本发明专利技术涉及一种波浪发电系统低电压穿越协调控制方法，通过故障期间各个环节功率的大小来协调控制网侧控制器、机侧控制器和超级电容储能装置，包括下列步骤：网侧控制器基于电网电压定向，采用电压外环电流内环控制；当电网发生低电压故障时，机侧控制器工作在转子储能模式下，转子转速参考值由直流母线电压外环得到；当机侧控制器工作在转子极限转速模式下，转子转速参考值给定为转速极限值；超级电容储能装置，采用功率外环电流内环控制，功率外环用于维持直流母线两端功率平衡，电流内环用于实现快速跟踪控制；使得机侧控制器、网侧控制器和超级电容储能装置在不同情况下有不同的运行状态。同的运行状态。同的运行状态。
【技术实现步骤摘要】
一种波浪发电系统低电压穿越协调控制方法
[0001]本专利技术涉及波浪发电并网系统控制
，具体涉及一种浮子式永磁同步波浪发电并网系统的低电压故障穿越协调控制系统。
技术介绍
[0002]波浪能是一种清洁的可再生能源，随着波浪发电技术的不断发展成熟，并迅速向规模化和商业化发展，波浪发电系统的渗透率不断提高，并网系统的可靠性和稳定性随之下降。电网电压的跌落是个常见问题，电网电压的跌落会给波浪发电系统带来一系列暂态过程，危害着系统的正常运行，严重时可导致故障的加剧，甚至系统的解列。因此在发生电网故障时，作为新能源并网发电系统的一环，波浪能发电系统的低电压穿越能力是不间断并网运行的必备条件。
[0003]参照我国风力发电的并网运行标准，要求当发生电网低电压故障时，并网系统向电网发出一定的无功功率帮助电网电压恢复。通常控制网侧逆变器运行在无功补偿状态，在满足发出无功功率的情况下，尽可能多的发出有功功率。然而对于较为严重的故障，依靠单一的网侧无功补偿控制不足以消耗直流侧的不平衡功率。因此，当较严重的故障发生时，为了减少输入的有功功率，通常将波能捕获装置输入的功率暂时存储在电机转子中，从而实现直流侧两端功率的平衡。由于电机转子转速极限，对于更加严重的低电压故障，可采取外接卸荷电阻的方式消耗直流侧多余的不平衡功率，但多余的能量以热能的形式消耗掉。因此，将卸荷电阻替换成超级电容更加有利于能量的利用。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提出的一种波浪发电系统低电压穿越协调控制策略。本专利技术通过协调控制机侧控制器，超级电容储能装置控制器以及网侧逆变器，在满足新能源并网运行要求无功补偿条件下，能够穿越不同严重程度的低电压故障。相比传统的基于外接硬件电路的低电压穿越方法，能够充分利用故障期间的不平衡功率，同时能够减少超级电容的开关次数，延长超级电容储能装置的使用寿命。所采取的技术方案如下：
[0005]一种波浪发电系统低电压穿越协调控制方法，通过故障期间各个环节功率的大小来协调控制网侧控制器、机侧控制器和超级电容储能装置，包括下列步骤：
[0006](1)网侧控制器基于电网电压定向，采用电压外环电流内环控制，在电网正常运行情况下，网侧控制器运行在单位功率因数模式下，q轴电流参考值为0，d轴电流参考值通过电压外环给定，以维持直流母线电压的稳定，当电网发生低电压故障时，为了能够满足输出无功功率的要求，q轴电流参考值由下式计算：
[0007]i
gqref2
≥1.5(0.9
‑
e
g
[p.u.])I
N
[0008]其中e
g
[p.u.]为并网点处故障电压标幺值,I
N
为网侧逆变器额定电流值。
[0009]考虑到网侧逆变器的电流限幅，d轴电流参考值不能大于
[0010][0011]其中I
max
为网侧逆变器电流幅值，通常为1.5I
N
。
[0012]因此，实际的d轴电流参考值如下式所示
[0013]i
gdref
＝min{i
gdref1
,i
gdref2
}
[0014]其中i
gdref1
为通过电压外环得到的d轴电流参考值。
[0015](2)机侧控制器的d轴参考值设置为0，电网正常运行情况下，q轴电流参考值由最大波能捕获控制得到，当电网发生低电压故障时，机侧控制器工作在转子储能模式下，转子转速参考值由直流母线电压外环得到；当机侧控制器工作在转子极限转速模式下，转子转速参考值给定为转速极限值。
[0016](3)超级电容储能装置，采用功率外环电流内环控制，功率外环用于维持直流母线两端功率平衡，电流内环用于实现快速跟踪控制。当发生低电压故障时，双向buck/boost变换器工作在buck电路下，直流母线向超级电容充电；当故障消除，双向buck/boost变换器工作在boost电路下，超级电容放电。
[0017]超级电容容量的设计应能满足低电压穿越协调控制下，最严重的电网低电压故障，当电网发生0.2pu的低电压故障时，网侧逆变器输出的有功功率表示为：
[0018][0019]其中i
gqref_sc
是0.2pu故障发生时网侧逆变器的q轴电流。
[0020]故障期间，超级电容储能装置吸收的能量表示为
[0021]E
sc
＝0.625ΔP
‑
E
r_max
＝0.625(P
s_rate
‑
P
g_sc
)
‑
E
r_max
[0022]其中P
s_rate
表示机侧控制器输出的额定功率，E
r_max
表示电机转子从额定转速升高至极限转速所存储的能量。
[0023]超级电容容量表示为
[0024][0025]其中U
sc_rate
和U
sc_init
表示超级电容储能装置额定电压与初始电压，超级电容储能装置充电时，电压从U
sc_init
上升至U
sc_rate
，w
max
是发电机转子极限转速值，w
N
是发电机转子额定转速值，i
gqref_sc
是0.2pu故障发生时网侧逆变器的d轴电流,e
g
为并网点处故障电压。
[0026]超级电容储能装置滤波电感的设计需要满足双向buck/boost变换器的工作要求，能够穿越充放电过程中的最大冲击电流，滤波电感通过下式计算
[0027][0028]其中I
scp
表示超级电容工作在buck模式下的额定电流幅值，ΔI
scp
表示最大允许纹波电流，f
s
表示buck/boost电路的开关频率，U
dc
是超级电容侧直流电压。
[0029](4)低电压穿越协调控制方法如下：
[0030]网侧逆变器输入至电网的有功功率P
gref
通过下式计算
[0031][0032]相应低电压故障下电机转子最大储存功率P
ω_max
通过下式计算
[0033][0034]其中ω
max
为电机转子转速极限值，ω
N
为电机转子转速的额定值，t
F
为对应低电压允许发电系统接入最大时间。
[0035]根据故障期间各个环节功率值大小关系将控制策略分为四个模式，使得机侧控制器、网侧控制器和超级电容储能装置在不同情况下有不同的运行状态：
[0036]当P
gref
≥P
s
时，低电压穿越协调控制策略工作在模式1下，此时机侧控制器工作在最大波能捕获模式下，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种波浪发电系统低电压穿越协调控制方法，通过故障期间各个环节功率的大小来协调控制网侧控制器、机侧控制器和超级电容储能装置，包括下列步骤：(1)网侧控制器基于电网电压定向，采用电压外环电流内环控制，在电网正常运行情况下，网侧控制器运行在单位功率因数模式下，q轴电流参考值为0，d轴电流参考值通过电压外环给定，以维持直流母线电压的稳定，当电网发生低电压故障时，为了能够满足输出无功功率的要求，q轴电流参考值由下式计算：i
gqref2
≥1.5(0.9
‑
e
g
[p.u.])I
N
其中e
g
[p.u.]为并网点处故障电压标幺值,I
N
为网侧逆变器额定电流值；考虑到网侧逆变器的电流限幅，d轴电流参考值不能大于其中I
max
为网侧逆变器电流幅值，通常为1.5I
N
；因此，实际的d轴电流参考值如下式所示i
gdref
＝min{i
gdref1
,i
gdref2
}其中i
gdref1
为通过电压外环得到的d轴电流参考值；(2)机侧控制器的d轴参考值设置为0，电网正常运行情况下，q轴电流参考值由最大波能捕获控制得到，当电网发生低电压故障时，机侧控制器工作在转子储能模式下，转子转速参考值由直流母线电压外环得到；当机侧控制器工作在转子极限转速模式下，转子转速参考值给定为转速极限值；(3)超级电容储能装置，采用功率外环电流内环控制，功率外环用于维持直流母线两端功率平衡，电流内环用于实现快速跟踪控制；当发生低电压故障时，双向buck/boost变换器工作在buck电路下，直流母线向超级电容充电；当故障消除，双向buck/boost变换器工作在boost电路下，超级电容放电；超级电容容量的设计应能满足低电压穿越协调控制下，最严重的电网低电压故障，当电网发生0.2pu的低电压故障时，网侧逆变器输出的有功功率表示为：其中i
gqref_sc
是故障发生时网侧逆变器的q轴电流；故障期间，超级电容储能装置吸收的能量表示为E
sc
＝0.625ΔP
‑
E
r_max
＝0.625(P
s_rate
‑
P
g_sc
)
‑
E
r_max
其中P
s_rate
表示机侧控制器输出的额定功率，E
r_max
表示电机转子从额定转速升高至极限转速所存储的能量；超级电容容量表示为其中U
sc_rate
和U
sc_init
表示超级电容储能装置额定...
【专利技术属性】
技术研发人员：方红伟，魏秀娜，张玄杰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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