一种动态调整转子撬棒阻值的双馈风机低电压穿越方法技术

本发明专利技术涉及一种动态调整转子撬棒阻值的双馈风机低电压穿越方法，采用动态调整电阻的Crowbar电路，两个并联电阻R1、R2分别由IGBT 1和IGBT2控制，两个IGBT周期交替导通，包括：当转子电流幅值|Ir|超过阈值Ir.th时，闭锁转子侧变流器，同时投入阻值为Rcb1的Crowbar电路，抑制任意电压跌落深度下的转子电流；当直流母线电容电压超过阈值Udc.th1时，计算并减小撬棒阻值为Rcb2；当直流母线电容电压超过阈值Udc.th2，Udc.th2＞Udc.th1，时，计算并减小撬棒阻值为Rcb3；当直流母线电容电压Udc在阈值Udc.th2以下且转子电流Ir降到其返回值时Ir.re时，切除Crowbar电路。

A doubly fed wind turbine low voltage dynamic adjustment of rotor crowbar resistance through method

The invention relates to a doubly fed wind turbine low voltage dynamic adjustment of rotor crowbar resistance through using Crowbar method, dynamic adjustment circuit resistance, two parallel resistor R1 and R2 respectively by IGBT and IGBT2 1 control, two IGBT cycles of alternating conduction, including: when the rotor current amplitude exceeds the threshold value of Ir.th |Ir | at the same time, blocking the rotor side converter, input resistance for Crowbar circuit Rcb1, the rotor current suppress any voltage sag depths; when the DC bus capacitor voltage exceeds a threshold value Udc.th1, calculate and reduce the crowbar resistance to Rcb2; when the DC bus capacitor voltage exceeds the threshold value of Udc.th2, Udc.th2, Udc.th1, and calculate and reduce crowbar resistance Rcb3; when the DC bus voltage in the Udc threshold Udc.th2 and rotor current Ir down to the return value of Ir.re, removal of Crowbar circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种动态调整转子撬棒阻值的双馈风机低电压穿越方法
本专利技术涉及双馈风机的低电压穿越方案，特别涉及一种实时动态调整转子撬棒阻值的低电压穿越方案。
技术介绍
随着电力电子技术的飞速发展，以双馈异步风力发电机(DFIG)为主的大型电力电子发电设备在电力系统中的比例不断提高。双馈风机独特的结构导致了其对电网故障更敏感，暂态特性更复杂，更容易发生脱网，危及电力系统的安全运行。《风电场接入电力系统技术规定》中明确提出了对风电场低电压穿越(LVRT)能力的基本要求，要求并网点电压跌落至20％标称电压时，风电机组拥有不脱网连续运行的能力。在电力系统出现严重故障时，DFIG机端出现严重的电压跌落，为实现低电压穿越，目前行之有效的办法大多需要在DFIG定转子侧增加硬件保护设备。其中，转子侧附加撬棒的保护装置是较为常用的低电压穿越方法。当前关于DFIG转子撬棒穿越技术的相关研究大多着重于通过对撬棒电阻的阻值整定及撬棒装置投切时刻的优化来提高低电压穿越效果，协助故障电网恢复。同时，通过设计新式撬棒电路结构和与之匹配的撬棒电路控制策略来提高装置的低电压穿越性能也是研究的重点。现有技术存在以下缺点和不足：转子撬棒电路多采用单一或多个固定阻值的保护电路结构，在撬棒电阻阻值整定时，通常牺牲转子过电流的抑制效果来保证直流母线电压不越限，低电压穿越效果不佳。同时，在深度故障下，转子撬棒直接切除导致转子电流二次冲击的产生，造成转子撬棒频繁反复投切现象，延长了转子撬棒投入时间，使得DFIG吸收无功增加，不利于系统电压恢复。
技术实现思路
针对现有技术中的不足和缺陷，本专利技术提供一种动态调整转子撬棒阻值的低电压穿越方法，采用动态调整阻值的转子撬棒电路，在故障过程中，依据故障信息及风机运行状态，实时整定并调整撬棒阻值，兼顾转子电流与直流母线电压的抑制，降低撬棒投切次数及投入时间，完成不同电网电压跌落深度下的低电压穿越。技术方案如下：一种动态调整转子撬棒阻值的双馈风机低电压穿越方法，采用动态调整电阻的Crowbar电路，两个并联电阻R1、R2分别由IGBT1和IGBT2控制，两个IGBT周期交替导通，通过控制开关占空比改变Crowbar等效电阻阻值，实现故障过程中转子Crowbar电阻的实时调整，Crowbar等效电阻的阻值为式中，D1、D2分别为IGBT1、IGBT2的导通脉宽的占空比；设撬棒投入的转子电流阈值为Ir.th，直流母线电容电压预警值为Udc.th1，直流母线电容电压最大允许值为Udc.th2，直流母线电容电压额定值为Udc.N，包括以下步骤：(1)当转子电流幅值|Ir|超过阈值Ir.th时，闭锁转子侧变流器，同时投入阻值为Rcb1的Crowbar电路，抑制任意电压跌落深度下的转子电流；(2)当直流母线电容电压Udc超过阈值Udc.th1时，根据此时刻的风机运行参数及电压跌落深度计算并减小撬棒阻值为Rcb2，抑制直流母线电容电压的上升；(3)当直流母线电容电压Udc超过阈值Udc.th2，Udc.th2＞Udc.th1，时，根据此时刻风机运行参数及电压跌落深度计算并减小撬棒阻值为Rcb3；(4)当直流母线电容电压Udc在阈值Udc.th2以下且转子电流Ir降到其返回值时Ir.re时，切除Crowbar电路；其中，Rcb1的整定原则：在转子电流相位为零的时刻，风机并网点发生三相短路且电压跌落深度为1，撬棒瞬时投入后转子电流峰值的可能最大值Imax.1小于转子电流最大允许值Imax.th；Rcb2的整定原则有两个：原则1：该撬棒投入后，撬棒两端电压峰值小于直流母线电容电压预警值Udc.th1；原则2：转子电流峰值Imax.2小于转子电流最大允许值Imax.th；Rcb3的整定原则为有两个：原则1：该撬棒投入后，撬棒两端电压峰值小于直流母线电容电压额定值Udc.N；原则2：转子电流峰值Imax.3小于转子电流最大允许值Imax.th；其中，直流母线电容电压预警值Udc.th1可由下式算出：Udc.th1＝80％(Udc.th2-Udc.N)+Udc.N。与现有技术相比较，本方案在故障过程中动态调整转子撬棒阻值，在电压严重跌落时实现了双馈风机的低电压穿越，达到以下有益效果：(1)在故障初期投入大阻值撬棒，保证该阶段转子电流冲击得到有效抑制，降低转子电流峰值。(2)在故障过程中，依据故障信息，实时调整撬棒阻值，通过分阶段逐级减小撬棒阻值，保证转子过电流抑制效果的同时，降低直流母线电容电压，完成不同故障下的DFIG的低电压穿越。(3)减小了撬棒电路切除时对应的撬棒阻值，这样可以抑制转子电流二次过流现象，减小了撬棒投入时间与投切次数，降低对系统电压恢复的不利影响。附图说明图1为动态调整电阻Crowbar电路结构图图2为Crowbar自适应控制策略图图3为实施例的DFIG并网图图4(a)电压跌落60％时风机低电压穿越时暂态响应图4(b)电压跌落60％时不同方案转子电流对比图4(c)电压跌落60％时不同方案直流母线电压对比图5(a)电压跌落80％时风机低电压穿越时暂态响应图5(b)电压跌落80％时不同方案转子电流对比图5(c)电压跌落80％时不同方案直流母线电压对比图6撬棒触发信号具体实施方式本专利技术提供了一种动态调整撬棒阻值的低电压穿越方案，在故障初期，投入大阻值撬棒保证转子过电流的抑制。并在后续故障过程中，设定多个直流母线电压阈值，在DFIG直流母线电压到达不同阈值后，依据实际电压跌落深度和风机运行状态变化实时整定计算并调整撬棒阻值，在保证转子电流抑制效果的前提下，多次逐级减小撬棒阻值以抑制直流母线电压上升，提高不同故障深度下DFIG低电压穿越效果。同时减小电路切除时的撬棒阻值，抑制转子电流二次冲击现象，减少撬棒投切次数与投入时间。本专利技术采用动态调整电阻Crowbar电路，其电路结构如图1所示，两个并联电阻R1、R2分别由IGBT1和2控制。两个IGBT周期交替导通，通过控制开关占空比可改变Crowbar等效电阻阻值，实现故障过程中转子Crowbar电阻的实时调整。Crowbar等效电阻的阻值为式中，D1、D2分别为IGBT1、2的导通脉宽的占空比。自适应控制策略流程图如图2所示。该自适应控制策略的原理如下：(1)当转子电流幅值|Ir|超过阈值Ir.th(一般为2p.u.)时，闭锁转子侧变流器，同时投入阻值为Rcb1的Crowbar电路，Rcb1阻值较大，能抑制任意电压跌落深度下的转子电流；(2)当直流母线电容电压Udc超过阈值Udc.th1时，根据此时刻的风机运行参数及电压跌落深度，计算并减小撬棒阻值为Rcb2，抑制直流母线电容电压的上升；(3)当直流母线电容电压Udc超过阈值Udc.th2(Udc.th2＞Udc.th1)时，根据此时刻风机运行参数及电压跌落深度计算并减小撬棒阻值为Rcb3；(4)当Udc在其阈值Udc.th2以下且转子电流Ir降到其返回值时Ir.re时，切除Crowbar。本策略通过两次逐级减小撬棒电阻，在保证直流母线电容电压不越限的前提下，尽量弱化撬棒电阻阻值减小导致转子暂态电流衰减速度下降的负面效果，防止因大幅减小撬棒电阻形成转子电流二次冲击。本策略通过两次逐级减小撬棒电阻，在保证直流母线电容电压不越限的前提下，尽量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态调整转子撬棒阻值的双馈风机低电压穿越方法，采用动态调整电阻的Crowbar电路，两个并联电阻R1、R2分别由IGBT 1和IGBT2控制，两个IGBT周期交替导通，通过控制开关占空比改变Crowbar等效电阻阻值，实现故障过程中转子Crowbar电阻的实时调整。Crowbar等效电阻的阻值为

【技术特征摘要】
1.一种动态调整转子撬棒阻值的双馈风机低电压穿越方法，采用动态调整电阻的Crowbar电路，两个并联电阻R1、R2分别由IGBT1和IGBT2控制，两个IGBT周期交替导通，通过控制开关占空比改变Crowbar等效电阻阻值，实现故障过程中转子Crowbar电阻的实时调整。Crowbar等效电阻的阻值为式中，D1、D2分别为IGBT1、IGBT2的导通脉宽的占空比；设撬棒投入的转子电流阈值为Ir.th，直流母线电容电压预警值为Udc.th1，直流母线电容电压最大允许值为Udc.th2，直流母线电容电压额定值为Udc.N，包括以下步骤：(1)当转子电流幅值|Ir|超过阈值Ir.th时，闭锁转子侧变流器，同时投入阻值为Rcb1的Crowbar电路，抑制任意电压跌落深度下的转子电流；(2)当直流母线电容电压Udc超过阈值Udc.th1时，根据此时刻的风机运行参数及电压跌落深度计算并减小撬棒阻值为Rcb2，抑制直流母线电容电压的上升；(3)当直流母线电容电压Udc超过阈值Udc...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜惠兰，范中林，周陶，贾燕琪，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12