專利名稱：一種電網(wǎng)對稱短路故障時含飛輪儲能單元的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運行控制領(lǐng)域，特別是涉及一種電網(wǎng)對稱短路故障時含飛輪儲能單元的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法。
背景技術(shù)：
隨著大功率電力電子器件和永磁材料成本的不斷下降，兆瓦級多極低速無刷永磁同步發(fā)電機已逐步進(jìn)入工程應(yīng)用領(lǐng)域，由于電力系統(tǒng)中風(fēng)電機組發(fā)電容量的不斷擴大，為保證電力系統(tǒng)運行可靠性以及穩(wěn)定性，電網(wǎng)要求風(fēng)電機組應(yīng)具備低電壓穿越能力，即要求當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組等風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仍能并網(wǎng)運行，并向電網(wǎng)提供無功支撐。否則電網(wǎng)故障過程中發(fā)電系統(tǒng)直流鏈電壓將急劇上升，會損壞并網(wǎng)變流器， 使發(fā)電系統(tǒng)以及所并電網(wǎng)的運行可靠性和穩(wěn)定性受到影響。目前國內(nèi)已有學(xué)者就如何增強永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組低電壓穿越性能進(jìn)行了研究，已公開下列文獻(xiàn)(1)大功率直驅(qū)風(fēng)電變流器低電壓穿越電路.中國發(fā)明專利，申請?zhí)?201020569904. 3(2) 一種全功率風(fēng)機變流器低電壓穿越的協(xié)同控制方法和系統(tǒng).中國發(fā)明專利， 申請?zhí)?201010601121. 3(3)應(yīng)用超級電容提高風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越能力.電機與控制學(xué)報，2010，14 (5) 26-31.(4)儲能型直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng).電力系統(tǒng)保護與控制，2010， 38(14) :43-48.文獻(xiàn)(1)、文獻(xiàn)(2)通過在發(fā)電系統(tǒng)直流側(cè)安裝卸荷負(fù)載，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生對稱短路故障時投入卸荷電路，吸收電機側(cè)變換器輸出功率，穩(wěn)定控制發(fā)電系統(tǒng)直流鏈電壓，保證永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組不脫網(wǎng)運行。采用上述技術(shù)手段的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組雖具備低電壓穿越功能，但由于增加了新的硬件保護裝置，也增加系統(tǒng)安裝以及散熱設(shè)計難度，另一方面，由于電網(wǎng)故障時電機側(cè)變換器輸出功率被卸荷電路消耗，這將降低永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)能利用率，同時其無法在電網(wǎng)故障期間向電網(wǎng)提供一定的無功支撐，這將無法滿足新的電網(wǎng)運行導(dǎo)則需要。文獻(xiàn)(3)、文獻(xiàn)(4)將蓄電池和超級電容引入永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，利用其作為儲能裝置吸收電機側(cè)變換器輸出功率，維持直流鏈電壓穩(wěn)定。但蓄電池充放電次數(shù)有限，造成其使用壽命短，增大了系統(tǒng)運行成本。另一方面，考慮到超級電容耐壓較低，不適宜在風(fēng)電系統(tǒng)等高電壓等級場合可靠應(yīng)用。因此應(yīng)考慮采用適宜于大容量風(fēng)電場工程應(yīng)用的儲能
直ο

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種電網(wǎng)對稱短路故障時含飛輪儲能單元的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法。本方法在實現(xiàn)故障過程中直流鏈電壓穩(wěn)定控制的同時，可實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)提供無功功率支撐，有效提高電網(wǎng)故障過程中發(fā)電系統(tǒng)以及所并電網(wǎng)的運行可靠性和穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種電網(wǎng)對稱短路故障時含飛輪儲能單元的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于，本控制方法同時包含對電機側(cè)變換器的控制、電網(wǎng)側(cè)變換器的控制以及飛輪電機側(cè)變換器的控制，各變換器的控制分別為(A)、電機側(cè)變換器的控制步驟為(Al)、首先采集永磁同步發(fā)電機的定子電流信號利用電流霍爾傳感器采集永磁同步發(fā)電機的兩相定子電流信號isa，isb ；(A2)、檢測永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子位置信號，計算其電角速度和電角度利用轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測得到永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子位置θ sl及轉(zhuǎn)速COsl，并根據(jù)θ 31及COsl計算得到永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子電角速度= PsCOsl及永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子電角度θ S = Ps θ Sl ; 其中Ps為電機的極對數(shù)；(A3)、根據(jù)采集得到的永磁同步發(fā)電機定子電流信號isa，isb，利用等式is。 =算得到C相定子電流信號is。；利用坐標(biāo)變換公式將三相定子電流信號isa，isb， isc投影至根據(jù)永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁場方向定向的兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)軸系，可得到兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)軸系下的永磁同步發(fā)電機定子電流isd，isq ；(A4)、當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時，電機側(cè)變換器采用功率-電流雙閉環(huán)控制方式，永磁同步發(fā)電機d軸電流給定/!d以及q軸電流給定i;為:
權(quán)利要求
1. 一種電網(wǎng)對稱短路故障時含飛輪儲能單元的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于，本控制方法同時包含對電機側(cè)變換器的控制、電網(wǎng)側(cè)變換器的控制以及飛輪電機側(cè)變換器的控制，各變換器的控制分別為 (A)、電機側(cè)變換器的控制步驟為(Al)、首先采集永磁同步發(fā)電機的定子電流信號利用電流霍爾傳感器采集永磁同步發(fā)電機的兩相定子電流信號isa，isb ；(A2)、檢測永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子位置信號，計算其電角速度和電角度利用轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測得到永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子位置9sl及轉(zhuǎn)速ω3 ，并根據(jù)Qsl及ω3 計算得到永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子電角速度= Pscosl及永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子電角度θ s = Ps θ sl ;其中PS為電機的極對數(shù)；(A3)、根據(jù)采集得到的永磁同步發(fā)電機定子電流信號isa，isb，利用等式is。= 算得到C相定子電流信號is。；利用坐標(biāo)變換公式將三相定子電流信號isa，isb，isc投影至根據(jù)永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁場方向定向的兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)軸系，可得到兩相同步旋轉(zhuǎn) dq坐標(biāo)軸系下的永磁同步發(fā)電機定子電流isd，isq ；(A4)、當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時，電機側(cè)變換器采用功率-電流雙閉環(huán)控制方式，永磁同步發(fā)電機d軸電流給定/!d以及q軸電流給定C1為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于 步驟(B6)完成即為步驟(A6)所述的直流鏈電壓恢復(fù)為正常值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電網(wǎng)對稱短路故障時含飛輪儲能單元的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，本控制方法同時包含對電機側(cè)變換器的控制、電網(wǎng)側(cè)變換器的控制以及飛輪電機側(cè)變換器的控制。本方法在實現(xiàn)故障過程中直流鏈電壓穩(wěn)定控制的同時，可實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)提供無功功率支撐，有效提高電網(wǎng)故障過程中發(fā)電系統(tǒng)以及所并電網(wǎng)的運行可靠性和穩(wěn)定性。
文檔編號H02P9/14GK102437811SQ20111028855
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者夏先鋒, 姚駿, 廖勇, 熊倩, 陳西寅 申請人:重慶大學(xué)