【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风机并网运行，具体涉及一种拓扑可重构的双馈风机系统及协调控制方法及装置。
技术介绍
1、近年来，风电等新能源开始大规模集中接入电网，风能的应用渐渐渗透到电网的各个领域，风电装机容量不断增加、风电的大规模并网运行，给电网的安全和稳定运行带来了巨大的挑战。为了维持电力系统的稳定性，除了要提高风电机组的技术水平，还要对风电机组的并网也提出更高的要求，包括风电机组的低压故障穿越、高压故障穿越、无功控制和输出功率等问题。
2、通常，针对双馈风机的故障穿越解决方案可分为软件和硬件解决方案。软件解决方案可以有效提高故障穿越能力，然而，这也会增加控制系统的复杂性，不能完全满足电网规范的严格要求：比如主动阻尼控制、电流反向跟踪控制、比例电流跟踪控制等方案，在帮助系统实现故障穿越的同时也往往会在瞬态下吸收大量无功功率，而这将进一步恶化电压分布。
3、因此人们现在往往更多地采用一些硬件解决方案来提高系统的故障穿越能力。比如在转子侧接入撬棒、直流链路斩波器、储能装置、故障限流器、转子串电阻等。其中，撬棒装置因成本低且控制简单而备受青睐，是当前应用最为广泛的故障穿越方案，并且已经在许多基于双馈风机的风能转换系统中被商业采用。这些硬件方案使得风电机组内部的保护控制方案可以大大简化，能够在一定程度上实现故障穿越功能，但是上述方案或多或少都存在一些固有缺陷。比如在故障穿越期间产生极大的电磁转矩脉动，危害风机轴系健康；从电网中吸收大量无功，加剧恶化电网电压等；即都无法完全解决不对称电压的问题。
4、与此同时，在配
5、也有针对多功能变流器控制的双馈风机故障穿越协调控制方法，但是是采用插入与风电系统串联的电压做到风机系统的故障穿越，以及在故障条件下网侧变流器与转子侧变流器协同控制向电网提供一定的无功电流，对电网的恢复有一定帮助。然而该方案所使用的变流器容量较大，比如多功能变流器容量达到了1.2mva，如果仅仅用于在故障条件下支撑风机的终端电压可能造成容量的浪费，并且导致所需的网侧变流器容量可能较大。
6、因此，为了提高多功能变流器的容量利用率，以及减小网侧变流器的容量大小和运行压力。目前需要提供一种不仅能够低成本、高效率应对电网电压不同故障程度、有助于电网的故障恢复，而且能够充分利用所使用变流器的容量，降低变流器运行压力的的双馈风机系统及控制方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种适用于电压不同深度跌落情况的拓扑可重构的双馈风机系统及协调控制方法及装置。在电网未发生故障时，多功能变流器可以和网侧变流器协同向电网提供有功功率，平缓风机输出功率的波动，从而能够减小网侧变流器的容量以及运行压力；还能在风机系统故障穿越的基础上向电网提供一定无功电流做到对电网的无功支撑，有助于电网的故障恢复。
2、第一方面，本专利技术提供了一种拓扑可重构的双馈风机系统，包括：
3、风机、背靠背变流器、直流储能装置、混合式变压器、多功能变流器和模式转换开关；
4、所述风机的定子侧直接连接到所述混合式变压器，所述混合式变压器的高压绕组连接至电网；
5、所述风机的转子侧依次连接所述背靠背变流器和所述混合式变压器；
6、所述背靠背变流器由网侧变流器和转子侧变流器组成；
7、所述多功能变流器的直流侧与所述背靠背变流器和所述直流储能装置的直流侧并联连接；
8、所述多功能变流器交流侧经过lc滤波器以及模式转换开关与所述混合式变压器的低压绕组或者串联绕组相连；
9、所述混合式变压器的串联绕组连接在所述多功能变流器交流侧与电网之间，且设置有旁路开关k，在电网正常运行期间串联绕组的旁路开关k闭合将所述多功能变流器旁路。
10、基于上述，所述模式转换开关为机械开关或电力电子器件。
11、第二方面，本专利技术提供了一种用于所述拓扑可重构的双馈风机系统的协调控制方法：
12、实时采集变压器高压侧电压，进行电网故障检测；
13、在未发生跌落故障时，控制：
14、所述模式转换开关的k1闭合、k2断开，所述多功能变流器工作在并联模式，所述网侧变流器工作在第一状态，以使所述多功能变流器和所述网侧变流器协同平滑风机的有功功率波动；
15、所述转子侧变流器工作在第一模式，以调节转子转速获得最大风能运行；
16、在发生跌落故障时，控制：
17、所述模式转换开关的k1断开、k2闭合，所述多功能变流器由并联模式柔性切换至串联补偿模式，以补偿风机终端电压使其始终保持在额定值；
18、所述网侧变流器切换至第二状态，以向电网注入无功电流支撑电网电压的恢复；
19、在所述网侧变流器向电网输出的无功电流值小于自身最大容许电流阈值时，转子侧变流器保持第一工作模式；
20、在所述网侧变流器向电网输出的无功电流值大于等于自身最大容许电流阈值时，所述转子侧变流器切换至第二模式，以调节定子的无功功率为目标功率值，与所述网侧变流器协同向电网注入无功电流。
21、基于上述，当电网电压由正常运行到发生故障瞬间，在所述多功能变流器工作模式柔性切换过程中，当电网电压在t1时刻发生故障时，各开关按以下逻辑顺序动作：
22、在t1时刻发生故障瞬间，立即断开开关k1；
23、在t2时刻，闭合开关k2；
24、在t3时刻，切换所述多功能变流器中的igbt控制信号；
25、在t4时刻，断开开关k；
26、其中，t1＜t2＜t3＜t4，t1、t2、t3、t4间隔为500μs。
27、基于上述，在电网未发生跌落故障，控制所述多功能变流器协同所述网侧变流器平滑风机的有功功率波动时，执行：
28、实时检测风速改变造成的波动功率值，将风机终端有功功率的指令值pdfigref与定子侧输出功率的实际值ps作差，得到稳态下所述多功能变流器和所述网侧变流器需要注入电网总有功功率ptotal的指令值：
29、ptotal＝pdfigref－ps
30、此时，多功能变流器有功功率指令值pmfcref和网侧变流器有功功率指令值pgscref可以按任意比例关系分配，并满足：
31、ptotal＝pmfcref+p本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种拓扑可重构的双馈风机系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求书1所述的拓扑可重构的双馈风机系统，其特征在于，所述模式转换开关为机械开关或电力电子器件。
3.一种用于权利要求1或2所述拓扑可重构的双馈风机系统的协调控制方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的协调控制方法，其特征在于，当电网电压由正常运行到发生故障瞬间，在所述多功能变流器工作模式柔性切换过程中，当电网电压在t1时刻发生故障时，各开关按以下逻辑顺序动作：
5.根据权利要求3或4所述的协调控制方法，其特征在于，在电网未发生跌落故障，控制所述多功能变流器协同所述网侧变流器平滑风机的有功功率波动时，执行：
6.根据权利要求3或4所述的协调控制方法，其特征在于，
7.根据权利要求3或4所述的协调控制方法，其特征在于：
8.根据权利要求3或4所述的协调控制方法，其特征在于：
9.一种用于权利要求1或2所述拓扑可重构的双馈风机系统的协调控制装置，其特征在于，包括：
10.一种双馈风机故障穿越控制设备，其特征在于
...【技术特征摘要】
1.一种拓扑可重构的双馈风机系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求书1所述的拓扑可重构的双馈风机系统，其特征在于，所述模式转换开关为机械开关或电力电子器件。
3.一种用于权利要求1或2所述拓扑可重构的双馈风机系统的协调控制方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的协调控制方法，其特征在于，当电网电压由正常运行到发生故障瞬间，在所述多功能变流器工作模式柔性切换过程中，当电网电压在t1时刻发生故障时，各开关按以下逻辑顺序动作：
5.根据权利要求3或4所述的协调控制方法，其特征在于，在电网未发生跌落故障，控制所述多功能变流...
【专利技术属性】
技术研发人员：赖锦木，刘阳，尹昕，王要强，尹项根，胡家玄，尹越，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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