一種改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的系統(tǒng)及方法，其系統(tǒng)包括儲(chǔ)能裝置以及儲(chǔ)能控制器；風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處電壓輸出端作為儲(chǔ)能控制器的輸入端；儲(chǔ)能裝置的輸入端連接儲(chǔ)能控制器輸出端；儲(chǔ)能裝置的輸出端用于連接電網(wǎng)側(cè)的匯集母線；當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)外送功率線路上發(fā)生故障時(shí)，儲(chǔ)能控制器根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處的電壓，計(jì)算獲取需要儲(chǔ)能裝置需提供的有功功率值，并控制儲(chǔ)能裝置對(duì)匯集母線處的電壓頻率偏差進(jìn)行處理，輸出相應(yīng)的有功功率；進(jìn)而控制風(fēng)電場(chǎng)和儲(chǔ)能裝置注入?yún)R集母線處的電流特性，保證注入電流的有功分量與無(wú)功分量之比的反正切值與匯集母線到故障點(diǎn)處線路阻抗角一致，維持風(fēng)電場(chǎng)的頻率穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】
-種改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng) 注入電流特性的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)在風(fēng)能資源豐富地區(qū)安置了大量小容量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)升壓 變壓器及輸電線路連接到匯集母線上，共同組成風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)輸電線路并入外部電 網(wǎng)，將風(fēng)電資源輸送到負(fù)荷中屯、。
[0003] 風(fēng)電場(chǎng)必須在系統(tǒng)發(fā)生電壓跌落期間向外部電網(wǎng)注入足夠的無(wú)功電流，起到無(wú)功 支撐作用。在低電壓故障期間，外部電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的支撐作用較弱，風(fēng)電場(chǎng)外送系統(tǒng)是一個(gè) 幾乎獨(dú)立的孤島系統(tǒng)，風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性對(duì)風(fēng)電場(chǎng)自身的頻率穩(wěn)定性存在影響作用;注 入電流特性是指電流無(wú)功分量與有功分量的比值，在低電壓故障期間，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)注入外部 電網(wǎng)的電流有功分量與無(wú)功分量比值的反正切值大于風(fēng)電場(chǎng)注入電流點(diǎn)到故障點(diǎn)的線 路阻抗角02時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)的頻率不斷降低，風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生頻率失穩(wěn);而當(dāng)01<02時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)的頻率 不斷上升；只有當(dāng)01 = 02時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)頻率才能維持穩(wěn)定。但是在低電壓故障期間，風(fēng)電場(chǎng)的低 電壓穿越能力使得風(fēng)電場(chǎng)必須向外部電網(wǎng)注入足夠的無(wú)功電流，運(yùn)將導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)可W注入 外部電網(wǎng)的有功電流非常小，無(wú)法滿足01 = 02;在風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越期間，為了保證風(fēng)電場(chǎng) 低電壓穿越的能力，風(fēng)電場(chǎng)可能出現(xiàn)頻率失穩(wěn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種改善低電壓穿越期間風(fēng) 電場(chǎng)注入電流特性的系統(tǒng)及方法，解決低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)頻率失穩(wěn)的技術(shù)問(wèn)題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種改善低電壓穿越期間風(fēng)電 場(chǎng)注入電流特性的系統(tǒng)，包括儲(chǔ)能裝置W及儲(chǔ)能控制器；
[0006] W風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處電壓輸出端作為儲(chǔ)能控制器的輸入端;儲(chǔ)能裝置的輸 入端連接儲(chǔ)能控制器輸出端;儲(chǔ)能裝置的輸出端用于連接電網(wǎng)側(cè)的匯集母線；
[0007] 當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)外送功率的線路上發(fā)生故障時(shí)，儲(chǔ)能控制器根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線 處的電壓，計(jì)算獲取儲(chǔ)能裝置需提供的有功功率值，并控制儲(chǔ)能裝置輸出相應(yīng)的有功功率； 進(jìn)而控制風(fēng)電場(chǎng)和儲(chǔ)能裝置注入?yún)R集母線處的電流特性，使得注入電流的有功分量與無(wú)功 分量之比的反正切值與匯集母線到故障點(diǎn)處線路阻抗角一致，在故障時(shí)維持風(fēng)電場(chǎng)的頻率 穩(wěn)定。
[000引優(yōu)選地，上述改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的系統(tǒng)，其儲(chǔ)能控制器包 括依次連接的鎖相環(huán)模塊、死區(qū)模塊、比例積分模塊、電流限幅模塊W及功率限幅模塊；
[0009] 其中，鎖相環(huán)模塊用于對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處的電壓進(jìn)行鎖相處理，獲得鎖 相環(huán)角速度偏差；
[0010] 死區(qū)模塊用于根據(jù)鎖相環(huán)角速度偏差設(shè)置死區(qū)；
[0011] 比例積分模塊用于對(duì)上述死區(qū)輸出進(jìn)行比例積分處理，獲取儲(chǔ)能裝置的輸出有功 電流指令值I'E;
[0012] 電流限幅模塊用于根據(jù)上述輸出有功電流指令值I'E對(duì)儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流 進(jìn)行限幅，確定儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流Ie值；
[0013] 功率限幅模塊用于根據(jù)上述輸出有功電流指令值I'E，對(duì)儲(chǔ)能裝置的輸出有功電 流進(jìn)行限幅，確定儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流Ie值；
[0014] 儲(chǔ)能裝置根據(jù)上述輸出有功電流Ie值，輸出維持風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定所需的有功功 率。
[0015] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，基于上述改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng) 注入電流特性的系統(tǒng)，提供了一種改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的方法，
[0016] (1)在容量為Swind的風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處設(shè)置容量SNess=10%Swind的儲(chǔ)能裝 置；
[0017] (2化低電壓穿越期間，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處電壓Um,進(jìn)行鎖相、設(shè)置死 區(qū)、限幅，W及比例積分處理，獲取輸出有功電流值；
[0018] 根據(jù)所述輸出有功電流值W及儲(chǔ)能裝置電壓，獲取儲(chǔ)能裝置的輸出有功功率指 令;在該輸出有功功率指令的作用下，儲(chǔ)能裝置提供維持風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定所需的有功功率 值。
[0019] 優(yōu)選地，上述改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的方法，其步驟(2)包括W 下子步驟：
[0020] (2-1)采用鎖相環(huán)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處的電壓Um進(jìn)行鎖相處理，獲取鎖相 環(huán)角速度偏差W d二化fd ;
[0021 ]鎖相環(huán)角速度偏差O d是指鎖相環(huán)檢測(cè)角速度《與額定角速度《 n的偏差，其中，fd 是指鎖相環(huán)檢測(cè)頻率與額定頻率的偏差；
[0022] (2-2)根據(jù)鎖相環(huán)角速度偏差COdW及死區(qū)頻率fe，
[002引環(huán)畳死區(qū)輸化量
[0024] (2-3)根據(jù)比例積 獲取比例積分參數(shù)Kpo和Kio;根據(jù) 比例積分參數(shù)Kpo和Kio對(duì)死區(qū)輸出量進(jìn)斤比例積分處理，獲取儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流指 令值I 'E;
[0025] 其中，Kpo是比例放大倍數(shù)，Kio是積分放大倍數(shù)，1/s是指拉普拉斯算子，表示對(duì)比 例積分模塊輸入量的積分；
[0026] (2-4)根據(jù)上述的輸出有功電流指令值I'E，對(duì)儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流進(jìn)行限 幅，確定儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流Ie;
[0027] (2-5)根據(jù)上述儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流Ie, W及儲(chǔ)能裝置電壓化，獲取儲(chǔ)能裝置 的輸出有功功率指令扣。
[0028] 優(yōu)選地，上述改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的方法，其儲(chǔ)能裝置的輸 出有功功率指令
[0029] 其中，Sess為儲(chǔ)能裝置的額定容量的標(biāo)么值；
[0030] 當(dāng)-Sess<^*lE<Sess時(shí)，儲(chǔ)能裝置的輸出有功功率指令Pe =化*Ie;
[0031] 當(dāng)怖*lE>Sess時(shí)，儲(chǔ)能裝置的輸出有功功率指令扣= Sess;
[00創(chuàng)當(dāng)化*IE<-Sess時(shí)，功率限幅模塊輸出量扣= -Sess;由此，通過(guò)功率限幅，W保證儲(chǔ) 能裝置的正常運(yùn)行。
[0033] 優(yōu)選地，上述改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的方法，其輸出有功電流
[0034] 其中，In為儲(chǔ)能裝置的額定電流的標(biāo)么值。
[0035] 通過(guò)限幅，使得儲(chǔ)能裝置輸出的有功電流指令的最大值Ie "ax=lN，最小值Ie "in = - In;
[0036] 當(dāng)Ie min<I，E<lE maJ寸，電流限幅模塊輸出量Ie = Te;
[0037] 當(dāng)I'e>Ie maJ寸，電流限幅模塊輸出量Ie=Ie max;
[003引當(dāng)Ie min>I'E時(shí)，電流限幅模塊輸出量Ie=Ie min;電流限幅保證儲(chǔ)能裝置的正常運(yùn) 行。
[0039] 優(yōu)選地，上述改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的方法，其死區(qū)頻率fE為 ±0.2Hz;
[0040] 當(dāng)I Ud I小于0.2Hz時(shí)，死區(qū)輸出量為0;當(dāng)I COd I大于0.2Hz時(shí)，死區(qū)輸出量為非0;由 此設(shè)置死區(qū)，W避免在風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行過(guò)程中儲(chǔ)能裝置反復(fù)動(dòng)作。
[0041] 優(yōu)選地，上述改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的方法，其驟(2-3)包括W 下子步驟：
[0042] (2-3-1)建立儲(chǔ)能控制器的特性方程
[0043]
[0044] 其中，0r是指風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處的電壓Um的實(shí)際相位，0p是指風(fēng)電場(chǎng)的出口 匯集母線處的電壓Um經(jīng)過(guò)鎖相處理后得到的相位；
[0045] U是指風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處的電壓幅值Um的標(biāo)么值，Uq為dq坐標(biāo)系下電壓U的q 軸分量，Kp是指鎖相環(huán)的比例放大倍數(shù)，Ki是指鎖相環(huán)的積分放大倍數(shù)；
[0046] (2-3-2)根據(jù)上述特性方程，對(duì)儲(chǔ)能控制器特性進(jìn)行線性化處理，獲得儲(chǔ)能控制器 的線性狀杰巧間方括：
[0047]
[004引其中，A是增量表示符；?用于表示微分算子;a = u COS(目ro-目PO);
[0049] (2-3-3)根據(jù)上述線性狀態(tài)空間方程W及關(guān)系式
[(K)加 ]
[0051] 獲得實(shí)際相位增量A 0r與鎖相后的相位增量A 0p、鎖相環(huán)角速度偏差Od增量、W 及有功電流增量A Ie的關(guān)系，A 0r= A 0p+b A Od-C A Ie;
[0052] 其中，0z(?d)表示故障點(diǎn)與風(fēng)電場(chǎng)匯集母線之間的線路阻抗角，其值隨著CO d變化 而變化;L、R分別為線路的電感值和電阻值;Ia、Ir分別為風(fēng)電場(chǎng)注入出口匯集母線的有功電 流和無(wú)功電流分量；為儲(chǔ)能裝置和風(fēng)電場(chǎng)注入出口匯集母線的總電流的相位，該相位W 鎖相環(huán)定向的d。A U 玄frft d樹(shù)J At五： >件.
[0化3] 其中
[0054] ?加、13〇擊〇、1￡〇是指《<1、13擊、1￡的穩(wěn)態(tài)值；
[0055] (2-3-4)根據(jù)步驟(2.3.3)獲得的關(guān)系式，消去上述線性狀態(tài)空間方程中的變量A 0r、A?，:獲得僅包含變量A0p、A?d、AIE、A?、Af'，_^,、A}f的狀態(tài)空間方程
[0化 6]其中，1 處=1 -Kpb+KpKpoc，g = Kib-KpKioc;
[0057] (2-3-5)根據(jù)c〉〉bW及KpKpqc〉〉1，簡(jiǎn)化步驟(2-3-4)獲得的狀態(tài)空間方程的系數(shù)矩 陣中各元素的形式，獲得簡(jiǎn)化的狀態(tài)空間方串
[0058] (2-3-6)求解上述簡(jiǎn)化的狀態(tài)空間方程，獲得該簡(jiǎn)化的狀態(tài)空間方程的S個(gè)極點(diǎn)
[0059] (2-3-7)根據(jù)極點(diǎn)
，獲得比例積分模塊的比例系數(shù)Kpq, W及比例積分模 塊的積分系數(shù)Kio;
[0060] (2-3-8)根據(jù)上述的比例系數(shù)Kpo, W及積分系數(shù)Kio,對(duì)死區(qū)輸出量進(jìn)行比例積分 處理，獲得儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流指令值I'E。
[0061] 總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 益效果：
[0062] (1)本發(fā)明提供的改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn) 了在低電壓穿越故障期間維持風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定的作用，通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)匯集母線頻率的反饋 控制，實(shí)現(xiàn)注入外部電網(wǎng)電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)，具有較高的工程實(shí)用價(jià)值；
[0063] 在低電壓穿越故障期間，若匯集母線處頻率低于電網(wǎng)額定頻率，表明注入外部電 網(wǎng)有功電流與無(wú)功電流之比的反正切值目1小于傳輸線路電抗角目2,儲(chǔ)能控制器將得到一個(gè) 正的頻率偏差輸入量;通過(guò)比例積分模塊，儲(chǔ)能控制器輸出增大有功電流的指令，控制儲(chǔ)能 裝置逐漸增大有功電流的輸出，使得整個(gè)風(fēng)電與儲(chǔ)能系統(tǒng)注入外部電網(wǎng)有功電流與無(wú)功電 流之比的反正切值01增大，逐漸與傳輸線路電抗角02維持一致；
[0064] 若匯集母線處頻率高于電網(wǎng)額定頻率，表明注入外部電網(wǎng)有功電流與無(wú)功電流之 比的反正切值01大于傳輸線路電抗角02,儲(chǔ)能控制器將得到一個(gè)負(fù)的頻率偏差輸入量，通 過(guò)比例積分模塊，儲(chǔ)能控制器輸出減小有功電流的指令，控制儲(chǔ)能裝置逐漸減小有功電流 的輸出，使得整個(gè)風(fēng)電與儲(chǔ)能系統(tǒng)注入外部電網(wǎng)有功電流與無(wú)功電流之比的反正切值01減 小，逐漸與傳輸線路電抗角02維持一致，從而維持風(fēng)電場(chǎng)的頻率穩(wěn)定；
[0065] (2)本發(fā)明提供的改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的系統(tǒng)，其儲(chǔ)能控制 器包括鎖相環(huán)模塊、死區(qū)模塊、比例積分控制模塊、電流限幅模塊和功率限幅模塊均易實(shí) 現(xiàn)，且儲(chǔ)能控制器的輸入量風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處電壓Um也易于測(cè)量獲得，使得該系統(tǒng) 及方法具有易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0066] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的方法的流 程示意圖；
[0067] 圖2是實(shí)施例里某風(fēng)電系統(tǒng)的示意圖；
[0068] 圖3是實(shí)施例里儲(chǔ)能控制器的功能示意圖；
[0069] 圖4是實(shí)施例里的鎖相環(huán)功能結(jié)構(gòu)示意圖；
[0070] 圖5是實(shí)施例的風(fēng)電系統(tǒng)在不安裝儲(chǔ)能裝置的情況下，風(fēng)電機(jī)組各各處參數(shù)的波 形圖；（a)是指并網(wǎng)點(diǎn)dq軸電壓波形、（b)是指并網(wǎng)點(diǎn)A相電流波形、（C)是指并網(wǎng)點(diǎn)與=個(gè)機(jī) 組頻率的波形示意圖；
[0071] 圖6是實(shí)施例的風(fēng)電系統(tǒng)在安裝儲(chǔ)能裝置并配備儲(chǔ)能控制器后各處參數(shù)的波形 圖；其中，（a)是風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)dq軸電壓波形、（b)是指并網(wǎng)點(diǎn)A相電流波形、（C)是并網(wǎng)點(diǎn) 與=個(gè)機(jī)組頻率的波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0072] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0073] 本發(fā)明提供的改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的系統(tǒng)及方法，通過(guò)在風(fēng) 力發(fā)電場(chǎng)的匯集母線處安裝儲(chǔ)能裝置，將匯集母線處的電壓頻率偏差經(jīng)過(guò)死區(qū)和比例積分 控制處理，控制儲(chǔ)能裝置的有功電流輸出，進(jìn)而控制風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和儲(chǔ)能裝置注入?yún)R集母線 處的總電流，維持風(fēng)電場(chǎng)的頻率穩(wěn)定;其方法的流程如圖1所示意的，具體包括W下步驟：
[0074] (1)在容量為Swind的風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處設(shè)置容量SNess=10%Swind的儲(chǔ)能裝 置；
[0075] (2)在低電壓穿越期間，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處電壓Um,進(jìn)行鎖相、設(shè)置死 區(qū)、限幅，W及比例積分處理，獲取輸出有功電流值；
[0076] 根據(jù)所述輸出有功電流值W及儲(chǔ)能裝置電壓，獲取儲(chǔ)能裝置的輸出有功功率指 令;在該輸出有功功率指令的作用下，儲(chǔ)能裝置提供維持風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定所需的有功功率 值。
[0077] 實(shí)施例所提供的改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的系統(tǒng)及方法，在圖2 所示的風(fēng)電系統(tǒng)得到驗(yàn)證;該風(fēng)電系統(tǒng)中，風(fēng)電場(chǎng)安裝了容量為10MWJ0MW和30MW的3臺(tái)永 磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;在功率基準(zhǔn)Sb=100MVA、系統(tǒng)頻率為fn = 50化、電壓標(biāo)準(zhǔn)等于母線 額定電壓的情況下，風(fēng)電系統(tǒng)的線路參數(shù)如下表1所示：
[0078] 表1實(shí)施例里風(fēng)電系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)列表 [00791
[0080] 為了提高風(fēng)電系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性，在附圖2所示的風(fēng)電系統(tǒng)中，在并網(wǎng)點(diǎn)35kV母線 處安裝了儲(chǔ)能裝置W及儲(chǔ)能控制器;附圖3為儲(chǔ)能控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；實(shí)施例提供的改 善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的方法，具體包括如下步驟：
[0081] (1)在該風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的出口匯集母線處設(shè)置容量6MW的儲(chǔ)能裝置；
[0082] (2)設(shè)置包括鎖相環(huán)模塊、死區(qū)模塊、比例積分模塊、電流限幅模塊W及功率限流 模塊的儲(chǔ)能控制器；
[0083] 在低電壓穿越期間，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處電壓Um,進(jìn)行鎖相、設(shè)置死區(qū)、 限幅，W及比例積分處理，獲取輸出有功電流值；
[0084] 根據(jù)輸出有功電流值W及儲(chǔ)能裝置電壓，獲取儲(chǔ)能裝置的輸出有功功率指令;在 該輸出有功功率指令的作用下，儲(chǔ)能裝置提供維持風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定所需的有功功率值扣。
[0085] 上述方法中，步驟(2)包括W下子步驟：
[0086] (2-1)設(shè)置附圖4所示的鎖相環(huán)模塊;鎖相環(huán)輸入量為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的出口匯集母線 處的電壓UMZ0r，鎖相環(huán)模塊的輸出量為鎖相環(huán)角速度偏差COd;
[0087] 其中，Um是指匯集母線處的電壓幅值，0r是指匯集母線處的電壓的實(shí)際相位，COd表 示鎖相環(huán)檢測(cè)角速度《與額定角速度《。的偏差；
[008引 Od= ?-Wn = 23T(f-fn) = 2時(shí)<1^、片山分別為鎖相環(huán)檢測(cè)頻率、額定頻率^及檢 測(cè)頻率與額定頻率的偏差；
[0089] 實(shí)施例中，設(shè)置鎖相環(huán)模塊的比例放大倍數(shù)鎖相環(huán)模塊的比例放大倍數(shù)Kp = 74和 積分放大倍數(shù)Ki = 333、角速度上限值CO UP = 376.8rad/s，角速度下限值CO 1。= 251.化ad/s;
[0090] 本處對(duì)風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備中的鎖相環(huán)進(jìn)行說(shuō)明：鎖相環(huán)(Phase-locked loops,化L)是反 饋(Fee化ack)控制原理實(shí)現(xiàn)的頻率及相位的同步，其作用是將電路輸出的時(shí)鐘與其外部的 參考時(shí)鐘保持同步；當(dāng)參考時(shí)鐘的頻率或相位發(fā)生改變時(shí)，鎖相環(huán)會(huì)檢測(cè)到運(yùn)種變化，并且 通過(guò)其內(nèi)部的反饋系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)輸出頻率，直到兩者重新同步，運(yùn)種同步稱為"鎖相" (Phase-locked)；
[0091] (2-2)設(shè)置死區(qū)模塊，將鎖相環(huán)輸出量COd作為死區(qū)模塊的輸入量，設(shè)置死區(qū)頻率fE =±0.2Hz;
[0092] (2-3)設(shè)置比例積分控制模塊，將死區(qū)模塊的輸出量作為比例積分控制模塊的輸 入量，比例積分控制模塊輸出則是儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流指令值I'E;
[0093] (2-4)設(shè)置電流限幅模塊，將比例積分控制模塊的輸出量I'E作為電流限幅模塊的 輸入量;根據(jù)該輸出有功電流指令值I'E，對(duì)儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流進(jìn)行限幅，確定儲(chǔ)能 裝置的輸出有功電流Ie;
[0094] 實(shí)施例中，儲(chǔ)能裝置輸出的有功電流指令的最大值Ie max= Ipu和最小值Ie min = - Ipu;
[0095] (2-5)設(shè)置功率限幅模塊，根據(jù)電流限幅模塊確定儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流Ie值 W及儲(chǔ)能裝置電壓化獲得儲(chǔ)能裝置的有功功率扣;實(shí)施例中，儲(chǔ)能裝置的輸出有功功率的最 大值為Ipu、最小值-Ipu。
[0096] 上述方法中，步驟(2-3)包括W下子步驟：
[0097] (2-3-1)建立儲(chǔ)能控制器的特性方程
[009引 （I )
[0099] 其中，0r是指風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處的電壓Um的實(shí)際相位，0p是指風(fēng)電場(chǎng)的出口 匯集母線處的電壓Um經(jīng)過(guò)鎖相處理后得到的相位；
[0100] U是指風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處的電壓幅值Um的標(biāo)么值，Uq為dq坐標(biāo)系下電壓U的 q軸分量，Kp是指鎖相環(huán)的比例放大倍數(shù)，Ki是指鎖相環(huán)的積分放大倍數(shù)；
[0101] (2-3-2)根據(jù)上述特性方程（1)，對(duì)儲(chǔ)能控制器特性進(jìn)行線性化處理，獲得如式(2) 所示的儲(chǔ)能控制器線性狀態(tài)空間方程：
[0102]
(2)
[0103]其中，A是增量表示符；?用于表示微分算子;a =化OS(目r日-目PO);
[0104] (2-3-3)對(duì)W下關(guān)系式(3)進(jìn)行線性化，獲得關(guān)系式(4);
(3)
[0105]
[0106] ABr= A0p+bA Od-C A Ie (4)
[0107] 其中，0z(?d)表示故障點(diǎn)與風(fēng)電場(chǎng)匯集母線之間的線路阻抗角，其值隨著COd變化 而變化;L、R分別為線路的電感值和電阻值;Ia、Ir分別為風(fēng)電場(chǎng)注入出口匯集母線的有功電 流和無(wú)功電流分量；為儲(chǔ)能裝置和風(fēng)電場(chǎng)注入出口匯集母線的總電流的相位，該相位W 鎖相環(huán)定向的dq坐標(biāo)系的d軸為基準(zhǔn)；
[010引其中，
[0109] ?dO、IaO、IrO、lEO是指《<1、13、1,、1￡的穩(wěn)態(tài)值；
[0110] (2-3-4)根據(jù)關(guān)系式(4)，消去式(2)中的儲(chǔ)能控制器線性狀態(tài)空間方程中的變量 A白,、么'磚滿得僅包含變量A 0p、A ?d、A 、a},的狀態(tài)空間方程，
[0111]
(5)
[0112] 其中，I 處=I -Kpb+KpKpoc，g = Kib-KpKioc;
[0113] (2-3-5)根據(jù)c〉〉bW及KpKpoc〉〉1簡(jiǎn)化上述狀態(tài)空間方程的系數(shù)矩陣中各元素的形 式，獲得新的狀態(tài)空間方程；
[0114] (2-3斗)求解新的狀態(tài)空間方程，獲得狀態(tài)空間方程的S個(gè)極點(diǎn)4 = =U;
[0115] (2-3-7)取極點(diǎn)Si = -O.25，Kp〇 = 0.5,根據(jù)
計(jì)算得到比例積分模塊的積 分系數(shù)Kiq = 2;
[0116] 其中，Kpo是比例積分模塊的比例放大倍數(shù)，Kio是比例積分模塊的積分放大倍數(shù)， 1/s是拉普拉斯算子，表示對(duì)比例積分模塊輸入量的積分；
[0117] 完成上述儲(chǔ)能裝置及控制器的配置后，在電網(wǎng)無(wú)低電壓故障期間，由于控制器死 區(qū)模塊的存在，儲(chǔ)能裝置不動(dòng)作，保障了電網(wǎng)不受儲(chǔ)能裝置的影響而正常地運(yùn)行;在電網(wǎng)發(fā) 生低電壓故障時(shí)，控制器根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)出口匯集母線處頻率的變化，輸出電流指令，儲(chǔ)能裝置 根據(jù)電流指令，輸出適當(dāng)?shù)挠泄﹄娏?，保證故障期間電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。
[011引實(shí)施例里，在t = 2s時(shí)，風(fēng)電系統(tǒng)在圖2所示故障點(diǎn)發(fā)生S相短路接地故障，0.4s后 故障消除。圖5和圖6分別給出了不安裝儲(chǔ)能裝置與安裝儲(chǔ)能裝置并配備圖3所示的儲(chǔ)能控 審IJ器運(yùn)兩種情況下風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)dq軸電壓幅值（圖（a))、并網(wǎng)點(diǎn)A相電流幅值（圖（b))和 并網(wǎng)點(diǎn)與S個(gè)機(jī)組頻率（圖（C))。
[0119] 對(duì)比圖5(a)和圖6(a)可W看出，安裝儲(chǔ)能裝置的電網(wǎng)，在電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越的 故障期間，鎖相環(huán)成功將控制電壓d軸定向在風(fēng)電場(chǎng)匯集母線電壓矢量上，該電壓的q軸分 量維持為零，表明儲(chǔ)能裝置有效的維持了該處母線頻率的穩(wěn)定;未安裝儲(chǔ)能裝置的電網(wǎng)，在 故障期間，風(fēng)電場(chǎng)匯集母線處電壓的q軸分量為略小于0的負(fù)數(shù)W保障向系統(tǒng)注入小額的有 功電流，運(yùn)樣風(fēng)電場(chǎng)匯集母線處的頻率會(huì)不斷下降；
[0120] 圖5(b)中故障期間的風(fēng)電場(chǎng)匯集母線A相電流頻率逐漸變小，而圖6(b)中故障期 間的風(fēng)電場(chǎng)匯集母線A相電流頻率基本維持穩(wěn)定；
[0121] 從圖5(c)中可W看出，未安裝儲(chǔ)能裝置的電網(wǎng)在低電壓穿越的故障期間，風(fēng)電場(chǎng) 內(nèi)各風(fēng)電機(jī)組鎖相頻率和風(fēng)電場(chǎng)匯集母線頻率迅速跌落;如圖6(c)所示，安裝儲(chǔ)能裝置的 電網(wǎng)在低電壓穿越的故障期間，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各風(fēng)電機(jī)組鎖相頻率跟隨該處母線頻率變化而趨 于穩(wěn)定。在低電壓故障期間，安裝了儲(chǔ)能裝置后，可W改善風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性，維持電網(wǎng) 頻率穩(wěn)定，從而驗(yàn)證了本方法的有效性。
[0122] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用W 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的系統(tǒng)，其特征在于，包括儲(chǔ)能裝置 W及儲(chǔ)能控制器； W風(fēng)電場(chǎng)出口匯集母線處的電壓輸出端作為儲(chǔ)能控制器的輸入端;儲(chǔ)能裝置的輸入端 連接儲(chǔ)能控制器輸出端;儲(chǔ)能裝置的輸出端用于連接電網(wǎng)側(cè)的匯集母線； 在低電壓穿越期間，所述儲(chǔ)能控制器根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處電壓獲取儲(chǔ)能裝置 需提供的有功功率值，并控制儲(chǔ)能裝置輸出相應(yīng)的有功功率;進(jìn)而控制風(fēng)電場(chǎng)和儲(chǔ)能裝置 注入?yún)R集母線處的電流特性，使得注入電流的有功分量與無(wú)功分量之比的反正切值與匯集 母線到故障點(diǎn)處線路阻抗角一致，維持風(fēng)電場(chǎng)的頻率穩(wěn)定。2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)能控制器包括依次連接的鎖相環(huán)模 塊、死區(qū)模塊、比例積分模塊、電流限幅模塊W及功率限幅模塊； 所述鎖相環(huán)模塊用于對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處的電壓進(jìn)行鎖相處理，獲得鎖相環(huán)角 速度偏差； 所述死區(qū)模塊用于根據(jù)鎖相環(huán)角速度偏差設(shè)置死區(qū)； 所述比例積分模塊用于對(duì)上述死區(qū)輸出進(jìn)行比例積分處理，獲取儲(chǔ)能裝置的輸出有功 電流指令值Γε; 所述電流限幅模塊用于根據(jù)上述輸出有功電流指令值Γε對(duì)儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流 進(jìn)行限幅，確定儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流Ιε值； 所述功率限幅模塊用于根據(jù)上述輸出有功電流指令值Ι'Ε，對(duì)儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流 進(jìn)行限幅，確定儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流Ιε值； 儲(chǔ)能裝置根據(jù)所述輸出有功電流Ιε值，輸出維持風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定所需的有功功率。3. -種基于權(quán)利要求1或2所述系統(tǒng)的改善低電壓穿越期間風(fēng)電場(chǎng)注入電流特性的方 法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 在容量為Swind的風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處設(shè)置容量SNess=10%Swind的儲(chǔ)能裝置； (2) 在低電壓穿越期間，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處電壓Um，進(jìn)行鎖相、設(shè)置死區(qū)、限 幅，W及比例積分處理，獲取輸出有功電流值； (3) 根據(jù)所述輸出有功電流值W及儲(chǔ)能裝置電壓，獲取儲(chǔ)能裝置的輸出有功功率指令； 在所述輸出有功功率指令的作用下，儲(chǔ)能裝置提供維持風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定所需的有功功率 值。4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)包括W下子步驟： (2-1)采用鎖相環(huán)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處的電壓Um進(jìn)行鎖相處理，獲取鎖相環(huán)角速 度偏差Wd = ^rfd; 所述鎖相環(huán)角速度偏差ω d是指鎖相環(huán)檢測(cè)角速度ω與額定角速度ω η的偏差;其中，fd 是指鎖相環(huán)檢測(cè)頻率與額定頻率的偏差； (2-2)根據(jù)鎖相環(huán)角速度偏差ω dW及死區(qū)頻率fs， 設(shè)置死區(qū)輸出量(2-3)根據(jù)比例積分函I-獲取比例積分參數(shù)時(shí)〇和Κιο;根據(jù)比例積 分參數(shù)Κρο和Κιο對(duì)死區(qū)輸出量進(jìn)行比例積分處理，獲取儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流指令值Γε; 其中，Κρο是比例放大倍數(shù)，Κιο是積分放大倍數(shù)，1/s是拉普拉斯算子； (2-4)根據(jù)所述輸出有功電流指令值Γε，對(duì)儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流進(jìn)行限幅，確定 儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流Ιε; (2-5)根據(jù)所述儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流Ie，W及儲(chǔ)能裝置電壓化，獲取儲(chǔ)能裝置的輸 出有功功率指令扣。5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述儲(chǔ)能裝置的輸出有功功率指令其中，Sess為儲(chǔ)能裝置的額定容量的標(biāo)么值。6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述輸出有功電流其中，In為儲(chǔ)能裝置的額定電流的標(biāo)么值。7. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述死區(qū)頻率ft為± 0.2Hz。8. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述驟(2-3)包括W下子步驟： (2-3-1)建立儲(chǔ)能控制器的特性方程其中，θτ是指風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處的電壓Um的實(shí)際相位，θρ是指風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集 母線處的電壓Um經(jīng)過(guò)鎖相處理后得到的相位； U是指風(fēng)電場(chǎng)的出口匯集母線處的電壓幅值Um的標(biāo)么值，Uq為dq坐標(biāo)系下電壓U的q軸分 量，虹是指鎖相環(huán)的比例放大倍數(shù)，Κι是指鎖相環(huán)的積分放大倍數(shù)； (2-3-2)根據(jù)所述特性方程，對(duì)儲(chǔ)能控制器特性進(jìn)行線性化處理，獲得儲(chǔ)能控制器的線 性狀態(tài)空間方程：其中，A是增量表示符；·用于表示微分算子;a = U COS(0r〇-0p〇); (2-3-3)根據(jù)所述線性狀態(tài)空間方程W及關(guān)系式獲得實(shí)際相位增量A θτ與鎖相后的相位增量Δ θρ、鎖相環(huán)角速度偏差ω d增量、W及有 功電流增量A Ie的關(guān)系，Δ θτ= Δ θρ+b Δ ω d-c Δ Ie ; 其中，θζ(ω<〇表示故障點(diǎn)與風(fēng)電場(chǎng)匯集母線之間的線路阻抗角，其值隨著cod變化而變 化;L、R分別為線路的電感值和電阻值;Ia、Ir分別為風(fēng)電場(chǎng)注入出口匯集母線的有功電流和 無(wú)功電流分量；θι為儲(chǔ)能裝置和風(fēng)電場(chǎng)注入出口匯集母線的總電流的相位，該相位W鎖相 環(huán)定向的dq坐標(biāo)系的d軸為基準(zhǔn)； 其中ω加、laO、IrO、Ie日是指ω d、la、Ir、Ie的穩(wěn)態(tài)值； (2-3-4)根據(jù)步驟(2.3.3)獲得的關(guān)系式，消去所述線性狀態(tài)空間方程中的變量Δ θτ、 ，獲得僅包含變量A θρ、Δ cod、Δ Ιε、Δ^^、的狀態(tài)空間方程其中，l^=l-Kpb+KpKp〇c，g = Kib-Krf(ioc; (2-3-5)根據(jù)c〉〉bW及KpKp〇c〉〉1，簡(jiǎn)化步驟(2-3-4)獲得的狀態(tài)空間方程的系數(shù)矩陣中 各元素的形式，獲得簡(jiǎn)化的狀態(tài)空間方程 L」 (2-3-6)求解所述簡(jiǎn)化的狀態(tài)空間方程，獲得Ξ個(gè)極點(diǎn)(2-3-7)根據(jù)所述極點(diǎn)-獲得比例積分模塊的比例系數(shù)KPG，W及比例積分模 塊的積分系數(shù)Κιο; (2-3-8)根據(jù)所述的比例系數(shù)Kp〇，W及積分系數(shù)Κιο,對(duì)死區(qū)輸出量進(jìn)行比例積分處理， 獲得儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流指令值Γε。
【文檔編號(hào)】H02J3/28GK105978006SQ201610446949
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】文勁宇, 陳偉彪, 姚偉, 汪錦, 劉巨
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)