永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制 方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在正常運(yùn)行過(guò)程中，主回路存在如下功率平衡關(guān)系： Pgen-Pffld= Pdc= Udcidc= Udccdc(dudydt)。其中，Pgen為發(fā)電機(jī)的輸出有功功率，P g"d為風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組注入電網(wǎng)的有功功率，Pd。為直流母線(xiàn)有功功率，u d。為直流側(cè)電壓，I d。為直流側(cè) 電流，Cd。為直流側(cè)穩(wěn)壓電容容值。
[0003] 當(dāng)電網(wǎng)側(cè)電壓急劇升高時(shí)，電網(wǎng)將向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組注入一定的逆向功率即電網(wǎng)注 入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的逆向有功功率P Mg，此時(shí)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主回路存在如下功率 平衡關(guān)系：Pgf3n+Pnf3g-P g"d-PR= P d。= U dtJd。= U d(：Cd(：(dUd(：/dt)。其中，Pr為直流側(cè)卸荷電阻損 耗的有功功率。由于發(fā)電機(jī)的輸出有功功率P gOT固定，直流側(cè)卸荷電阻損耗的有功功率P R 有限，電網(wǎng)注入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的逆向有功功率PMg的存在使得直流側(cè)電壓U d。急劇上升。由 于直流側(cè)穩(wěn)壓電容所能存儲(chǔ)的功率固定，即直流母線(xiàn)有功功率Pd。存在閾值，因此直流側(cè)電 壓U d。存在閾值。當(dāng)直流側(cè)電壓U d。超過(guò)閾值時(shí)，將導(dǎo)致直流側(cè)穩(wěn)壓電容損壞，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組停機(jī)。因此需保證直流側(cè)電壓Ud。處于閾值之下，并使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠承受規(guī)定 時(shí)間內(nèi)的電網(wǎng)側(cè)高電壓，即實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越（High Voltage Ride Through， 簡(jiǎn)稱(chēng)HVRT)功能。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，一般通過(guò)直流側(cè)能耗電路增容的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿 越功能。但此種方式會(huì)加劇直流側(cè)卸荷電阻的散熱問(wèn)題，且與直流側(cè)卸荷電阻對(duì)應(yīng)的基于 絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，簡(jiǎn)稱(chēng)IGBT)的控制回路也需 進(jìn)行硬件升級(jí)，增加成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實(shí)施例提供一種永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制方法及裝置，以 使得直流側(cè)電壓穩(wěn)定，在不改變硬件結(jié)構(gòu)，不增加成本的情況下實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓 穿越功能，且避免直流側(cè)卸荷電阻的散熱問(wèn)題的加劇。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：
[0007] -方面，本發(fā)明提供一種永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制方法，包括：
[0008] 根據(jù)發(fā)電機(jī)的輸出有功功率差值、預(yù)設(shè)的高電壓穿越持續(xù)時(shí)間和發(fā)電機(jī)的機(jī)械角 速度計(jì)算得到發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩差值；
[0009] 根據(jù)所述發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩差值和發(fā)電機(jī)的電角速度計(jì)算得到發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn) 矩的給定值；
[0010] 根據(jù)所述發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的給定值對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。
[0011] 另一方面，本發(fā)明提供一種永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制裝置，包括：
[0012] 慣性響應(yīng)計(jì)算模塊，用于根據(jù)發(fā)電機(jī)的輸出有功功率差值、預(yù)設(shè)的高電壓穿越持 續(xù)時(shí)間和發(fā)電機(jī)的機(jī)械角速度計(jì)算得到發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩差值；
[0013] 電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩差值和發(fā)電機(jī)的電角速度計(jì) 算得到發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的給定值；
[0014] 控制模塊，用于根據(jù)所述發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的給定值對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制方法及裝置，根據(jù)發(fā)電機(jī) 的輸出有功功率差值計(jì)算得到發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的給定值，并根據(jù)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的給 定值對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，使得發(fā)電機(jī)的輸出有功功率減小，消除了電網(wǎng)注入風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組的逆向有功功率對(duì)直流側(cè)電壓的影響，使得直流側(cè)電壓穩(wěn)定，在不改變硬件結(jié)構(gòu)，不增 加成本的情況下實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越功能，且避免了直流側(cè)卸荷電阻的散熱問(wèn) 題的加劇。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主回路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為圖1所示的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主回路在高電壓穿越HVRT運(yùn)行期間的 功率平衡關(guān)系不意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明提供的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制方法一個(gè)實(shí)施例的 邏輯示意圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明提供的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制方法又一個(gè)實(shí)施例 的邏輯示意圖；
[0020] 圖5為本發(fā)明提供的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制裝置一個(gè)實(shí)施例的 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖6為本發(fā)明提供的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制裝置又一個(gè)實(shí)施例 的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 其中：51_慣性響應(yīng)計(jì)算模塊；52-電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊；53-控制模塊；61-輸出有 功功率差值計(jì)算模塊；62-第一計(jì)算子模塊；63-第二計(jì)算子模塊；64-第三計(jì)算子模塊； 65-電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)際值計(jì)算子模塊；66-電磁轉(zhuǎn)矩給定值計(jì)算子模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 在對(duì)本發(fā)明的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制方法及裝置進(jìn)行描述之前， 先來(lái)介紹一下永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主回路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及在高電壓穿越HVRT運(yùn)行期間 的功率平衡關(guān)系。
[0024] 圖1為永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主回路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，葉輪11直 接驅(qū)動(dòng)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)12運(yùn)行，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)12輸出端連接發(fā)電機(jī)側(cè)三相整 流器13,發(fā)電機(jī)側(cè)三相整流器13、直流側(cè)穩(wěn)壓與能耗電路14(包括直流側(cè)穩(wěn)壓電容15、直 流側(cè)卸荷電阻16和卸荷電阻前置IGBT模塊17)、電網(wǎng)側(cè)三相逆變器18組成了全功率變流 器，電網(wǎng)側(cè)三相逆變器18輸出端與濾波電感19相連，濾波電感19輸出端并入電網(wǎng)20。
[0025] 圖2為圖1所示的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主回路在高電壓穿越HVRT運(yùn)行期間的 功率平衡關(guān)系示意圖。如圖2所示，圖1所示的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主回路在高電壓穿 越HVRT運(yùn)行時(shí)的功率平衡關(guān)系如下：發(fā)電機(jī)的輸出有功功率Pgen+電網(wǎng)注入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 的逆向有功功率Ρ_-風(fēng)力發(fā)電機(jī)組注入電網(wǎng)的有功功率Pg"d-直流側(cè)卸荷電阻損耗的有功 功率P r =直流母線(xiàn)有功功率P d。。
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制方法及 裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0027] 實(shí)施例一
[0028] 圖3為本發(fā)明提供的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制方法一個(gè)實(shí)施例的 邏輯示意圖。如圖3所示，本實(shí)施例的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓穿越控制方法，具體可 以包括：
[0029] S301，根據(jù)發(fā)電機(jī)的輸出有功功率差值Λ Pgen、預(yù)設(shè)的高電壓穿越持續(xù)時(shí)間Λ t和 發(fā)電機(jī)的機(jī)械角速度計(jì)算得到發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩差值Λ T。
[0030] 具體的，發(fā)電機(jī)的輸出有功功率差值Λ ?_等于電網(wǎng)注入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的逆向有 功功率Prag，以消除電網(wǎng)注入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的逆向有功功率P rag對(duì)直流側(cè)電壓Ud。的影響。預(yù) 設(shè)的高電壓穿越持續(xù)時(shí)間Λ t為并網(wǎng)規(guī)程要求的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在高電壓穿越狀態(tài)下 的持續(xù)時(shí)間。例如，國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 1878-2013《風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功配置及電壓控制 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》明確對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高電壓穿越能力提出了要求：若電網(wǎng)側(cè)電壓超過(guò)1. 2個(gè) 標(biāo)幺值（per unit，簡(jiǎn)稱(chēng)p. u)，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出運(yùn)行；若電網(wǎng)側(cè)電壓在I. 15p. u~I. 2p. u之間，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需具備每次運(yùn)行200毫秒（ms)能力；若電網(wǎng)側(cè)電壓在I. lp.u~ I. 15p.u之間，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需具備每次運(yùn)行2秒（s)能力。發(fā)電機(jī)的機(jī)械角速度Coni可 通過(guò)采集得到。
[0031] S302,根據(jù)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩差值Λ T和發(fā)電機(jī)的電角速