本實(shí)用新型的實(shí)施例涉及新能源并網(wǎng)發(fā)電控制技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。作為一種可再生能源,風(fēng)能的開發(fā)利用近年來得到了極大的關(guān)注,大量的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)按照風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可分為恒頻/恒速和恒頻/變速兩種。其中恒頻/變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)風(fēng)速的狀況實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在最佳葉尖速比附近,優(yōu)化風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率,同時(shí)通過控制系統(tǒng)可以保證發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出頻率恒定的電功率。
恒頻/變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中最為常見就是雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。雙饋風(fēng)機(jī)的定子與電網(wǎng)直接相連,轉(zhuǎn)子通過變頻器連接到電網(wǎng)中,變頻器可以改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子輸入電流的頻率,進(jìn)而可以保證發(fā)電機(jī)定子輸出跟電網(wǎng)頻率同步,實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制。隨著風(fēng)力發(fā)電容量、風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模越來越大,風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)要求雙饋風(fēng)機(jī)必須具備低電壓穿越能力。常用的低電壓穿越控制策略是利用撬棒電路(Crowbar)在故障期間將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路以減小流入轉(zhuǎn)子側(cè)換流器的故障電流,從而避免風(fēng)機(jī)退出運(yùn)行。
然而,現(xiàn)有技術(shù)中,當(dāng)出現(xiàn)遠(yuǎn)端交流系統(tǒng)故障時(shí),往往會(huì)帶來暫態(tài)功率擾動(dòng),影響交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越控制系統(tǒng),能夠提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
為了達(dá)成上述目的,本申請(qǐng)的實(shí)施例提供一種雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越控制系統(tǒng),包括:低電壓穿越控制器、網(wǎng)側(cè)換流器控制器、網(wǎng)側(cè)換流器以及雙饋風(fēng)機(jī);
所述低電壓穿越控制器,用于檢測(cè)雙饋風(fēng)機(jī)的出口電壓有效值,當(dāng)確定所述出口電壓有效值小于低電壓穿越啟動(dòng)值時(shí),向所述網(wǎng)側(cè)換流器控制器輸出切換使能信號(hào);
所述網(wǎng)側(cè)換流器控制器接收到所述換使能信號(hào)后,控制網(wǎng)側(cè)換流器由穩(wěn)態(tài)時(shí)的定無功電流控制切換到定暫態(tài)交流電壓控制;
定暫態(tài)交流電壓控制啟動(dòng)后,所述網(wǎng)側(cè)換流器Q軸電流增大,所述雙饋風(fēng)機(jī)增大輸出的無功功率。
本實(shí)用新型的實(shí)施例所提供的雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越控制系統(tǒng),在出現(xiàn)遠(yuǎn)端交流系統(tǒng)故障時(shí),若確定雙饋風(fēng)機(jī)的出口電壓有效值小于低電壓穿越啟動(dòng)值,則Q軸電流由定電流控制切換為暫態(tài)交流電壓控制,雙饋風(fēng)機(jī)輸出一定的無功功率對(duì)交流系統(tǒng)電壓進(jìn)行支撐,從而提高了交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
附圖說明
為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本實(shí)用新型的實(shí)施例所提供的雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為風(fēng)速、雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及輸出有功功率之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的說明示意圖;
圖3本實(shí)用新型的實(shí)施例中對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)換流器控制器結(jié)構(gòu)的說明示意圖;
圖4本實(shí)用新型的實(shí)施例中對(duì)網(wǎng)側(cè)換流器控制器結(jié)構(gòu)的說明示意圖;
圖5本實(shí)用新型的實(shí)施例中對(duì)低電壓穿越恢復(fù)值、低電壓穿越啟動(dòng)值以及低電壓穿越閉鎖值的說明示意圖;
圖6本實(shí)用新型的實(shí)施例中對(duì)低電壓穿越控制器的結(jié)構(gòu)說明示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖,對(duì)本實(shí)用新型實(shí)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(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
實(shí)施例
本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種雙饋風(fēng)機(jī)改進(jìn)低電壓穿越控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)在雙饋風(fēng)機(jī)有功功率與無功功率解耦控制的基礎(chǔ)上,通過暫態(tài)交流電壓控制與Crowbar控制相結(jié)合的方式控制低電壓穿越,使雙饋風(fēng)機(jī)在遠(yuǎn)端故障期間輸出一定的無功功率支撐系統(tǒng)電壓,并進(jìn)一步使雙饋風(fēng)機(jī)在近端故障時(shí)迅速投入Crowbar控制并閉鎖轉(zhuǎn)子換流器迅速減小轉(zhuǎn)子電流。以下結(jié)合實(shí)施例做具體說明。
控制系統(tǒng)如圖1所示,包括雙饋風(fēng)機(jī)101、網(wǎng)側(cè)換流器102、轉(zhuǎn)子側(cè)換流器103,還可以進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar電路104。以上各部分均包括各自的控制器(圖1中未畫出),具體為低電壓穿越控制器、網(wǎng)側(cè)換流器控制器以及轉(zhuǎn)子側(cè)換流器控制器。
低電壓穿越控制器,用于檢測(cè)雙饋風(fēng)機(jī)101的出口電壓有效值,當(dāng)確定出口電壓有效值小于低電壓穿越啟動(dòng)值時(shí),向網(wǎng)側(cè)換流器控制器輸出切換使能信號(hào)。
網(wǎng)側(cè)換流器控制器接收到換使能信號(hào)后,控制網(wǎng)側(cè)換流器102由穩(wěn)態(tài)時(shí)的定無功電流控制切換到定暫態(tài)交流電壓控制。
定暫態(tài)交流電壓控制啟動(dòng)后,為提高風(fēng)機(jī)出口母線電壓,網(wǎng)側(cè)換流器102Q軸電流增大,雙饋風(fēng)機(jī)101輸出的無功功率也隨之增大。
可選的,低電壓穿越控制系統(tǒng)還包括:轉(zhuǎn)子側(cè)換流器控制器、轉(zhuǎn)子側(cè)換流器103、Crowbar電路控制器以及轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar電路104。
參見圖2所示,在特定風(fēng)速下,雙饋風(fēng)機(jī)101轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和輸出有功功率最大值存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
在一種具體的實(shí)施方式中,通過實(shí)時(shí)測(cè)量風(fēng)速確定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速值,再通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速PI控制得到轉(zhuǎn)子側(cè)換流器103Q軸電流參考值。轉(zhuǎn)子側(cè)換流器控制器,用于檢測(cè)雙饋風(fēng)機(jī)101的轉(zhuǎn)子電流有效值;當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)換流器控制器確定轉(zhuǎn)子電流有效值大于Crowbar控制啟動(dòng)值,且當(dāng)?shù)碗妷捍┰娇刂破鞔_定出口電壓有效值小于低電壓穿越閉鎖值時(shí),Crowbar電路控制器控制轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar電路104投入運(yùn)行,轉(zhuǎn)子側(cè)換流器控制器閉鎖轉(zhuǎn)子側(cè)換流器103;網(wǎng)側(cè)換流器102保持定無功電流控制。
可選的,結(jié)合圖3所示,轉(zhuǎn)子側(cè)換流器控制器包括:無功功率減法器31、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速減法器32、無功功率PI控制器33、轉(zhuǎn)速PI控制器34、定子電壓鎖相環(huán)35、相角減法器36和DQ軸坐標(biāo)變換器37。本實(shí)施例中雙饋風(fēng)機(jī)101轉(zhuǎn)子側(cè)換流器103采用有功功率與無功功率解耦控制,并選取轉(zhuǎn)子磁鏈方向?yàn)閰⒖挤较颉?/p>
圖3中,usabc為網(wǎng)側(cè)三相電壓,θs為網(wǎng)側(cè)電壓相角,θr為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相角,θerr為θs與θr的相角差,Qref為無功功率參考值,Qw為雙饋風(fēng)機(jī)101輸出的無功功率值,wref為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速參考值,Ird_ref、Irq_ref為轉(zhuǎn)子側(cè)換流器103DQ軸電流參考值,Ira_ref、Irb_ref、Irc_ref為ABC三相電流參考值,用于生成轉(zhuǎn)子側(cè)換流器103的觸發(fā)脈沖。
無功功率減法器31的輸入信號(hào)為無功功率參考值Qref以及雙饋風(fēng)機(jī)101輸出無功功率值Qw,無功功率減法器31的輸出信號(hào)作為無功功率PI控制器33的輸入信號(hào),無功功率PI控制器33輸出轉(zhuǎn)子側(cè)換流器103DQ軸電流參考值Ird_ref;
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速減法器32的輸入信號(hào)為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速參考值wref以及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速測(cè)量值w,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速減法器32的輸出信號(hào)作為轉(zhuǎn)速PI控制器34的輸入信號(hào),轉(zhuǎn)速PI控制器34輸出轉(zhuǎn)子側(cè)換流器103DQ軸電流參考值Irq_ref;
定子電壓鎖相環(huán)35的輸入信號(hào)為網(wǎng)側(cè)三相電壓usabc,定子電壓鎖相環(huán)35的輸出信號(hào)網(wǎng)側(cè)電壓相角θs作為相角減法器36的輸入信號(hào),相角減法器36的輸入信號(hào)還包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相角θr,相角減法器36的輸出信號(hào)θerr為θs與θr的相角差;
DQ軸坐標(biāo)變換器37的輸入信號(hào)為Ird_ref、Irq_ref以及θerr,通過DQ坐標(biāo)系到ABC三相坐標(biāo)系的變換得到Ira_ref、Irb_ref、Irc_ref用來生成觸發(fā)脈沖。
本實(shí)施例中,雙饋風(fēng)機(jī)101轉(zhuǎn)子側(cè)換流器103首先根據(jù)實(shí)時(shí)風(fēng)速與功率-轉(zhuǎn)速曲線確定wref,wref與w相減再通過PI控制器得到Irq_ref;接著,Qref與Qw相減并通過PI控制器得到Ird_ref;最后,通過DQ坐標(biāo)系到ABC三相坐標(biāo)系的變換得到Ira_ref、Irb_ref、Irc_ref用來生成觸發(fā)脈沖。其中,坐標(biāo)變換的角度θerr等于θs與θr的差值,θs由usabc通過鎖相環(huán)獲得。
可選的,結(jié)合圖4所示,網(wǎng)側(cè)換流器控制器包括:包括直流電壓減法器41、直流電壓PI控制器42、交流電壓減法器43、交流電壓PI控制器44、低電壓穿越判斷環(huán)節(jié)45、兩個(gè)DQ軸電流參考值限幅環(huán)節(jié)分別用圖標(biāo)46和47表示、網(wǎng)側(cè)電壓鎖相環(huán)48、兩個(gè)DQ軸電流減法器分別用圖標(biāo)49和410表示、兩個(gè)DQ軸電流PI控制器分別用圖標(biāo)411和412表示和兩個(gè)DQ軸坐標(biāo)變換器分別用圖標(biāo)413和414表示。
圖4中,Udc_ref為直流電壓參考值,Udc為直流電壓測(cè)量值,Idref_max、Idref_min、Iqref_max、Iqref_min為D軸參考電流限幅值。
其中,
Id_ref、Iq_ref為DQ軸電流參考值,Id、Iq為DQ軸電流測(cè)量值,Ud_ref、Uq_ref為DQ軸電壓參考值,Ua_ref、Ub_ref、Uc_ref為三相電壓參考值用來生成觸發(fā)脈沖,ia、ib、ic為三相電流測(cè)量值,Uac_ref為交流電壓參考值,Urms_ac為交流電壓測(cè)量值有效值,LVRT_EN為低電壓穿越使能信號(hào)。
直流電壓減法器41的輸入信號(hào)為直流電壓參考值Udc_ref以及直流電壓測(cè)量值Udc,直流電壓減法器41的輸出信號(hào)作為直流電壓PI控制器42的輸入信號(hào),直流電壓PI控制器42的輸出信號(hào)經(jīng)過一個(gè)DQ軸電流參考值限幅環(huán)節(jié)46后輸出DQ軸電流參考值Id_ref,Id_ref與DQ軸電流測(cè)量值Id作為一個(gè)DQ軸電流減法器49的輸入信號(hào),一個(gè)DQ軸電流減法器49的輸出信號(hào)作為一個(gè)DQ軸電流PI控制器411的輸入信號(hào),一個(gè)DQ軸電流PI控制器411輸出DQ軸電壓參考值Ud_ref;
交流電壓減法器43的輸入信號(hào)為交流電壓參考值Uac_ref以及交流電壓測(cè)量值有效值Urms_ac,交流電壓減法器43的輸出信號(hào)作為交流電壓PI控制器44的輸入信號(hào);
低電壓穿越判斷環(huán)節(jié)45的輸入信號(hào)包括DQ軸電流參考值Iq_ref,交流電壓PI控制器44的輸出信號(hào)經(jīng)過另一個(gè)DQ軸電流參考值限幅環(huán)節(jié)47后的輸出信號(hào)、從低電壓穿越控制器接收到的低電壓穿越使能信號(hào)LVRT_EN,低電壓穿越判斷環(huán)節(jié)45的輸出信號(hào)與DQ軸電流測(cè)量值Iq作為另一個(gè)DQ軸電流減法器410的輸入信號(hào),另一個(gè)DQ軸電流減法器410的輸出信號(hào)作為另一個(gè)DQ軸電流PI控制器412的輸入信號(hào),另一個(gè)DQ軸電流PI控制器412輸出DQ軸電壓參考值Uq_ref;
網(wǎng)側(cè)電壓鎖相環(huán)48的輸入信號(hào)為網(wǎng)側(cè)三相電壓usabc,輸出信號(hào)為網(wǎng)側(cè)電壓相角θs;Ud_ref、Uq_ref以及θs作為一個(gè)DQ軸坐標(biāo)變換器413的輸入信號(hào),一個(gè)DQ軸坐標(biāo)變換器413輸出三相電壓參考值Ua_ref、Ub_ref、Uc_ref用來生成觸發(fā)脈沖;
Id和Iq為另一個(gè)DQ軸坐標(biāo)變換器414的輸出信號(hào),另一個(gè)DQ軸坐標(biāo)變換器414的輸入信號(hào)為三相電流測(cè)量值ia、ib、ic以及θs。
本實(shí)施例中,網(wǎng)側(cè)換流器102首先將Udc_ref與Udc相減并經(jīng)過PI控制和限幅環(huán)節(jié)得到Id_ref,同時(shí)穩(wěn)態(tài)條件下直接設(shè)定Iq_ref,LVRT_EN為1時(shí)則進(jìn)入暫態(tài)交流電壓控制,將Uac_ref與Urms_ac相減并經(jīng)過PI控制和限幅環(huán)節(jié)得到Iq_ref;Id_ref與Iq_ref經(jīng)過內(nèi)環(huán)PI控制得到Ud_ref與Uq_ref為DQ軸電壓參考值,Ua_ref、Ub_ref、Uc_ref為三相電壓參考值用來生成;最后通過DQ坐標(biāo)系到ABC坐標(biāo)系的變換得到Ua_ref、Ub_ref、Uc_ref用來生成觸發(fā)脈沖。
參見圖5所示,ULVRT_RS為低電壓穿越恢復(fù)值,ULVRT為低電壓穿越啟動(dòng)值,ULVRT_OFF為低電壓穿越閉鎖值。當(dāng)ULVRT<Urms_ac<1時(shí),網(wǎng)側(cè)換流器102Q軸電流采用定電流控制;當(dāng)ULVRT_OFF<Urms_ac<ULVRT時(shí),Q軸電流切換為暫態(tài)交流電壓控制,此時(shí)由于雙饋風(fēng)機(jī)101輸出的無功功率很難將系統(tǒng)電壓恢復(fù)到額定值因此Iq_ref將達(dá)到最大限幅值Iqref_max,直至ULVRT_RS<Urms_ac時(shí)才恢復(fù)定電流控制;當(dāng)Urms_ac<ULVRT_OFF時(shí),Q軸電流依然采用定電流控制,若此時(shí)轉(zhuǎn)子換流器電流大于Crowbar電流啟動(dòng)值,則投入轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar電路104。定電流控制下,Iq_ref通常取0。
可選的,結(jié)合圖6所示,低電壓穿越控制器包括:兩個(gè)交流電壓有效值比較器分別用圖標(biāo)61和62表示、低電壓穿越啟動(dòng)判斷環(huán)節(jié)63、低電壓穿越終止判斷環(huán)節(jié)64、取反邏輯65與低穿啟動(dòng)乘法器66。
圖6中,SLVRT為低電壓穿越啟動(dòng)標(biāo)志;SLVRT_RS為低電壓穿越恢復(fù)標(biāo)志;Fault_start為低穿開始信號(hào);Fault_end為低穿結(jié)束信號(hào)。
交流電壓測(cè)量值有效值Urms_ac通過一個(gè)交流電壓有效值比較器61低電壓穿越啟動(dòng)值ULVRT比較,輸出信號(hào)作為低電壓穿越啟動(dòng)判斷環(huán)節(jié)63的輸入信號(hào),低電壓穿越啟動(dòng)判斷環(huán)節(jié)63輸出低穿開始信號(hào)Fault_start。
交流電壓測(cè)量值有效值Urms_ac通過另一個(gè)交流電壓有效值比較器62與低電壓穿越恢復(fù)值ULVRT_RS比較,輸出信號(hào)作為低電壓穿越終止判斷環(huán)節(jié)64的輸入信號(hào),低電壓穿越終止判斷環(huán)節(jié)64輸出低穿結(jié)束信號(hào)Fault_end,F(xiàn)ault_end經(jīng)過取反邏輯65后,與Fault_start信號(hào)一同輸入低穿啟動(dòng)乘法器66,低穿啟動(dòng)乘法器66輸出低電壓穿越使能信號(hào)LVRT_EN。
本實(shí)施例中,當(dāng)遠(yuǎn)端交流系統(tǒng)故障且ULVRT_OFF<Urms_ac<ULVRT時(shí),SLVRT為1,則Fault_start為1,由于Fault_end為0,所以Fault_end取反后再乘以Fault_start得到的LVRT_EN為1,即低電壓穿越控制使能;當(dāng)故障恢復(fù)且ULVRT_RS<Urms_ac時(shí),SLVRT_RS為1,則Fault_end為1,經(jīng)過取反并乘以Fault_start后等于0,也就是LVRT_EN為0,低電壓穿越結(jié)束。
本實(shí)用新型的實(shí)施例所提供的雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越控制系統(tǒng),在出現(xiàn)遠(yuǎn)端交流系統(tǒng)故障時(shí),若確定雙饋風(fēng)機(jī)的出口電壓有效值小于低電壓穿越啟動(dòng)值,則Q軸電流由定電流控制切換為暫態(tài)交流電壓控制,雙饋風(fēng)機(jī)輸出一定的無功功率對(duì)交流系統(tǒng)電壓進(jìn)行支撐。故障恢復(fù)時(shí),若確定出口電壓有效值大于低電壓穿越恢復(fù)值時(shí),控制網(wǎng)側(cè)換流器由定暫態(tài)交流電壓控制切換回定無功電流控制,雙饋風(fēng)機(jī)輸出的無功功率恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值,雙饋風(fēng)機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出無功功率為0。進(jìn)一步地,當(dāng)近端交流系統(tǒng)故障時(shí),若雙饋風(fēng)機(jī)出口電壓有效值低于低電壓穿越閉鎖值,則Q軸電流保持定電流控制,此時(shí)若轉(zhuǎn)子電流有效值大于Crowbar控制啟動(dòng)值,則投入轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar電路并閉鎖轉(zhuǎn)子換流器,以防止轉(zhuǎn)子換流器過流,從而提高了交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
以上,僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式,但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此,本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。