基于协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越方法、电路及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越方法、电路及系统，该方法应用的电路包括Crowbar电路、Crowbar启动电路、电流参考值设置模块、变桨矩角启动模块，所述方法包括：Crowbar启动电路监测到电网电压跌落时，启动所述Crowbar电路；Crowbar启动电路在监测到风电场并网点电压U低于标称电压的90％时，调整网侧变流器q轴电流参考值，风电机组向电网输入动态无功电流；变桨矩角启动模块测到风电机组转速ω高于额定转速ω

【技术实现步骤摘要】
基于协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越方法、电路及系统


[0001]本专利技术涉及风电机组领域，具体是一种基于协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越方法、电路及系统。

技术介绍

[0002]风电机组的低电压穿越是指电网的电压跌落后，风电机能够维持一段时间并网运行，还可以向电网输送无功功率以帮助快速恢复电网的电压过程。
[0003]随着风力发电领域中电力电子器件及电机控制等技术的成熟，风电机组现在同样也具备了低电压穿越的可能。
[0004]在风电机组不具备保护控制措施和外加设备的情况下，电网跌落后机侧网侧产生不平衡的功率，难以通过原有变流器控制建立稳定的直流母线电压；现有风电机组低电压穿越控制主要单独采用Crowbar电路来减小不平衡功率，在一定程度上稳定了直流母线电压，虽然该方法控制简单、减小不平衡功率效果明显，但是最终不平衡功率转化成卸荷电阻上消耗的热能，造成了风机捕获能量的损失，甚至电阻发热过多会造成设备损坏失灵，引起更大的危害。上述矛盾点成为了制约风电机组具有低电压穿越的主要难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述难题，提出了一种基于限速转子储能与无功协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越方法及装置，能够满足风电机组低电压穿越的要求，并且提高了能量利用率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越方法，应用于基于限速转子储能与无功协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越电路，所述电路包括Crowbar电路、Crowbar启动电路、电流参考值设置模块、变桨矩角启动模块，所述Crowbar启动电路与所述Crowbar电路连接，所述Crowbar电路并联在选定风电机组直流电容侧，所述变桨矩角启动模块与风电机组连接，所述电流参考值设置模块与网侧变流器连接，所述方法包括以下步骤：
[0008]所述Crowbar启动电路在监测到电网的电压e
g
跌落时，启动所述Crowbar电路；
[0009]所述电流参考值设置模块在监测到风电场并网点电压U低于标称电压的阈值时，将网侧变流器q轴电流参考值i
gq*
改变为i
gql*
，风电机组向电网输入动态无功电流，以帮助电网恢复电压；
[0010]所述变桨矩角启动模块在监测到风电机组转速ω高于额定转速ω
m
时，开启变桨矩角控制，将风电机组的桨距角输入由0转变为由转速ω和额定转速ω
m
差值的PI输出，以使风轮转速限制在额定转速内。
[0011]进一步的，在监测到电网的电压e
g
跌落时，利用Crowbar启动电路启动所述
Crowbar电路，以使风电机组的直流母线不平衡功率ΔP中一部分功率转化为Crowbar电路中卸荷电阻消耗的功率ΔP1，另一部分功率转化为风电机组中风机转子的功率ΔP2。
[0012]进一步的，所述Crowbar电路中卸荷电阻消耗的功率ΔP1的大小为：
[0013][0014]式中，ΔP1为Crowbar电路消耗的不平衡功率，u
dc
为直流电容C的电压，R为卸荷电阻的阻值大小。
[0015]进一步的，所述风机转子功率ΔP2为：
[0016][0017]式中，ΔP2为转子储存的不平衡功率，J为转动惯量，Δω为转子转速的增量。
[0018]进一步的，i
gql*
大小为：
[0019]i
gql*
＝i
gqm*
+Δi
gq*
＝K(0.9
‑
U)
[0020]式中i
gqm*
为最大功率点跟踪模式下的网侧电流q轴分量参考值，Δi
gq*
为光伏电站低电压穿越模式下无功电流增量，K为无功电流系数，U为风电场并网点标幺值。
[0021]一种基于限速转子储能与无功协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越电路，包括：
[0022]Crowbar电路，包括卸荷电阻，所述Crowbar电路并联在选定风电机组直流电容侧；
[0023]Crowbar启动电路，与所述Crowbar电路连接，用于在监测到电网电压e
g
跌落时，启动所述Crowbar电路；
[0024]电流参考值设置模块，用于监测到风电场并网点的电压U低于标称电压的阈值时，将网侧变流器的q轴电流参考值i
gq*
改变为i
gql*
，以使风电机组向电网输入动态无功电流，以帮助电网恢复电压；
[0025]变桨矩角启动模块，用于监测到风电机组转速ω高于额定转速ω
m
时，开启变桨矩角控制，将风电机组的桨距角输入由0转变为由转速ω和额定转速ω
m
差值的PI输出，以使风轮转速限制在额定转速内。
[0026]进一步的，所述低电压穿越方法所应用对象机组类型为基于直驱永磁同步发电机的风电机组，所述风电机组变流器为背靠背双PWM变流器。
[0027]进一步的，电压跌落后风电机组直流母线不平衡功率ΔP一部分转化为Crowbar电路中卸荷电阻消耗的功率ΔP1，另一部分转化为风电机组中风机转子功率ΔP2。
[0028]进一步的，所述Crowbar电路中卸荷电阻消耗的功率ΔP1的大小为：
[0029][0030]式中，ΔP1为Crowbar电路消耗的不平衡功率，u
dc
为直流电容C的电压，R为卸荷电阻的阻值大小。
[0031]进一步的，所述风机转子功率ΔP2为：
[0032][0033]式中，ΔP2为转子储存的不平衡功率，J为转动惯量，Δω为转子转速的增量。
[0034]一种基于协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
[0035]所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
[0036]所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行所述的基于协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越方法。
[0037]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0038](1)本专利技术所提出的风电机组低电压穿越协调控制策略，在监测到电网的电压跌落时启动所述Crowbar电路，电压跌落后风电机组直流母线不平衡功率一部分转化为Crowbar电路中荷电阻消耗的功率，另一部分转化为风机转子功率，保证风电机组在低电压穿越时并网运行，并向网侧提供动态的无功功率，还可以在满足风电机组低电压穿越要求的前提下，将不平衡功率转化为转子的动能，相比传统低电压穿越方案，本专利技术减小了能量损耗，提高了能量利用率；
[0039](2)通过本专利技术提供的方法，监测到风电机组转速ω高于额定转速ω
m
时，开启变桨矩角控制，以使风轮转速限制在额定转速内，能够避免因开启转子储能导致转子超速而失控的危害本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越方法，应用于基于限速转子储能与无功协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越电路，所述电路包括Crowbar电路、Crowbar启动电路、电流参考值设置模块、变桨矩角启动模块，所述Crowbar启动电路与所述Crowbar电路连接，所述Crowbar电路并联在风电机组的直流电容侧，所述变桨矩角启动模块与风电机组连接，所述电流参考值设置模块与网侧变流器连接，其特征在于，所述方法包括以下步骤：所述Crowbar启动电路在监测到电网电压e
g
跌落时，启动所述Crowbar电路；所述电流参考值设置模块在监测到风电场并网点电压U低于标称电压的阈值时，将网侧变流器的q轴电流参考值i
gq*
改变为i
gql*
，以使风电机组向电网输入动态无功电流，以帮助电网恢复电压；所述变桨矩角启动模块在监测到风电机组的转速ω高于额定转速ω
m
时，开启变桨矩角控制，将风电机组的桨距角输入由0转变为由转速ω和额定转速ω
m
差值的PI输出，以使风电机组中风轮的转速被限制在额定转速内。2.如权利要求1所述的基于限速转子储能与无功协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越方法，其特征在于：在监测到电网的电压e
g
跌落时，利用Crowbar启动电路启动所述Crowbar电路，以使风电机组的直流母线不平衡功率ΔP中一部分功率转化为Crowbar电路中卸荷电阻消耗的功率ΔP1，另一部分功率转化为风电机组中风机转子的功率ΔP2。3.如权利要求2所述的一种基于限速转子储能与无功协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越方法，其特征在于：所述Crowbar电路中卸荷电阻消耗的功率ΔP1的大小为：式中，ΔP1为Crowbar电路消耗的不平衡功率，u
dc
为直流电容C的电压，R为卸荷电阻的阻值大小。4.如权利要求2所述的一种基于限速转子储能与无功协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越方法，其特征在于：所述风机转子的功率ΔP2为：式中，ΔP2为转子储存的不平衡功率，J为转动惯量，Δω为转子转速的增量。5.如权利要求1所述的一种基于限速转子储能与无功协调控制的永磁直驱风电机组低电压穿越方法，其特征在于：i
gql*
大小为：i
gql*
＝i
gqm*
+Δi
gq*

【专利技术属性】
技术研发人员：冀肖彤，胡畔，柳丹，吴英姿，夏勇军，李大虎，王伟，梅欣，邓万婷，陈孝明，曹侃，熊平，康逸群，江克证，叶畅，肖繁，谭道军，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：