專利名稱：一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對稱故障穿越控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源電源控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對稱故障穿越控制方法。
背景技術(shù)：
目前，對于風(fēng)電場中應(yīng)用最為廣泛的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，故障時發(fā)電機(jī)定子電壓突然跌落，將使定子磁鏈中產(chǎn)生較大衰減直流分量。由于發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組之間存在電磁耦合關(guān)系，定子磁鏈的直流分量將使轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)產(chǎn)生較大的暫態(tài)電壓和電流。而雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子繞組處所接變換器的額定容量相對較小(僅為機(jī)組額定容量的20%-30%)，且該變換器本身過流和耐壓能力又較差，所以電網(wǎng)故障對轉(zhuǎn)子勵磁變換器安全運行的威脅極大，為保護(hù)這些變換器，目前應(yīng)用最為廣泛的是在轉(zhuǎn)子繞組側(cè)引入撬棒保護(hù)電路(又稱Crowbar電路)。但是現(xiàn)有基于轉(zhuǎn)子Crowbar電路的故障穿越控制技術(shù)，僅從保護(hù)變換器的角度，考慮轉(zhuǎn)子Crowbar電路的投切控制是存在一定問題的，這是因為在Crowbar電路投入運行情況下(轉(zhuǎn)子繞組側(cè)變換器閉鎖)，雙饋發(fā)電機(jī)處于異步發(fā)電的不可控狀態(tài)，特別是在Crowbar電路投入運行時間較長時，發(fā)電機(jī)將會從電網(wǎng)吸收大量無功功率，不僅對所接電網(wǎng)電壓穩(wěn)定產(chǎn)生非常不利的影響，也不能有效保障故障切除后風(fēng)力發(fā)電機(jī)組快速恢復(fù)正常運行。另外，現(xiàn)有多數(shù)低電壓穿越控制策略也把直流母線電壓作為轉(zhuǎn)子Crowbar電路的投切條件之一，忽略了故障期間直流母線電壓變化的根本原因。事實上，直流母線電壓與其兩側(cè)所接網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的功率流向及大小均有關(guān)，僅通過轉(zhuǎn)子Crowbar電路的投切控制并不能很好地保證故障期間直流電壓能夠在直流母線電容或變換器的電壓耐受水平范圍之內(nèi)，該電壓一旦超出上述范圍，發(fā)電機(jī)組將會因電容或變換器本身保護(hù)動作而被迫從電網(wǎng)中切除。同時，現(xiàn)有的低電壓穿越控制策略也很少涉及故障切除后雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組如何快速恢復(fù)正常運行狀態(tài)，實質(zhì)上，對于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，故障切除與故障發(fā)生相類似，由于機(jī)端電壓突變導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子磁鏈中產(chǎn)生的較大衰減直流分量也將直接影響轉(zhuǎn)子電壓和電流。而變換器本身的調(diào)節(jié)和控制能力是有限的，故障切除后如不采取合適的控制策略風(fēng)電機(jī)組將并不能達(dá)到穩(wěn)定運行狀態(tài)。由此可見，現(xiàn)有的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障穿越控制策略并不能很好地滿足新電網(wǎng)規(guī)則所要求的風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對稱故障穿越控制方法，利用該方法能夠克服現(xiàn)有故障穿越控制策略中存在的缺陷，從而提高雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障穿越能力。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對稱故障穿越控制方法，所述控制方法包括:
在電網(wǎng)故障下，當(dāng)通過雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子電流超過轉(zhuǎn)子變換器的最大允許電流值時，所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子Crowbar電路將投入運行，同時閉鎖所述轉(zhuǎn)子變換器，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路短接；在故障發(fā)生期間，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路投入時長為τ r后且轉(zhuǎn)子電流值小于Crowbar保護(hù)動作門濫值時,所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路退出運行，同時重啟轉(zhuǎn)子變換器，使雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)入無功功率工作模式；故障切除后，轉(zhuǎn)子變換器通過恢復(fù)控制策略切換到有功功率工作模式，停止向電網(wǎng)注入無功電流，其中在恢復(fù)控制策略作用的初始時刻將轉(zhuǎn)速控制回路中PI控制器積分環(huán)節(jié)的輸出重置為實際轉(zhuǎn)子電流值。所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路投入時長τ r由以下方式獲得:利用獲取的所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子繞組參數(shù)和轉(zhuǎn)子Crowbar電阻值，采用如下公式計算等效時間常數(shù)τ r:Tr= (Rr+Rcrow) /L0其中=(1,4-4)/1,，Ls和Lr分別為發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子繞組等效電感，Lffl為定轉(zhuǎn)
子繞組互感，Rr為轉(zhuǎn)子繞組的等效電阻，Rcrow為轉(zhuǎn)子Crowbar電阻值。所述控制方法還包括:在故障發(fā)生期間，一旦直流母線電壓實際值與參考值之差超過0.lpu，所述直流母線電壓控制回路使直流卸荷電路投入。所述控制方 法還包括:在故障發(fā)生期間，為防止所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路投入期間轉(zhuǎn)子d軸和q軸電流控制回路中的比例積分PI控制器積分飽和，該PI控制器的輸入信號被置零；且當(dāng)所述轉(zhuǎn)子變換器重啟后，轉(zhuǎn)子q軸電流分量參考值設(shè)置為零，而d軸電流分量參考值從故障發(fā)生前的對應(yīng)參考值逐漸增加為按照我國電網(wǎng)要求風(fēng)電機(jī)組應(yīng)提供的無功支撐所對應(yīng)的參考值€/2 二(ftA/r+r)/4 ;其中，Qe= 1.5 Y (0.9-Y)為故障下發(fā)電機(jī)組
應(yīng)向電網(wǎng)提供的無功功率標(biāo)幺值，Y為故障后發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的跌落程度，Ls = LsJLm, L=1^。+1^，且1^。、1^。分別為發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子繞組漏感，Lm為定轉(zhuǎn)子繞組互感。所述控制方法還包括:在故障切除后，所述轉(zhuǎn)子變換器在恢復(fù)控制策略執(zhí)行的初始時刻，轉(zhuǎn)速PI控制器積分環(huán)節(jié)的輸出重置為實際轉(zhuǎn)子電流值，并在該轉(zhuǎn)速PI控制器的輸入端設(shè)置速率限制環(huán)節(jié)。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，所述控制方法包括:雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所接外部電網(wǎng)發(fā)生故障時，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子電流超過轉(zhuǎn)子變換器的最大允許電流值時，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將投入轉(zhuǎn)子Crowbar電路，同時閉鎖所述轉(zhuǎn)子變換器，此時雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路短接；在故障持續(xù)期間，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路投入時長為Tr后且轉(zhuǎn)子電流小于Crowbar保護(hù)動作門濫值時,轉(zhuǎn)子Crowbar電路被退出，同時重啟轉(zhuǎn)子側(cè)變換器，使發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)提供一定無功支撐；在故障切除后，轉(zhuǎn)子變換器通過恢復(fù)控制策略切換到有功功率工作模式，停止向電網(wǎng)注入無功電流，其中在恢復(fù)控制策略作用的初始時刻將所述轉(zhuǎn)速環(huán)PI控制器積分環(huán)節(jié)的輸出重置為轉(zhuǎn)子實際電流值，以保證發(fā)電機(jī)能夠快速恢復(fù)正常運行。利用該方法可克服現(xiàn)有故障穿越控制策略中存在的缺陷，從而提高逆雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障穿越能力。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對稱故障穿越控制方法流程示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的轉(zhuǎn)子Crowbar電路投切控制策略框圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器重啟控制策略原理框圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器恢復(fù)控制策略原理框圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的直流卸荷電路控制框圖；圖6為本發(fā)明實施例提供的含雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型示意圖；圖7為本發(fā)明實施例提供的故障發(fā)生和切除全過程中雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓波形圖；圖8為本發(fā)明實施例提供的故障全過程中雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子磁鏈波形圖；圖9為本發(fā)明實施例提供的故障全過程中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流低頻分量幅值變化曲線圖；圖10為本發(fā)明實施例提供的故障全過程中發(fā)電機(jī)實際轉(zhuǎn)子電流幅值曲線圖；圖11為本發(fā)明實施例提供的故障全過程中直流卸荷電路投切信號圖；圖12為本發(fā)明實施例提供的故障全過程中直流母線電壓變化曲線圖；圖13為本發(fā)明實施例提供的發(fā)電機(jī)定子側(cè)無功功率變化曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明實施例所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對稱故障穿越控制方法能夠在盡可能短的時間內(nèi)利用轉(zhuǎn)子Crowbar電路使故障引起的較大的轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流分量盡快衰減，并通過對正常運行時轉(zhuǎn)子側(cè)變換器相關(guān)控制器進(jìn)行稍加改進(jìn)，充分發(fā)揮轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的調(diào)節(jié)與控制能力，使故障期間發(fā)電機(jī)組能向電網(wǎng)提供所要求的無功功率支撐，故障切除后發(fā)電機(jī)組能快速恢復(fù)到正常運行狀態(tài)。同時，結(jié)合直流卸荷電路及相關(guān)控制策略，保證在故障發(fā)生和切除全過程中直流母線電壓變化不超過直流電容或變換器最大允許電壓范圍。下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實施例提供雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障穿越控制方法流程示意圖，圖1中所述控制方法包括:步驟11:在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電網(wǎng)故障下，使雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子Crowbar電路投入運行，同時閉鎖轉(zhuǎn)子變換器，所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路短接。
在該步驟中，當(dāng)通過所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子繞組的流入轉(zhuǎn)子變換器的電流超過其最大允許電流值(一般為1.5-2倍額定電流)時，所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子Crowbar電路投入運行，同時閉鎖轉(zhuǎn)子變換器，所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路短接。如圖2所示為本發(fā)明實施例所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路投切控制策略的示意圖，參考圖2:具體來說，轉(zhuǎn)子電流與定子磁鏈?zhǔn)噶恐g的關(guān)系為:
權(quán)利要求
1.一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對稱故障穿越控制方法，其特征在于，所述控制方法包括: 在電網(wǎng)故障下，當(dāng)通過雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子電流超過轉(zhuǎn)子變換器的最大允許電流值時，所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子Crowbar電路將投入運行，同時閉鎖所述轉(zhuǎn)子變換器，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路短接； 在故障發(fā)生期間，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路投入時長為\后且轉(zhuǎn)子電流值小于Crowbar保護(hù)動作門濫值時,所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路退出運行，同時重啟轉(zhuǎn)子變換器，使雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)入無功功率工作模式； 故障切除后，轉(zhuǎn)子變換器通過恢復(fù)控制策略切換到有功功率工作模式，停止向電網(wǎng)注入無功電流，其中在恢復(fù)控制策略作用的初始時刻將轉(zhuǎn)速控制回路中PI控制器積分環(huán)節(jié)的輸出重置為實際轉(zhuǎn)子電流值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對稱故障穿越控制方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路 投入時長τ r由以下方式獲得: 利用獲取的所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子繞組參數(shù)和轉(zhuǎn)子Crowbar電阻值，采用如下公式計算等效時間常數(shù) T r (Rr+Rcrow) L ο 其中4 =仏4-私)久，LjP k分別為發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子繞組等效電感，Lm為定轉(zhuǎn)子繞組互感，Rr為轉(zhuǎn)子繞組的等效電阻，Rcrow為轉(zhuǎn)子Crowbar電阻值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對稱故障穿越控制方法，其特征在于，所述控制方法還包括: 在故障發(fā)生期間，一旦直流母線電壓實際值與參考值之差超過0.1pu,所述直流母線電壓控制回路使直流卸荷電路投入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對稱故障穿越控制方法，其特征在于，所述控制方法還包括: 在故障發(fā)生期間，為防止所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路投入期間轉(zhuǎn)子d軸和q軸電流控制回路中的比例積分PI控制器積分飽和，該PI控制器的輸入信號被置零； 且當(dāng)所述轉(zhuǎn)子變換器重啟后，轉(zhuǎn)子q軸電流分量參考值設(shè)置為零，而d軸電流分量參考值從故障發(fā)生前的對應(yīng)參考值逐漸增加為按照我國電網(wǎng)要求風(fēng)電機(jī)組應(yīng)提供的無功支撐所對應(yīng)的參考值Cf2 =(込4斤+ r)/4,;其中，Qg = I.5 Y (0.9-Y)為故障下發(fā)電機(jī)組應(yīng)向電網(wǎng)提供的無功功率標(biāo)幺值，Y為故障后發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的跌落程度，Ls = Lso+Lffl, Lr =L"+Lm，且Ls。、Lro分別為發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子繞組漏感，Lm為定轉(zhuǎn)子繞組互感。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對稱故障穿越控制方法，其特征在于，所述控制方法還包括: 在故障切除后，所述轉(zhuǎn)子變換器在恢復(fù)控制策略執(zhí)行的初始時刻，轉(zhuǎn)速PI控制器積分環(huán)節(jié)的輸出重置為實際轉(zhuǎn)子電流值，并在該轉(zhuǎn)速PI控制器的輸入端設(shè)置速率限制環(huán)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對稱故障穿越控制方法。在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電網(wǎng)故障下，當(dāng)流入轉(zhuǎn)子變換器的電流超過其最大允許電流值時，所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子Crowbar電路投入運行，同時閉鎖所述轉(zhuǎn)子變換器；在故障發(fā)生期間，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路投入τr時長后且轉(zhuǎn)子電流值小于Crowbar保護(hù)動作門檻值時，所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路被切除，同時重啟所述轉(zhuǎn)子變換器；在故障切除后，所述轉(zhuǎn)子變換器通過恢復(fù)控制策略切換到有功功率工作模式，并停止向電網(wǎng)注入無功電流。利用該方法能夠克服現(xiàn)有故障穿越控制策略中存在的缺陷，從而提高雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障穿越能力。
文檔編號H02J3/38GK103178548SQ20131012524
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者劉素梅, 畢天姝, 薛安成, 楊奇遜 申請人:華北電力大學(xué)