本发明专利技术涉及一种用于双馈式风力发电系统低电压穿越的撬棒电阻设计方法，属于风力发电技术领域。首先获取风力发电系统中双馈发电机的定转子匝数比、转子电阻、转子额定电流以及转子电流上限；根据转子额定电流以及转子电流上限，计算转子电流过载倍数；获取风力发电系统中直流母线电压；根据直流母线电压、转子电流过载倍数，转子额定电流和转子电阻，计算得到撬棒电阻的标幺化参数ｋ↓［ｃ］；将ｋ↓［ｃ］适当放大后得到修正的＊↓［ｃ］；最终撬棒阻值设计为：Ｒ↓［ｃ］＝＊↓［ｃ］Ｒ↓［ｒ］。本发明专利技术设计方法依据ＤＦＩＧ系统ＬＶＲＴ过程中的机理来设计撬棒电阻，计入了ＬＶＲＴ过程中的直流母线箝位效应，在保证ＬＶＲＴ性能的同时具有较小的过电流，保障转子变流器续流二极管的安全。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于风力 发电
技术介绍
对采用双馈发电机(以下简称DFIG)的并网风力发电系统，当电网因短路故障出现 电压跌落时，会导致发电机定子、转子磁链出现直流分量，进而在发电机转子侧感应出较 大的感应电动势。当转子侧感应电动势超过转子侧变流器的电压控制能力时，就会导致转 子侧出现较大的短路电流，严重时可能造成转子侧变流器和发电机的损坏。因此，在电网 短路期间，风力发电系统会采取一些必要的保护措施来保障自身的安全，这一过程称为风 力发电系统的低电压穿越过程(以下简称LVRT)。转子侧的短路电流常可作为评价双馈式风力发电系统LVRT能力的一个重要指标。作 为一种有效的短路电流抑制手段，转子侧撬棒(Crowbar)电路得到了较为广泛的应用。 一种典型的含有转子侧撬棒电路的双馈式风力发电系统结构如图1所示。图中，转子侧撬 棒电路由晶闸管和撬棒电阻构成。当该风力发电系统正常工作时，晶闸管处于关断状态， 而一旦检测到电网发生较为严重的电压跌落时，就迅速封锁转子侧变流器，同时开通转子 侧撬棒电路中的晶闸管，使得撬棒电阻串入DFIG的转子侧，从而起到限制短路电流的作 用。然而，由图1可知，在电网电压跌落瞬间，转子侧变流器只能依靠封锁其开关器件的 触发脉冲来保护自身，也就是说它并不能立即从物理上与DFIG完全断开。所以这时如果 转子侧短路电流在撬棒电阻上产生的压降较大，转子侧变流器中与开关器件反并联的续流 二极管就可能导通。又由于直流母线电容的存在，续流二极管的导通将导致DFIG转子电 压发生畸变，如图2(a)所示.。这一现象在本文中被称为直流母线箝位效应。由图2(b)还可 看出，直流母线箝位效应的出现将会使DFIG的短路电流比不考虑该效应时大，进而严重 影响转子侧撬棒电路的性能。目前虽然也有一些针对转子侧撬棒电路在LVRT过程中的研究工作，例如1、 G. Tsourakis， C. D. Vournas. Simulation of Low Voltage Ride Through Capability of Wind Turbines with Doubly Fed Induction Generator//EWEC2006 proceedings, Athens, Greece, 2006: 1-9。2、 J Niiranen. Voltage dip ride through of a doubly-fed generator equipped with an active 撬棒/7Nordic Wind Power Conference, 2004， Goteborg， Sweden: 1-8。33、 姚骏，廖勇.基于撬棒保护控制的交流励磁风电系统运行分析.电力系统自动化， 2007， 31(23): 79-83。4、 蒋雪冬，赵舫.应对电网电压骤降的双馈感应风力发电机撬棒控制策略.电网技 术，2008， 32(12): 84-89。但上述工作着重于验证图1所示系统在某些特定的工作点附近运行时，撬棒电路的有 效性。由于忽视了LVRT过程中直流母线箝位效应对短路电流的重要影响，使得撬棒电路 的设计不能达到预期的效果；另一方面撬棒电阻参数设计的理论依据分析也存在不足，仅 仅给出了一些经验性结果。因此，推导出理论设计公式，专利技术一种能够计入直流母线箝位 效应的撬棒电阻参数设计方法十分重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是推导出理论设计公式，提出一种能够计入直流母线箝位效应的撬棒电 阻参数设计的方法。本专利技术提出的，包括以下各 步骤(1) 获取风力发电系统中双馈发电机的定子与转子匝数比^ 、转子电阻/ ,(单位Q )、 转子额定电流/^te以及转子电流上限/fuUm (单位^ );(2) 根据上述转子额定电流/^te以及转子电流上限/^m (单位J)，计算转子电流过/rate *(3) 获取转子侧变流器的直流母线电压f^。(单位K);(4) 根据上述得到的直流母线电压f^。、转子电流过载倍数"转子额定电流/^te和 转子电阻&，利用公式、=^^_ —"计算得到撬棒电阻的标幺化参数、；(5) 将上述撬棒电阻的标幺化参数&放大L3 1.7倍，得到修正的&;(6) 设计撬棒电阻值为本专利技术提出的，其优点是依据DFIG系统LVRT过程中的机理分析来设计撬棒电阻，设计中能够计入LVRT过程中的 直流母线箝位效应，在保证LVRT性能的同时具有较小的过电流，保障转子变流器续流二 极管的安全。同时，设计仅需要少量DFIG系统参数，有利于工程实践。附图说明图1是已有的双馈式风力发电系统的典型拓扑图。图2直流母线箝位效应对转子线电压以及短路电流幅值的影响示意图。图3是已有的转子侧主动式和被动式撬棒电路拓扑结构图。图4是本专利技术提出的撬棒电阻参数设计流程图。图5是采用本专利技术设计的撬棒电阻参数与其它撬棒电阻参数LVRT穿越性能比较图。 图6是采用本专利技术设计的撬棒电阻参数与其它撬棒电阻参数直流母线电流比较图。具体实施例方式本专利技术提出的，其流程图如 图4所示，包括以下各步骤-(1) 获取风力发电系统中双馈发电机的定子与转子匝数比尺 、转子电阻^ (单位Q )、转子额定电流/^te以及转子电流上限/,u,im (单位力)；(2) 根据上述转子额定电流/^e以及转子电流上限/^m (单位j)，计算转子电流过 载{咅数* = /^^//^她；(3) 获取转子侧变流器的直流母线电压&￡()(单位K);(4) 根据上述得到的直流母线电压C/^、转子电流过载倍数k、转子额定电流/^6和转子电阻A，利用公式、=^^1，计算得到撬棒电阻的标幺化参数、；WW""(5) 将上述撬棒电阻的标幺化参数&放大1.3 1.7倍，得到修正的&;(6) 设计撬棒电阻值为&=^ ,。如图1所示，双馈式风力发电系统的电气子系统主要由DFIG、转子侧变流器、网侧变流器，转子侧撬棒电路以及检测、控制电路这几部分组成。其中，转子侧变流器和网侧变流器均为由强迫关断型半导体器件(如IGBT， GTO等)构成的变流器，且这两组变流 器共用一套直流母线以及直流母线电容。直流母线上可以安装有直流母线斩波器。转子侧 撬棒电路可以是被动式撬棒电路，也可以是主动式撬棒电路，这两种结构的电路拓扑如图 3所示。本专利技术中的转子侧撬棒电路的工作原理为当系统的检测电路检测到电网电压发生跌落后，控制电路立即封锁转子侧变流器中开关器件的门极触发脉冲，同时开通转子侧撬棒电路中开关器件的门极触发脉冲，以将撬棒电阻串入DFIG的转子侧。同时，控制电路控 制网侧变流器和直流母线斩波器(如果有的话)保持直流母线电压稳定。 本专利技术的撬棒电阻参数设计在原理上可以分为以下两个步骤-.1、在电网电压跌落故障较轻的情况下，转子侧变流器不会发生直流母线箝位效应， 这时DFIG系统可以由DFIG的线性模型描述。分析该模型不难得知，串入撬棒电阻后DFIG 的短路电流响应等价于，令DFIG转子侧电压跳变为零的同时将转子等效电阻增大为原转 子电阻与撬棒电阻之和时的短路电流动态响应。记转子侧变流器的直流母线电压为t/^ ， 那么当转子侧撬棒本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于双馈式风力发电系统低电压穿越的撬棒电阻设计方法，其特征在于该方法包括以下各步骤： （１）获取风力发电系统中双馈发电机的定子与转子匝数比Ｋ↓［ｕ］、转子电阻Ｒ↓［ｒ］（单位Ω）、转子额定电流Ｉ↓［ｒｒａｔｅ］以及转子电流上限Ｉ↓ ［ｒｕｌｉｍ］（单位Ａ）； （２）根据上述转子额定电流Ｉ↓［ｒｒａｔｅ］以及转子电流上限Ｉ↓［ｒｕｌｉｍ］（单位Ａ），计算转子电流过载倍数ｋ＝Ｉ↓［ｒｕｌｉｍ］／Ｉ↓［ｒｒａｔｅ］； （３）获取转子侧变流器的直流母线电压Ｕ↓［ｄ ｃ０］； （４）根据上述得到的直流母线电压Ｕ↓［ｄｃ０］、转子电流过载倍数ｋ、转子额定电流Ｉ↓［ｒｒａｔｅ］和转子电阻Ｒ↓［ｒ］，利用公式ｋ↓［ｃ］＝Ｕ↓［ｄｃ０］／√６ｋＩ↓［ｒｒａｔｅ］Ｒ↓［ｒ］－１，计算得到撬棒电阻的标幺化参数 ｋ↓［ｃ］； （５）将上述撬棒电阻的标幺化参数ｋ↓［ｃ］放大１．３～１．７倍，得到修正的ｋ↓［ｃ］； （６）设计撬棒电阻值为：Ｒ↓［ｃ］＝ｋ↓［ｃ］Ｒ↓［ｒ］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周宏林，杨耕，刘军，金继军，路春英，
申请(专利权)人：清华大学，北京京仪椿树整流器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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