
[0026]采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力的控制方法，所述控制方法具体为:SI，在采用超级电容提升风电机组异常电压耐受能力的控制系统中装入超级电容，所述系统包含依次连接的风轮、齿轮箱、发电机、变流器和crowbar保护，还包括与电网连接的箱变，所述超级电容加装在所述变流器的直流母线上，所述超级电容通过DC-