一种双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法技术

本发明专利技术公开了一种双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法。在双馈风力发电机组的电网故障下，当流入转子变换器的电流超过其最大允许电流值时，所述双馈风力发电机组的转子Crowbar电路投入运行，同时闭锁所述转子变换器；在故障发生期间，当所述转子Crowbar电路投入τr时长后且转子电流值小于Crowbar保护动作门槛值时，所述转子Crowbar电路被切除，同时重启所述转子变换器；在故障切除后，所述转子变换器通过恢复控制策略切换到有功功率工作模式，并停止向电网注入无功电流。利用该方法能够克服现有故障穿越控制策略中存在的缺陷，从而提高双馈风力发电机组的故障穿越能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新能源电源控制
，尤其涉及。
技术介绍
目前，对于风电场中应用最为广泛的双馈风力发电机组来说，故障时发电机定子电压突然跌落，将使定子磁链中产生较大衰减直流分量。由于发电机定转子绕组之间存在电磁耦合关系，定子磁链的直流分量将使转子绕组中感应产生较大的暂态电压和电流。而双馈风力发电机组转子绕组处所接变换器的额定容量相对较小(仅为机组额定容量的20%-30%)，且该变换器本身过流和耐压能力又较差，所以电网故障对转子励磁变换器安全运行的威胁极大，为保护这些变换器，目前应用最为广泛的是在转子绕组侧引入撬棒保护电路(又称Crowbar电路)。但是现有基于转子Crowbar电路的故障穿越控制技术，仅从保护变换器的角度，考虑转子Crowbar电路的投切控制是存在一定问题的，这是因为在Crowbar电路投入运行情况下(转子绕组侧变换器闭锁)，双馈发电机处于异步发电的不可控状态，特别是在Crowbar电路投入运行时间较长时，发电机将会从电网吸收大量无功功率，不仅对所接电网电压稳定产生非常不利的影响，也不能有效保障故障切除后风力发电机组快速恢复正常运行。另外，现有多数低电压穿越控制策略也把直流母线电压作为转子Crowbar电路的投切条件之一，忽略了故障期间直流母线电压变化的根本原因。事实上，直流母线电压与其两侧所接网侧和转子侧变换器的功率流向及大小均有关，仅通过转子Crowbar电路的投切控制并不能很好地保证故障期间直流电压能够在直流母线电容或变换器的电压耐受水平范围之内，该电压一旦超出上述范围，发电机组将会因电容或变换器本身保护动作而被迫从电网中切除。同时，现有的低电压穿越控制策略也很少涉及故障切除后双馈风力发电机组如何快速恢复正常运行状态，实质上，对于双馈风力发电机组来说，故障切除与故障发生相类似，由于机端电压突变导致发电机定子磁链中产生的较大衰减直流分量也将直接影响转子电压和电流。而变换器本身的调节和控制能力是有限的，故障切除后如不采取合适的控制策略风电机组将并不能达到稳定运行状态。由此可见，现有的双馈风力发电机组的故障穿越控制策略并不能很好地满足新电网规则所要求的风电机组低电压穿越能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，利用该方法能够克服现有故障穿越控制策略中存在的缺陷，从而提高双馈风力发电机组的故障穿越能力。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的，，所述控制方法包括:在电网故障下，当通过双馈风力发电机组的转子电流超过转子变换器的最大允许电流值时，所述双馈风力发电机组的转子Crowbar电路将投入运行，同时闭锁所述转子变换器，发电机转子绕组经所述转子Crowbar电路短接；在故障发生期间，当所述转子Crowbar电路投入时长为τ r后且转子电流值小于Crowbar保护动作门滥值时,所述转子Crowbar电路退出运行，同时重启转子变换器，使双馈风力发电机进入无功功率工作模式；故障切除后，转子变换器通过恢复控制策略切换到有功功率工作模式，停止向电网注入无功电流，其中在恢复控制策略作用的初始时刻将转速控制回路中PI控制器积分环节的输出重置为实际转子电流值。所述转子Crowbar电路投入时长τ r由以下方式获得:利用获取的所述双馈风力发电机组的转子绕组参数和转子Crowbar电阻值，采用如下公式计算等效时间常数τ r:Tr= (Rr+Rcrow) /L0其中=(1,4-4)/1,，Ls和Lr分别为发电机的定转子绕组等效电感，Lffl为定转子绕组互感，Rr为转子绕组的等效电阻，Rcrow为转子Crowbar电阻值。所述控制方法还包括:在故障发生期间，一旦直流母线电压实际值与参考值之差超过0.lpu，所述直流母线电压控制回路使直流卸荷电路投入。所述控制方 法还包括:在故障发生期间，为防止所述转子Crowbar电路投入期间转子d轴和q轴电流控制回路中的比例积分PI控制器积分饱和，该PI控制器的输入信号被置零；且当所述转子变换器重启后，转子q轴电流分量参考值设置为零，而d轴电流分量参考值从故障发生前的对应参考值逐渐增加为按照我国电网要求风电机组应提供的无功支撑所对应的参考值€/2 二(ftA/r+r)/4 ;其中，Qe= 1.5 Y (0.9-Y)为故障下发电机组应向电网提供的无功功率标幺值，Y为故障后发电机机端电压的跌落程度，Ls = LsJLm, L=1^。+1^，且1^。、1^。分别为发电机的定转子绕组漏感，Lm为定转子绕组互感。所述控制方法还包括:在故障切除后，所述转子变换器在恢复控制策略执行的初始时刻，转速PI控制器积分环节的输出重置为实际转子电流值，并在该转速PI控制器的输入端设置速率限制环节。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，所述控制方法包括:双馈风力发电机组所接外部电网发生故障时，当所述转子电流超过转子变换器的最大允许电流值时，双馈风力发电机组将投入转子Crowbar电路，同时闭锁所述转子变换器，此时双馈风力发电机转子绕组经所述转子Crowbar电路短接；在故障持续期间，当所述转子Crowbar电路投入时长为Tr后且转子电流小于Crowbar保护动作门滥值时,转子Crowbar电路被退出，同时重启转子侧变换器，使发电机向电网提供一定无功支撑；在故障切除后，转子变换器通过恢复控制策略切换到有功功率工作模式，停止向电网注入无功电流，其中在恢复控制策略作用的初始时刻将所述转速环PI控制器积分环节的输出重置为转子实际电流值，以保证发电机能够快速恢复正常运行。利用该方法可克服现有故障穿越控制策略中存在的缺陷，从而提高逆双馈风力发电机组的故障穿越能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的转子Crowbar电路投切控制策略框图；图3为本专利技术实施例提供的转子侧变换器重启控制策略原理框图；图4为本专利技术实施例提供的转子侧变换器恢复控制策略原理框图；图5为本专利技术实施例提供的直流卸荷电路控制框图；图6为本专利技术实施例提供的含双馈风力发电机组的电网拓扑结构模型示意图；图7为本专利技术实施例提供的故障发生和切除全过程中双馈风力发电机机端电压波形图；图8为本专利技术实施例提供的故障全过程中双馈风力发电机定子磁链波形图；图9为本专利技术实施例提供的故障全过程中发电机转子电流低频分量幅值变化曲线图；图10为本专利技术实施例提供的故障全过程中发电机实际转子电流幅值曲线图；图11为本专利技术实施例提供的故障全过程中直流卸荷电路投切信号图；图12为本专利技术实施例提供的故障全过程中直流母线电压变化曲线图；图13为本专利技术实施例提供的发电机定子侧无功功率变化曲线图。具体实施例方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例所述双馈风力发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：在电网故障下，当通过双馈风力发电机组的转子电流超过转子变换器的最大允许电流值时，所述双馈风力发电机组的转子Crowbar电路将投入运行，同时闭锁所述转子变换器，发电机转子绕组经所述转子Crowbar电路短接；在故障发生期间，当所述转子Crowbar电路投入时长为τr后且转子电流值小于Crowbar保护动作门槛值时，所述转子Crowbar电路退出运行，同时重启转子变换器，使双馈风力发电机进入无功功率工作模式；故障切除后，转子变换器通过恢复控制策略切换到有功功率工作模式，停止向电网注入无功电流，其中在恢复控制策略作用的初始时刻将转速控制回路中PI控制器积分环节的输出重置为实际转子电流值。

【技术特征摘要】
1.一种双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法，其特征在于，所述控制方法包括: 在电网故障下，当通过双馈风力发电机组的转子电流超过转子变换器的最大允许电流值时，所述双馈风力发电机组的转子Crowbar电路将投入运行，同时闭锁所述转子变换器，发电机转子绕组经所述转子Crowbar电路短接； 在故障发生期间，当所述转子Crowbar电路投入时长为\后且转子电流值小于Crowbar保护动作门滥值时,所述转子Crowbar电路退出运行，同时重启转子变换器，使双馈风力发电机进入无功功率工作模式； 故障切除后，转子变换器通过恢复控制策略切换到有功功率工作模式，停止向电网注入无功电流，其中在恢复控制策略作用的初始时刻将转速控制回路中PI控制器积分环节的输出重置为实际转子电流值。2.根据权利要求1所述双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法，其特征在于，所述转子Crowbar电路 投入时长τ r由以下方式获得: 利用获取的所述双馈风力发电机组的转子绕组参数和转子Crowbar电阻值，采用如下公式计算等效时间常数 T r (Rr+Rcrow) L ο 其中4 =仏4-私)久，LjP k分别为发电机的定转子绕组等效电感，Lm为定转子绕组互感，Rr为转子绕组的等效电阻，Rcrow为转子Crowbar电阻值。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘素梅，毕天姝，薛安成，杨奇逊，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：