一种交流励磁电源故障穿越控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种交流励磁电源故障穿越控制系统，当公共连接点PCC电压轻度跌落时，三相电子开关K1闭合、K2断开，双环控制策略一中的电流内环采用比例积分谐振控制和可变阻尼器控制相结合的方法，PCC电压有效值外环输出作为电流内环电流的给定值；当公共连接点PCC电压深度跌落时，三相电子开关K1断开、K2闭合，机侧变流器MC和网侧变流器GC的直流电压外环均采用比例积分谐振控制方法，电流内环也采用比例积分谐振控制方法；该控制系统不仅抑制PCC电压跌落故障引起的双馈发电机DFIG转子过电流，能够而且能够减小PCC电压不对称跌落故障时交流励磁电源直流侧的纹波电压，降低其交流侧电流谐波含量。

【技术实现步骤摘要】
一种交流励磁电源故障穿越控制系统
本专利技术涉及一种双馈风电机组用交流励磁电源，尤其涉及的是，一种交流励磁电源故障穿越控制系统。
技术介绍
双馈风电机组的故障穿越能力受到交流励磁电源容量的限制，其对公共连接点电压的故障比较敏感，需要采取保护措施，抑制双馈发电机DFIG转子侧过电流，保护交流励磁电源。采用改进交流励磁电源的控制技术，如比例谐振控制技术、双dq-PI转子电流控制技术、基于电压的功率补偿方法、采用主动阻尼器的控制方法等可以抑制交流励磁电源的过电流，可以提高公共连接点PCC电压跌落故障期间双馈风电机组的运行能力。采用转子撬棒Crowbar和定子撬棒Crowbar保护技术作为双馈风电机组实现故障穿越的有效手段之一，其在公共连接点电压跌落故障期间，封锁交流励磁电源的触发脉冲，同时在双馈发电机转子侧接通撬棒电阻，可以有效限制双馈发电机DFIG转子过电流。在双馈发电机DFIG定子侧加装辅助装置如动态电压恢复器，可以保护交流励磁电源。部分文献将上述多个故障穿越方法组合运用，保护交流励磁电源，实现双馈风电机组的故障穿越，收到了一定的效果。少量文献考虑在双馈发电机DFIG的定子侧、转子侧和机侧变流器与网侧变流器的交流侧之间安装三相电子开关，根据公共连接点PCC电压情况控制电子开关的导通和关断，将机侧变流器MC的交流侧接入公共连接点PCC，将其作静止无功发生器使用，帮助公共连接点电压恢复，具有一定的理论意义。但是，现有技术主要存在以下不足：1、公共连接点PCC电压发生不对称跌落故障时，传统的比例积分谐振控制方法仅考虑电流内环的控制，由于采样和处理电路的延时滞后，直流电容器电压会存在二次纹波，此二次纹波会在网侧变流器GC的交流侧产生谐波电流，控制效果不理想。2、采用撬棒Crowbar保护电路的双馈风电机组故障穿越技术，在撬棒Crowbar保护电路投入工作过程中，双馈发电机DFIG转子侧的交流励磁电源退出工作，交流励磁电源失去对双馈发电机DFIG的控制作用，不能为公共连接点电压恢复提供无功功率支撑，此时网侧变流器GC即使输出无功功率，其输出无功功率的容量较小。3、仅在双馈发电机DFIG的定子侧、转子侧和机侧变流器与网侧变流器的交流侧之间安装三相电子开关，会造成公共连接点电压故障时双馈发电机DFIG的频繁启停，不利于双馈发电机DFIG的控制，同时没有考虑公共连接点PCC电压发生不对称跌落故障时交流励磁电源的控制方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种交流励磁电源故障穿越控制系统，不仅能够实现公共连接点PCC电压轻度跌落时的故障穿越，也能够实现PCC电压深度跌落时的故障穿越；公共连接点PCC电压发生轻度跌落故障时，机侧变流器MC采用转速与PCC电压有效值外环和电流内环的双环控制策略，PCC电压有效值外环可帮助公共连接点PCC电压恢复，电流内环采用比例积分谐振控制和可变阻尼器并联的控制方法，不仅可消除公共连接点PCC电压不对称跌落故障引起的机侧变流器MC交流侧负序电流，也可以抑制双馈发电机DFIG转子过电流，实现双馈发电机DFIG的故障穿越运行；在PCC电压深度跌落故障时机侧变流器MC工作于静止无功发生器工作方式，且其采用无功功率外环和电流内环的双环控制策略，此时网侧变流器GC也采用无功功率外环和电流内环的双环控制策略，两者配合以增强交流励磁电源发出无功功率的能力，提高双馈风电机组的故障穿越能力；在交流励磁电源的网侧变流器GC采用双环控制策略，直流电压外环采用比例积分谐振控制方法，无功功率外环采用传统PI控制方法，电流内环采用比例积分谐振控制方法，不仅能够满足公共连接点PCC电压对称跌落时的故障穿越要求，也能满足PCC电压发生不对称跌落时的故障穿越要求。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的。提供一种交流励磁电源故障穿越控制系统，主要用于双馈风电机组，其特征在于，包括三相电子开关K1、三相电子开关K2、交流励磁电源主电路、直流电压测量单元、三相交流电压测量单元、三相交流电流测量单元一、三相交流电流测量单元二、锁相环单元、风速测量单元、双馈发电机测速单元、双馈发电机转子位置检测单元、交流励磁电源控制单元；所述交流励磁电源包括网侧变流器GC、机侧变流器MC和直流电容器C，所述网侧变流器GC和所述机侧变流器MC结构相同，采用三相半桥结构；所述网侧变流器GC和所述机侧变流器MC的直流侧同时与所述直流电容器C并联连接，所述网侧变流器GC和所述机侧变流器MC的交流侧分别连接滤波电路LCL1和LCL2；所述三相电子开关K1、所述三相电子开关K2为电力电子开关器件GTO、IGBT或IGCT组成的电路；所述网侧变流器GC交流侧LCL1的输出端连接至双馈发电机的定子输出端，称其为公共连接点PCC；所述机侧变流器MC交流侧LCL2的输出端连接至所述三相电子开关K1的一侧与所述三相电子开关K2的一侧，三相电子开关K1的另一侧连接双馈发电机的转子端口，所述三相电子开关K2的另一侧连接至公共连接点PCC。优选的，所述直流电压测量单元输入端连接所述直流电容器C两侧，其输出端连接交流励磁电源控制单元的直流电压输入端；所述三相交流电压测量单元输入端连接所述网侧变流器GC交流侧，其输出端连接交流励磁电源控制单元的交流电压输入端；所述三相交流电流测量单元一输入端连接所述网侧变流器GC交流侧LCL1的输出端，其输出端连接交流励磁电源控制单元的交流电流输入端一；所述三相交流电流测量单元二输入端连接所述机侧变流器交流侧LCL2的输出端，其输出端连接交流励磁电源控制单元的交流电流输入端二；所述锁相环单元的输入端连接公共连接点PCC，其输出连接交流励磁电源控制单元的定子相角输入端；所述风速测量单元的输入端连接风力机的风速捕获装置，其输出端连接交流励磁电源控制单元的风速输入端；所述双馈发电机测速单元的输入端连接双馈发电机的转轴，其输出端连接交流励磁电源控制单元的转速输入端；所述双馈发电机转子位置检测单元的输入端连接双馈发电机的转轴，其输出端连接交流励磁电源控制单元的转子相角输入端；所述交流励磁电源控制单元的输出端一连接所述网侧变流器GC主电路的六个功率开关器件；所述交流励磁电源控制单元的输出端二连接所述机侧变流器MC主电路的六个功率开关器件。优选的，所述交流励磁电源的风速输入端的信号送入特定风力机的最大功率追踪查询表，查询表输出该风速下对应的最大功率和最佳转速。优选的，所述交流励磁电源的机侧变流器MC共有两套控制程序，当公共连接点PCC电压跌落幅度较小，引起双馈发电机转子过电流幅度不大时，所述三相电子开关K1闭合，所述三相电子开关K2断开，机侧变流器MC采用双环控制策略一，其电流内环为比例积分谐振控制并联可变阻尼器控制，有效控制双馈发电机输出有功功率和无功功率，帮助公共连接点PCC电压恢复；当公共连接点PCC电压跌落幅度较大，引起双馈发电机转子过电流幅度较大时，所述三相电子开关K1断开，所述三相电子开关K2闭合，机侧变流器MC采用双环控制策略二，工作于静止无功发生器模式，与网侧变流器GC一起为公共连接点PCC提供无功功率，帮助公共连接点PCC电压恢复。优选的，机侧变流器MC的双环控制策略一，外环包括转速和公共连接点PCC电压幅值，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流励磁电源故障穿越控制系统，用于双馈风电机组，其特征在于，包括三相电子开关K1、三相电子开关K2、交流励磁电源主电路、直流电压测量单元、三相交流电压测量单元、三相交流电流测量单元一、三相交流电流测量单元二、锁相环单元、风速测量单元、双馈发电机测速单元、双馈发电机转子位置检测单元、交流励磁电源控制单元；所述交流励磁电源包括网侧变流器GC、机侧变流器MC和直流电容器C，所述网侧变流器GC和所述机侧变流器MC结构相同，采用三相半桥结构；所述网侧变流器GC和所述机侧变流器MC的直流侧同时与所述直流电容器C并联连接，所述网侧变流器GC和所述机侧变流器MC的交流侧分别连接滤波电路LCL1和LCL2；所述三相电子开关K1、所述三相电子开关K2为电力电子开关器件GTO、IGBT或IGCT组成的电路；所述网侧变流器GC交流侧LCL1的输出端连接至双馈发电机的定子输出端，称其为公共连接点PCC；所述机侧变流器MC交流侧LCL2的输出端连接至所述三相电子开关K1的一侧与所述三相电子开关K2的一侧，三相电子开关K1的另一侧连接双馈发电机的转子端口，所述三相电子开关K2的另一侧连接至公共连接点PCC。

【技术特征摘要】
1.一种交流励磁电源故障穿越控制系统，用于双馈风电机组，其特征在于，包括三相电子开关K1、三相电子开关K2、交流励磁电源主电路、直流电压测量单元、三相交流电压测量单元、三相交流电流测量单元一、三相交流电流测量单元二、锁相环单元、风速测量单元、双馈发电机测速单元、双馈发电机转子位置检测单元、交流励磁电源控制单元；所述交流励磁电源包括网侧变流器GC、机侧变流器MC和直流电容器C，所述网侧变流器GC和所述机侧变流器MC结构相同，采用三相半桥结构；所述网侧变流器GC和所述机侧变流器MC的直流侧同时与所述直流电容器C并联连接，所述网侧变流器GC和所述机侧变流器MC的交流侧分别连接滤波电路LCL1和LCL2；所述三相电子开关K1、所述三相电子开关K2为电力电子开关器件GTO、IGBT或IGCT组成的电路；所述网侧变流器GC交流侧LCL1的输出端连接至双馈发电机的定子输出端，称其为公共连接点PCC；所述机侧变流器MC交流侧LCL2的输出端连接至所述三相电子开关K1的一侧与所述三相电子开关K2的一侧，三相电子开关K1的另一侧连接双馈发电机的转子端口，所述三相电子开关K2的另一侧连接至公共连接点PCC。2.根据权利要求1所述的交流励磁电源故障穿越控制系统，其特征在于：所述直流电压测量单元输入端连接所述直流电容器C两侧，其输出端连接交流励磁电源控制单元的直流电压输入端；所述三相交流电压测量单元输入端连接所述网侧变流器GC交流侧，其输出端连接交流励磁电源控制单元的交流电压输入端；所述三相交流电流测量单元一输入端连接所述网侧变流器GC交流侧LCL1的输出端，其输出端连接交流励磁电源控制单元的交流电流输入端一；所述三相交流电流测量单元二输入端连接所述机侧变流器交流侧LCL2的输出端，其输出端连接交流励磁电源控制单元的交流电流输入端二；所述锁相环单元的输入端连接公共连接点PCC，其输出连接交流励磁电源控制单元的定子相角输入端；所述风速测量单元的输入端连接风力机的风速捕获装置，其输出端连接交流励磁电源控制单元的风速输入端；所述双馈发电机测速单元的输入端连接双馈发电机的转轴，其输出端连接交流励磁电源控制单元的转速输入端；所述双馈发电机转子位置检测单元的输入端连接双馈发电机的转轴，其输出端连接交流励磁电源控制单元的转子相角输入端；所述交流励磁电源控制单元的输出端一连接所述网侧变流器GC主电路的六个功率开关器件；所述交流励磁电源控制单元的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军利，张元敏，张格丽，王红玲，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：河南,41