混合储能与撬棒电阻的风电并网低电压穿越控制方法技术

本发明专利技术公开了一种混合储能与撬棒电阻的风电并网低电压穿越控制方法，首先使用SIMULINK搭建混合储能模型，将锂电池模型和超级电容模型进行结合构成混合储能模型；然后设计风力发电并网的拓扑电路结构，设计模型中各个器件参数，搭建风电并网仿真模型，其中风机采用的是双馈异步风力发电机，双馈异步风力发电机的转子侧和网侧的逆变器通过PWM控制策略控制；最后将混合储能模型并在风电并网仿真模型中转子侧变流器的直流侧，同时再并入Crowbar电路，搭建出低电压穿越模型模型，在并网点电压跌落时实现低电压穿越。本发明专利技术解决了现有技术中存在的双馈风力发电并网系统中发生低电压穿越所引起的电能质量的问题。生低电压穿越所引起的电能质量的问题。生低电压穿越所引起的电能质量的问题。

【技术实现步骤摘要】
混合储能与撬棒电阻的风电并网低电压穿越控制方法


[0001]本专利技术属于风力发电低电压穿越控制
，具体涉及一种混合储能与撬棒电阻的风电并网低电压穿越控制方法。

技术介绍

[0002]环境污染、气候变化、能源安全和可持续发展等问题日益突出，全球大部分国家已将新能源列入国家能源优先发展战略之中，新能源发电迎来了发展的契机。利用新能源发电已经成为发电的主要形式之一，给电力注入了新活力。但是新能源发电同样也带来了新的挑战。
[0003]随着风力发电系统并入传统电网，使得传统电网系统的演变越来越复杂。由于双馈感应发电机定子直接并网，其对电压跌落相当敏感，双馈感应风力发电并网系统存在的谐波畸变、不平衡、电压跌落等问题日益突出。利用各类增强控制技术提升双馈风电机组的运行性能或改善并网点电能质量，在电网电压跌落时，需采用各类软、硬件保护技术，确保双馈风电机组不脱网运行，并向电网提供无功支撑是现在风电并网研究的热点。
[0004]现有的针对双馈型感应风力发电机低电压穿越控制方法主要有：(1)采用全钒液流电池储能的三单相间断DVR提升双馈式风电系统柔性故障穿越能力，但当电网电压正常时，储能单元不起作用，而且增加了控制的复杂性。(2)采用串联网侧变换器限制转子过电流与直流母线过、电压混合储能型的混合储能系统，由锂电池与超级电容并联组合起来的。(3)通过在转自变流器前加Crowbar电路，短路掉转子变流器，起到消耗负荷，达到抬升机端电压，实现低电压穿越的目的。综上所述，现有的针对双馈风机低电压穿越的控制方法存在能量浪费严重，受电阻值，储能设备的体积、电压等级等限制，不能解决实际工程问题等。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种混合储能与撬棒电阻的风电并网低电压穿越控制方法，解决了现有技术中存在的双馈风力发电并网系统中发生低电压穿越所引起的电能质量的问题。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，混合储能与撬棒电阻的风电并网低电压穿越控制方法，具体按照以下步骤实施：
[0007]步骤1、使用SIMULINK搭建混合储能模型，将锂电池模型和超级电容模型进行结合，当电压跌落至大于0.5pu时，控制投入锂电池吸收多余的电能，当电压跌落至小于0.5pu时，控制投入超级电容和Crowbar电路，吸收多余的电能，实现了混合储能模型及时提供或吸收较大能量的快速性和容量需求。构成混合储能模型；
[0008]步骤2、设计风力发电并网的拓扑电路结构，设计模型中各个器件参数，搭建风电并网仿真模型，其中风机采用的是双馈异步风力发电机，双馈异步风力发电机的转子侧和网侧的逆变器通过PWM控制策略控制；
[0009]步骤3、将步骤1搭建的锂电池与超级电容结合的混合储能模型并在步骤2的风电
并网仿真模型中转子侧变流器的直流侧，同时再并入Crowbar电路，搭建出混合储能与Crowbar结合的低电压穿越模型模型，在并网点电压跌落时实现低电压穿越。
[0010]本专利技术的特点还在于，
[0011]步骤1具体如下：
[0012]混合储能模型包括锂电池部分和超级电容部分，其中锂电池接有Boost电路，使锂电池的输出电压比输入电压高；
[0013]超级电容则接有Buck
‑
Boost电路，使超级电容的输出电压可低于也可高于输入电压；
[0014]将二者并到一起进行能量的输出和输入，当电压跌落至大于0.5pu时，控制投入锂电池吸收多余的电能，当电压跌落至小于0.5pu时，控制投入超级电容和Crowbar电路，吸收多余的电能。
[0015]步骤2具体如下：
[0016]风机为双馈异步风力发电机模型，变流器由转子侧变流器和网侧变流器组成；
[0017]转子侧变流器控制策略如下：
[0018]公式(9)是定子与转子的转速关系式，公式(10)是定子与转子的频率关系式，当双馈感应电机处于稳定运行状态时，定子与转子的旋转磁场之间呈现出相对静止的特征，用以下公式表述：
[0019]n1＝n2+n
r
ꢀꢀꢀ
(9)
[0020]因为有：
[0021][0022]n1为定子转速，n2为相对于定子转速，n
r
为转子磁势转速，f1为定子频率，f2为转子频率，p为极对数；
[0023]网侧变流器控制策略：
[0024]三相绕组电压方程对于三相定子绕组而言，其电压可以用以下方程进行计算：
[0025][0026]相应的三相转子绕组电压方程为：
[0027][0028]在上述方程式中，参数u
sA u
sB u
sC u
ra u
rb u
rc
的含义为A、B、C三相定子与转子的瞬时相电压；参数i
sA i
sB i
sC i
ra i
rb i
rc
的含义为A、B、C三相定子与转子的瞬时相电流；参数ψ
sA ψ
sB ψ
sC
为定子与转子的A、B、C三相绕组磁链；参数R
s R
r
则分别代表定子绕组电阻与转子绕组电阻，同样上述各参数均将折算到定子侧；
[0029]公式(13)是同步旋转坐标系下DFIG定子电压方程式，公式(14)是同步旋转坐标系下DFIG转子电压方程式：
[0030]同步旋转坐标系下DFIG定子电压方程：
[0031][0032]同步旋转坐标系下DFIG转子电压方程：
[0033][0034]在上述公式中，u
d1
为定子在dq坐标系上d轴的电压；u
q1
为定子在q轴上的电压；u
d2
为转子在dq坐标系上d轴的电压；u
q2
为转子在q轴上的电压；i
d1
为定子在dq坐标系上d轴的电流；i
q1
为定子在q轴上的电流；i
d2
为转子在dq坐标系上d轴的电流；i
d2
为转子在q轴上的电流。
[0035]步骤3具体如下：
[0036]将锂电池与超级电容结合的混合储能模型并列在风电模型的转子变流器的直流侧，并加入Crowbar电路，利用DC/DC变换器控制，同时利用PI双闭环控制策略，根据电压跌落的等级来划分，选择性地投入锂电池、超级电容或Crowbar电路来对进行能量的吸收或释放，实现了耗能更低的低电压穿越，其中在大幅度电压跌落时，采用Crowbar保护电路提高风机低电压穿越能力。
[0037]步骤3中：
[0038]投入Crowbar之后转子侧的电压应该满足：
[0039][0040]为防止在低电压穿越过程中，出现转子回路过压和直流母线过压的情况，双馈风机的转子电压比转子变流器能承受的最大电压和直流侧母线电压限值的最小电压要小：
[0041]U
r
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.混合储能与撬棒电阻的风电并网低电压穿越控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、使用SIMULINK搭建混合储能模型，将锂电池模型和超级电容模型进行结合，当电压跌落至大于0.5pu时，控制投入锂电池吸收多余的电能，当电压跌落至小于0.5pu时，控制投入超级电容和Crowbar电路，吸收多余的电能，实现了混合储能模型及时提供或吸收较大能量的快速性和容量需求，构成混合储能模型；步骤2、设计风力发电并网的拓扑电路结构，设计模型中各个器件参数，搭建风电并网仿真模型，其中风机采用的是双馈异步风力发电机，双馈异步风力发电机的转子侧和网侧的逆变器通过PWM控制策略控制；步骤3、将步骤1搭建的锂电池与超级电容结合的混合储能模型并在步骤2的风电并网仿真模型中转子侧变流器的直流侧，同时再并入Crowbar电路，搭建出混合储能与Crowbar结合的低电压穿越模型模型，在并网点电压跌落时实现低电压穿越。2.根据权利要求1所述的混合储能与撬棒电阻的风电并网低电压穿越控制方法，其特征在于，所述步骤1具体如下：混合储能模型包括锂电池部分和超级电容部分，其中锂电池接有Boost电路，使锂电池的输出电压比输入电压高；超级电容则接有Buck
‑
Boost电路，使超级电容的输出电压可低于也可高于输入电压；将二者并到一起进行能量的输出和输入，当电压跌落至大于0.5pu时，控制投入锂电池吸收多余的电能，当电压跌落至小于0.5pu时，控制投入超级电容和Crowbar电路，吸收多余的电能。3.根据权利要求2所述的混合储能与撬棒电阻的风电并网低电压穿越控制方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：风机为双馈异步风力发电机模型，变流器由转子侧变流器和网侧变流器组成；转子侧变流器控制策略如下：公式(9)是定子与转子的转速关系式，公式(10)是定子与转子的频率关系式，当双馈感应电机处于稳定运行状态时，定子与转子的旋转磁场之间呈现出相对静止的特征，用以下公式表述：n1＝n2+n
r
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(9)因为有：n1为定子转速，n2为相对于定子转速，n
r
为转子磁势转速，f1为定子频率，f2为转子频率，p为极对数；网侧变流器控制策略：三相绕组电压方程对于三相定子绕组而言，其电压可以用以下方程进行计算：
相应的三相转子绕组电压方程为：在上述方程式中，参数u
sA u
sB u
sC u
ra u
rb u
rc
的含义为A、B、C三相定子与转子的瞬时相电压；参数i
sA ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建华，刘雨腾，卢琪海，韦昌杰，魏娆，张博莹，段建东，赵瑞阳，杨威，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：