基于动态灭磁的双馈风电机组故障穿越控制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于动态灭磁的双馈风电机组故障穿越控制方法及系统，属于双馈风电机组的技术领域。本发明专利技术将灭磁系数k设成随磁链衰减而变化的动态值，在同时满足电压、电流约束的条件下，使得灭磁系数k的绝对值尽可能的大，利用该动态变化的灭磁系数控制转子电流指令，能够最大程度地加速定子磁链自由分量的衰减，适用于电网短路故障下双馈风电机组的不脱网运行控制。本发明专利技术相对于传统故障穿越控制方法，可以充分利用变流器的电流裕量，并最大限度的加快定子暂态磁链的衰减，实现更快速的动态无功补偿，可以极大增强双馈风电机组的故障穿越能力。此外，还可以同时抑制电磁转矩脉动，具有控制结构简单，易于工程实施的优点。易于工程实施的优点。易于工程实施的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于动态灭磁的双馈风电机组故障穿越控制方法和系统


[0001]本专利技术属于双馈风电机组的
，更具体地，涉及一种基于动态灭磁的双馈风电机组故障穿越控制方法和系统。

技术介绍

[0002]随着“双碳目标”的提出，当前电网中风电的渗透率逐步提高，全球各大电网运营商都对并网的风电机组提出了低电压穿越的技术要求，即：当电网发生故障时，风电机组需要保持不脱网持续运行，并在规定时间内向电网提供一定的无功支撑。在当前市场上主流机型中，双馈型风电机组因变流器容量较小且变速恒频运行等优点而成为主力机型，但其低电压穿越难度要远高于其它机组。这是由于双馈型风电机组定子侧直接连接至电网，电网故障时的转子侧会感应出很强的感应电动势(Electromotive force，EMF)，而转子侧变流器(Rotor
‑
side converter，RSC)容量较小，无法输出足够高的电压来维持对双馈风机的控制。
[0003]就传统的矢量控制而言，双馈型风电机组在低电压穿越时面临着两大难题：一是变流器的生存，即防止转子侧变流器出现过流及过电压；二是机组端口特性的优化，比如抑制电磁转矩脉动以及向电网提供无功支持等。目前，最常见方案是投入撬棒(Crowbar)提供故障电流的通路，从而避免变流器产生过电流和过电压。但投入撬棒后，双馈感应电机就退化成了鼠笼型异步电机，这导致其失去了可控性，并且还会产生大幅的电磁转矩波动，此外还会吸收电网中较多的无功电流。为获得较好的端口特性，一些学者提出了在定子侧串入附加电阻或动态电压调节器(DVR)等方案来支撑定子端电压，从而减小转子侧感应电动势以缓解变流器压力。然而，这些方案都需要新增硬件，进而增加了系统的成本并降低了市场竞争力。
[0004]另一类方案是通过改进控制算法来提高双馈型风电机组的低电压穿越能力，从而避免添加新的的硬件装置，进而降低风电机组的成本。其中，部分方法是立足于改进电流环的被控对象、前馈补偿项和电流控制器，提高电流环对EMF的抗扰动能力，从而完成可控的低电压穿越。但是，这些方案的指令电流中只包含正序分量，因而转子侧的阻抗上只能产生很小的压降，RSC仍然得输出超出现有裕度的过电压，故仅适用于电网的轻微故障。另一类方案则直接改进电流指令，使转子的指令电流中还含有自由分量和负序分量，增大转子阻抗上的压降，不仅更能充分地利用RSC容量避免过电流与过电压，还能优化端口特性；此类方案性价比高、鲁棒性好，因此是当前的研究热点。
[0005]双馈型风电机组在低电压穿越过程中RSC过电流和过电压的根本原因是转子侧巨大的EMF，而这又是由定子侧暂态磁链产生的，而定子磁链衰减的快慢还影响无功补偿响应时间等重点指标，因此，加速定子磁链衰减是双馈感应电机低电压穿越过程中需要首要考虑的关键优化控制目标。因此有学者提出了“灭磁控制”，即适当控制转子侧的电流，建立转子漏磁场抵消定子磁链的暂态分量。但是，传统双馈感应电机的“灭磁控制”故障穿越控制方法灭磁时间仍然较长，并未利用转子侧变流器的最大潜能加速定子磁链暂态分量衰减。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于动态灭磁的双馈风电机组故障穿越控制方法和系统，其目的在于解决传统双馈感应电机的“灭磁控制”故障穿越控制方法灭磁时间仍然较长，并未利用转子侧变流器的最大潜能加速定子磁链暂态分量衰减的技术问题。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于动态灭磁的双馈风电机组故障穿越控制方法，包括：
[0008]电网发生短路故障时；根据当前时刻定子磁链的自由分量计算当前时刻满足RSC电流约束下灭磁系数的取值下限k
c
，以及当前时刻满足RSC电压约束下灭磁系数的取值下限k
v
；
[0009]将k
c
和k
v
之间较大值作为当前时刻动态灭磁系数；所述动态灭磁系数随磁链衰减而动态变化；
[0010]利用当前时刻动态灭磁系数计算转子电流指令值，通过转子电流闭环控制和空间矢量调制对双馈风电机组进行控制。
[0011]进一步地，满足RSC电流约束下灭磁系数的动态取值下限k
c
计算公式为：
[0012][0013]I
rmax
为RSC所允许流过的最大电流。
[0014]进一步地，满足RSC电压约束下灭磁系数的动态取值下限k
v
计算公式为：
[0015][0016]U
rmax
为RSC所允许的最大电压，σL
r
为转子侧漏感，E
rp
和E
rt
代表转子EMF的正序分量和自由分量，s为转差率，h为电网电压跌落深度，L
s
为定子自感，L
m
为定转子互感。
[0017]进一步地，通过I
*
＝k*Ψ
st
计算得到转子电流指令值；k为动态灭磁系数。
[0018]本专利技术还提供了一种基于动态灭磁的双馈风电机组故障穿越控制装置，包括：
[0019]动态灭磁系数计算单元，用于电网发生短路故障时，根据当前时刻定子磁链的自由分量计算当前时刻满足RSC电流约束下灭磁系数的取值下限k
c
，以及当前时刻满足RSC电压约束下灭磁系数的取值下限k
v
；将k
c
和k
v
之间较大值作为当前时刻动态灭磁系数；所述动态灭磁系数随磁链衰减而动态变化；
[0020]电流指令计算单元，用于利用当前时刻动态灭磁系数计算转子电流指令值；
[0021]电机控制单元，用于基于转子电流指令值通过转子电流闭环控制和空间矢量调制对双馈风电机组进行控制。
[0022]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。
[0023]本专利技术同时考虑了电网故障期间的RSC电压和电流输出能力的约束，在传统“灭磁
控制”系统的基础上，将灭磁系数k设成随磁链衰减而变化的动态值，在同时满足电压、电流约束的条件下，使得灭磁系数k的绝对值尽可能的大，从而最大程度地加速定子磁链自由分量的衰减。相对于传统故障穿越控制方法，可以充分利用变流器的电流裕量，并最大限度的加快定子暂态磁链的衰减，实现更快速的动态无功补偿，可以极大增强双馈风电机组的故障穿越能力。此外，还可以同时抑制电磁转矩脉动，具有控制结构简单，易于工程实施的优点。
附图说明
[0024]图1为双馈型风机转子侧的等效电路图；
[0025]图2为本专利技术提出的电网短路故障下双馈风电机组快速灭磁控制方法的控制框图；
[0026]图3为本专利技术所述方法在三相对称故障下转子线电压、转子线电流和dq轴定子磁链自由分量的仿真结果。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态灭磁的双馈风电机组故障穿越控制方法，其特征在于，包括：电网发生短路故障时；根据当前时刻定子磁链的自由分量计算当前时刻满足RSC电流约束下灭磁系数的取值下限k
c
，以及当前时刻满足RSC电压约束下灭磁系数的取值下限k
v
；将k
c
和k
v
之间较大值作为当前时刻动态灭磁系数；所述动态灭磁系数随磁链衰减而动态变化；利用当前时刻动态灭磁系数计算转子电流指令值，通过转子电流闭环控制和空间矢量调制对双馈风电机组进行控制。2.根据权利要求2所述的一种基于动态灭磁的双馈风电机组故障穿越控制方法，其特征在于，满足RSC电流约束下灭磁系数的动态取值下限k
c
计算公式为：I
rmax
为RSC所允许流过的最大电流。3.根据权利要求2所述的一种基于动态灭磁的双馈风电机组故障穿越控制方法，其特征在于，满足RSC电压约束下灭磁系数的动态取值下限k
v
计算公式为：U
rmax
为RSC所允许的最大电压，σL
r
为转子侧漏感，E
rp
和E
rt
代表转子EMF的正序分量和自由分量，s为转差率，h为电网电压跌落深度，L
s
为定子自感，L
m
为定转子互感。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种基于动态灭磁的双馈风电机组故障穿越控制方法，其特征在于，通过I
*
＝k*Ψ
st
计算得到转子电流指令值；k为动态灭磁系数。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的一种基于动态灭磁的双馈风电机组故障穿越控制方法，其特征在于，定子磁链的自由分量获取过程为：将输入的定子电压信号U
sa...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱东海，朱海鹏，胡家兵，马玉梅，邹旭东，康勇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：