一種風電引起的電壓波動和閃變抑制方法
2023-08-05 05:35:21
一種風電引起的電壓波動和閃變抑制方法
【專利摘要】本發明公開了一種風電引起的電壓波動和閃變抑制方法，該方法將自抗擾控制技術引入到風力發電機轉矩控制中，將轉矩尖波信號歸入到未知擾動，在發生未知擾動的情況下，採用非線性狀態誤差反饋抑制轉子電流波動，保持輸出轉矩穩定，進而抑制風力發電機電壓波動和閃變。本發明克服了電網自身治理電壓波動和閃變的局限性，在風電併網前抑制風機輸出電壓的波動和閃變，有利於提高風電機動態性能，改善供電質量。
【專利說明】—種風電引起的電壓波動和閃變抑制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種風力發電控制方法，特別涉及一種由風電引起的電壓波動和閃變抑制方法。
【背景技術】
[0002]電壓波動和閃變是電能質量的一個重要技術指標。在電力系統中具有衝擊性功率的負荷(如軋機、電弧爐)時，電力網中的電壓降將發生相應變化，導致電壓波動。頻律在5?12Hz範圍內的電壓波動值，即使只有額定電壓的1%，其引起的白熾燈照明的閃變，已足以使人感到不舒適，所以選白熾燈的工況作為判斷電壓波動值，把電壓變動而引起人對燈閃的主觀感覺叫「閃變」。
[0003]通常採取電壓波動閃變的抑制措施有:提高供電能力。架設專線將大容量衝擊性負荷用戶接至較高電壓等級的供電系統。該措施是在電網側做技術改進從而減小和抑制電壓波動和閃變；安裝補償器、改進運行操作和工藝。該方案是用戶增加外圍補償設備和提高自身的控制技術，減小對電網電壓的衝擊。
[0004]隨著越來越多的風力發電機組併網運行，風力發電對電網電能質量的影響引起了廣泛關注。風資源的不確定性如風速變化，風剪切，塔影效應等都會引起轉矩波動，轉矩波動也將造成風力發電機輸出功率的波動。風力發電功率的波動勢必會引起電壓的變化。落差過大也可能會使電壓波動和閃變超出國家有關標準。
[0005]國內《電網技術》期刊第33卷第20期「風電引起的電壓波動與閃變的仿真研究」一文指出，線路電抗與電阻比是影響風電機組引起電壓波動和閃變的重要因素，合適的線路電抗與電阻比可以使有功功率引起的電壓波動被無功功率引起的電壓波動補償掉。系統的短路容量大小對電壓波動和閃變有較大的影響，短路容量越大，電壓波動越小。在風電場接入電網設計時，尤其是接入薄弱電網時，需要選擇合適的併網點和電壓等級。這兩點都是針對風電機組即將併入的電網環境提出的解決辦法，要求電網做出改進，選擇合適的線路電抗和電阻比，增加大併網點處的短路容量，成本費用較高。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是克服現有技術要求選取合適的併網點和要求增大電網環境短路容量缺點，提出一種風電引起的電壓波動和閃變的抑制方法。本發明在風力發電機電源輸出端抑制電壓波動和閃變，通過改進風力發電機控制策略，提高風力發電機的動態性能，改善風電的電能質量，具有重大的生產實踐意義。
[0007]本發明將自抗擾控制方法引入風力發電機直接轉矩控制系統中。在現有的風力發電機直接轉矩控制系統基礎上，採用自抗擾控制技術抑制轉子電流波動，將轉矩尖波信號歸到未知擾動中，在風速突變的情況下，如發生風速變化，風剪切，偏航誤差，塔影效應等，採用非線性狀態誤差反饋抑制轉子電流波動，保持輸出轉矩穩定，從而抑制轉矩擾動，抑制風力發電機輸出電壓波動和閃變。在本發明中，風速變化，風剪切，偏航誤差，塔影效應等引起的風機轉矩波動統稱為未知擾動。
[0008]本發明風電引起的電壓波動和閃變抑制方法採用以下技術方案:
[0009]所述的自抗擾控制系統包含跟蹤微分器、擴張狀態觀測器和非線性狀態誤差反饋三個部分。
[0010]在現有的風力發電機直接轉矩控制系統基礎上，本發明採用自抗擾控制技術，抑制轉子電流波動，步驟如下:
[0011]第一步，在風力發電機直接轉矩控制系統的基礎上，採用自抗擾控制系統的跟蹤微分器跟蹤轉子電流參考值跟蹤微分器用來安排轉子電流參考值與電流跟蹤值的過渡過程，給出轉子電流跟蹤信號值Z21d，解決轉子電流的控制響應速度與超調量之間的矛盾；
[0012]第二步，採用自抗擾控制系統的擴張狀態觀測器接收來自風力發電機直接轉矩控制系統發出的風力發電機轉子電流信號和轉子電壓參考信號。該擴張狀態觀測器設計了 一個擴張的狀態量來跟蹤風力發電機轉矩未知擾動的影響，然後給出擴張狀態觀測器的電流跟蹤值Z22d補償未知擾動，實現自抗擾控制系統的反饋線性化；將第一步得到的轉子電流跟蹤信號值Z21d和第二步得到的擴張狀態觀測器的電流跟蹤值Z22d作差，差值ε Id作為非線性狀態誤差反饋部分的輸入，非線性狀態誤差反饋部分根據該輸入信號，給出風力發電機轉子電壓信號ε 2d,補償風力發電機的轉矩未知擾動；
[0013]第三步，風力發電機的輸出信號轉子電流值和非線性狀態誤差反饋輸出值，又作為擴張狀態觀測器的輸入信號，不斷修正所述的風力發電機轉子電壓控制參考信號，從而實現風力發電系統轉子電流的自抗擾控制。風力發電機直接轉矩控制系統的轉子電流得到抑制以後，風力發電機直接轉矩控制系統的轉矩輸出穩定，進而減小和抑制了風力發電機的輸出電壓波動，從而抑制風力發電機的輸出電壓和閃變。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明提供的一種風電引起的電壓波動和閃變抑制方法示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
[0016]圖1是本發明的風電引起的電壓波動和閃變抑制方法示意圖。
[0017]如圖1所示，風力發電機直接轉矩控制系統101通過檢測風力發電機定子電壓和電流，實現對磁鏈和轉矩的直接控制。現有的風力發電機直接轉矩控制系統101中，獨立調節轉子側勵磁電源的幅值和相位能夠改變轉子電流，進而控制風力發電機直接轉矩控制系統電磁轉矩。
[0018]需要說明的是，現有的風力發電機直接轉矩控制系統涉及的雙饋風力發電機五階模型的代數式為:
【權利要求】
1.一種風電引起的電壓波動和閃變抑制方法，其特徵在於，所述的抑制方法是在現有的風力發電機直接轉矩控制系統基礎上，採用自抗擾控制技術抑制轉子電流波動，將轉矩尖波信號歸到未知擾動中，在風速突變的情況下，採用非線性狀態誤差反饋抑制轉子電流波動，保持輸出轉矩穩定，從而抑制轉矩擾動，抑制風力發電機輸出電壓波動和閃變。
2.根據權利要求1所述的風電引起的電壓波動和閃變抑制方法，其特徵在於，所述的抑制方法步驟如下: 第一步，在風力發電機直接轉矩控制系統的基礎上，採用自抗擾控制系統的跟蹤微分器跟蹤轉子電流參考值跟蹤微分器用來安排轉子電流參考值與電流跟蹤值的過渡過程，給出轉子電流跟蹤信號值Z21d，解決轉子電流的控制響應速度與超調量之間的矛盾； 第二步，採用自抗擾控制系統的擴張狀態觀測器接收來自風力發電機直接轉矩控制系統發出的風力發電機轉子電流信號和轉子電壓參考信號；該擴張狀態觀測器設計了一個擴張的狀態量來跟蹤風力發電機直接轉矩控制系統未知擾動的影響，然後給出擴張狀態觀測器的電流跟蹤值Z22d補償未知擾動，實現自抗擾控制系統的反饋線性化；將第一步得到的轉子電流跟蹤信號值Z21d和擴張狀態觀測器的電流跟蹤值Z22d作差，差值ε Id作為非線性狀態誤差反饋部分的輸入，非線性狀態誤差反饋部分根據該輸入信號，給出風力發電機轉子電壓信號ε 2d,補償風力發電機的轉矩未知擾動； 第三步，風力發電機的輸出信號轉子電流值和非線性狀態誤差反饋輸出值，又作為擴張狀態觀測器的輸入信號，不斷修正所述的風力發電機轉子電壓控制參考信號，從而實現風力發電系統轉子電流的自抗擾控制；風力發電機直接轉矩控制系統的轉子電流得到抑制以後，風力發電機直接轉矩控制系統的轉矩輸出穩定，進而減小和抑制了風力發電機的輸出電壓波動，從而抑制風力發電機的輸出電壓和閃變。
3.如權利要求1所述的風電引起的電壓波動和閃變抑制方法，其特徵在於，所述的未知擾動為風速變化，風剪切，偏航誤差，塔影效應引起的風機轉矩波動。
【文檔編號】H02P21/14GK103780174SQ201410010159
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月9日 優先權日:2014年1月9日
【發明者】李斌, 馮成, 張雷, 李海東 申請人:北京科諾偉業科技股份有限公司, 保定科諾偉業控制設備有限公司