專利名稱:一種雙饋風力發電機組的對稱故障穿越控制方法
技術領域:
本發明涉及新能源電源控制技術領域,尤其涉及一種雙饋風力發電機組的對稱故障穿越控制方法。
背景技術:
目前,對于風電場中應用最為廣泛的雙饋風力發電機組來說,故障時發電機定子電壓突然跌落,將使定子磁鏈中產生較大衰減直流分量。由于發電機定轉子繞組之間存在電磁耦合關系,定子磁鏈的直流分量將使轉子繞組中感應產生較大的暫態電壓和電流。而雙饋風力發電機組轉子繞組處所接變換器的額定容量相對較小(僅為機組額定容量的20%-30%),且該變換器本身過流和耐壓能力又較差,所以電網故障對轉子勵磁變換器安全運行的威脅極大,為保護這些變換器,目前應用最為廣泛的是在轉子繞組側引入撬棒保護電路(又稱Crowbar電路)。但是現有基于轉子Crowbar電路的故障穿越控制技術,僅從保護變換器的角度,考慮轉子Crowbar電路的投切控制是存在一定問題的,這是因為在Crowbar電路投入運行情況下(轉子繞組側變換器閉鎖),雙饋發電機處于異步發電的不可控狀態,特別是在Crowbar電路投入運行時間較長時,發電機將會從電網吸收大量無功功率,不僅對所接電網電壓穩定產生非常不利的影響,也不能有效保障故障切除后風力發電機組快速恢復正常運行。另外,現有多數低電壓穿越控制策略也把直流母線電壓作為轉子Crowbar電路的投切條件之一,忽略了故障期間直流母線電壓變化的根本原因。事實上,直流母線電壓與其兩側所接網側和轉子側變換器的功率流向及大小均有關,僅通過轉子Crowbar電路的投切控制并不能很好地保證故障期間直流電壓能夠在直流母線電容或變換器的電壓耐受水平范圍之內,該電壓一旦超出上述范圍,發電機組將會因電容或變換器本身保護動作而被迫從電網中切除。同時,現有的低電壓穿越控制策略也很少涉及故障切除后雙饋風力發電機組如何快速恢復正常運行狀態,實質上,對于雙饋風力發電機組來說,故障切除與故障發生相類似,由于機端電壓突變導致發電機定子磁鏈中產生的較大衰減直流分量也將直接影響轉子電壓和電流。而變換器本身的調節和控制能力是有限的,故障切除后如不采取合適的控制策略風電機組將并不能達到穩定運行狀態。由此可見,現有的雙饋風力發電機組的故障穿越控制策略并不能很好地滿足新電網規則所要求的風電機組低電壓穿越能力。
發明內容
本發明的目的是提供一種雙饋風力發電機組的對稱故障穿越控制方法,利用該方法能夠克服現有故障穿越控制策略中存在的缺陷,從而提高雙饋風力發電機組的故障穿越能力。本發明的目的是通過以下技術方案實現的,一種雙饋風力發電機組的對稱故障穿越控制方法,所述控制方法包括:
在電網故障下,當通過雙饋風力發電機組的轉子電流超過轉子變換器的最大允許電流值時,所述雙饋風力發電機組的轉子Crowbar電路將投入運行,同時閉鎖所述轉子變換器,發電機轉子繞組經所述轉子Crowbar電路短接;在故障發生期間,當所述轉子Crowbar電路投入時長為τ r后且轉子電流值小于Crowbar保護動作門濫值時,所述轉子Crowbar電路退出運行,同時重啟轉子變換器,使雙饋風力發電機進入無功功率工作模式;故障切除后,轉子變換器通過恢復控制策略切換到有功功率工作模式,停止向電網注入無功電流,其中在恢復控制策略作用的初始時刻將轉速控制回路中PI控制器積分環節的輸出重置為實際轉子電流值。所述轉子Crowbar電路投入時長τ r由以下方式獲得:利用獲取的所述雙饋風力發電機組的轉子繞組參數和轉子Crowbar電阻值,采用如下公式計算等效時間常數τ r:Tr= (Rr+Rcrow) /L0其中=(1,4-4)/1,,Ls和Lr分別為發電機的定轉子繞組等效電感,Lffl為定轉
子繞組互感,Rr為轉子繞組的等效電阻,Rcrow為轉子Crowbar電阻值。所述控制方法還包括:在故障發生期間,一旦直流母線電壓實際值與參考值之差超過0.lpu,所述直流母線電壓控制回路使直流卸荷電路投入。所述控制方 法還包括:在故障發生期間,為防止所述轉子Crowbar電路投入期間轉子d軸和q軸電流控制回路中的比例積分PI控制器積分飽和,該PI控制器的輸入信號被置零;且當所述轉子變換器重啟后,轉子q軸電流分量參考值設置為零,而d軸電流分量參考值從故障發生前的對應參考值逐漸增加為按照我國電網要求風電機組應提供的無功支撐所對應的參考值€/2 二(ftA/r+r)/4 ;其中,Qe= 1.5 Y (0.9-Y)為故障下發電機組
應向電網提供的無功功率標幺值,Y為故障后發電機機端電壓的跌落程度,Ls = LsJLm, L=1^。+1^,且1^。、1^。分別為發電機的定轉子繞組漏感,Lm為定轉子繞組互感。所述控制方法還包括:在故障切除后,所述轉子變換器在恢復控制策略執行的初始時刻,轉速PI控制器積分環節的輸出重置為實際轉子電流值,并在該轉速PI控制器的輸入端設置速率限制環節。由上述本發明提供的技術方案可以看出,所述控制方法包括:雙饋風力發電機組所接外部電網發生故障時,當所述轉子電流超過轉子變換器的最大允許電流值時,雙饋風力發電機組將投入轉子Crowbar電路,同時閉鎖所述轉子變換器,此時雙饋風力發電機轉子繞組經所述轉子Crowbar電路短接;在故障持續期間,當所述轉子Crowbar電路投入時長為Tr后且轉子電流小于Crowbar保護動作門濫值時,轉子Crowbar電路被退出,同時重啟轉子側變換器,使發電機向電網提供一定無功支撐;在故障切除后,轉子變換器通過恢復控制策略切換到有功功率工作模式,停止向電網注入無功電流,其中在恢復控制策略作用的初始時刻將所述轉速環PI控制器積分環節的輸出重置為轉子實際電流值,以保證發電機能夠快速恢復正常運行。利用該方法可克服現有故障穿越控制策略中存在的缺陷,從而提高逆雙饋風力發電機組的故障穿越能力。
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例,對于本領域的普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他附圖。圖1為本發明實施例提供雙饋風力發電機組的對稱故障穿越控制方法流程示意圖;圖2為本發明實施例提供的轉子Crowbar電路投切控制策略框圖;圖3為本發明實施例提供的轉子側變換器重啟控制策略原理框圖;圖4為本發明實施例提供的轉子側變換器恢復控制策略原理框圖;圖5為本發明實施例提供的直流卸荷電路控制框圖;圖6為本發明實施例提供的含雙饋風力發電機組的電網拓撲結構模型示意圖;圖7為本發明實施例提供的故障發生和切除全過程中雙饋風力發電機機端電壓波形圖;圖8為本發明實施例提供的故障全過程中雙饋風力發電機定子磁鏈波形圖;圖9為本發明實施例提供的故障全過程中發電機轉子電流低頻分量幅值變化曲線圖;圖10為本發明實施例提供的故障全過程中發電機實際轉子電流幅值曲線圖;圖11為本發明實施例提供的故障全過程中直流卸荷電路投切信號圖;圖12為本發明實施例提供的故障全過程中直流母線電壓變化曲線圖;圖13為本發明實施例提供的發電機定子側無功功率變化曲線圖。
具體實施例方式下面結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明的保護范圍。本發明實施例所述雙饋風力發電機組的對稱故障穿越控制方法能夠在盡可能短的時間內利用轉子Crowbar電路使故障引起的較大的轉子暫態電流分量盡快衰減,并通過對正常運行時轉子側變換器相關控制器進行稍加改進,充分發揮轉子側變換器的調節與控制能力,使故障期間發電機組能向電網提供所要求的無功功率支撐,故障切除后發電機組能快速恢復到正常運行狀態。同時,結合直流卸荷電路及相關控制策略,保證在故障發生和切除全過程中直流母線電壓變化不超過直流電容或變換器最大允許電壓范圍。下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述,如圖1所示為本發明實施例提供雙饋風力發電機組的故障穿越控制方法流程示意圖,圖1中所述控制方法包括:步驟11:在雙饋風力發電機組的電網故障下,使雙饋風力發電機組的轉子Crowbar電路投入運行,同時閉鎖轉子變換器,所述雙饋風力發電機組轉子繞組經所述轉子Crowbar電路短接。
在該步驟中,當通過所述雙饋風力發電機組轉子繞組的流入轉子變換器的電流超過其最大允許電流值(一般為1.5-2倍額定電流)時,所述雙饋風力發電機組的轉子Crowbar電路投入運行,同時閉鎖轉子變換器,所述雙饋風力發電機組轉子繞組經所述轉子Crowbar電路短接。如圖2所示為本發明實施例所述轉子Crowbar電路投切控制策略的示意圖,參考圖2:具體來說,轉子電流與定子磁鏈矢量之間的關系為:
權利要求
1.一種雙饋風力發電機組的對稱故障穿越控制方法,其特征在于,所述控制方法包括: 在電網故障下,當通過雙饋風力發電機組的轉子電流超過轉子變換器的最大允許電流值時,所述雙饋風力發電機組的轉子Crowbar電路將投入運行,同時閉鎖所述轉子變換器,發電機轉子繞組經所述轉子Crowbar電路短接; 在故障發生期間,當所述轉子Crowbar電路投入時長為\后且轉子電流值小于Crowbar保護動作門濫值時,所述轉子Crowbar電路退出運行,同時重啟轉子變換器,使雙饋風力發電機進入無功功率工作模式; 故障切除后,轉子變換器通過恢復控制策略切換到有功功率工作模式,停止向電網注入無功電流,其中在恢復控制策略作用的初始時刻將轉速控制回路中PI控制器積分環節的輸出重置為實際轉子電流值。
2.根據權利要求1所述雙饋風力發電機組的對稱故障穿越控制方法,其特征在于,所述轉子Crowbar電路 投入時長τ r由以下方式獲得: 利用獲取的所述雙饋風力發電機組的轉子繞組參數和轉子Crowbar電阻值,采用如下公式計算等效時間常數 T r (Rr+Rcrow) L ο 其中4 =仏4-私)久,LjP k分別為發電機的定轉子繞組等效電感,Lm為定轉子繞組互感,Rr為轉子繞組的等效電阻,Rcrow為轉子Crowbar電阻值。
3.根據權利要求1所述雙饋風力發電機組的對稱故障穿越控制方法,其特征在于,所述控制方法還包括: 在故障發生期間,一旦直流母線電壓實際值與參考值之差超過0.1pu,所述直流母線電壓控制回路使直流卸荷電路投入。
4.根據權利要求1所述雙饋風力發電機組的對稱故障穿越控制方法,其特征在于,所述控制方法還包括: 在故障發生期間,為防止所述轉子Crowbar電路投入期間轉子d軸和q軸電流控制回路中的比例積分PI控制器積分飽和,該PI控制器的輸入信號被置零; 且當所述轉子變換器重啟后,轉子q軸電流分量參考值設置為零,而d軸電流分量參考值從故障發生前的對應參考值逐漸增加為按照我國電網要求風電機組應提供的無功支撐所對應的參考值Cf2 =(込4斤+ r)/4,;其中,Qg = I.5 Y (0.9-Y)為故障下發電機組應向電網提供的無功功率標幺值,Y為故障后發電機機端電壓的跌落程度,Ls = Lso+Lffl, Lr =L"+Lm,且Ls。、Lro分別為發電機的定轉子繞組漏感,Lm為定轉子繞組互感。
5.根據權利要求1所述雙饋風力發電機組的對稱故障穿越控制方法,其特征在于,所述控制方法還包括: 在故障切除后,所述轉子變換器在恢復控制策略執行的初始時刻,轉速PI控制器積分環節的輸出重置為實際轉子電流值,并在該轉速PI控制器的輸入端設置速率限制環節。
全文摘要
本發明公開了一種雙饋風力發電機組的對稱故障穿越控制方法。在雙饋風力發電機組的電網故障下,當流入轉子變換器的電流超過其最大允許電流值時,所述雙饋風力發電機組的轉子Crowbar電路投入運行,同時閉鎖所述轉子變換器;在故障發生期間,當所述轉子Crowbar電路投入τr時長后且轉子電流值小于Crowbar保護動作門檻值時,所述轉子Crowbar電路被切除,同時重啟所述轉子變換器;在故障切除后,所述轉子變換器通過恢復控制策略切換到有功功率工作模式,并停止向電網注入無功電流。利用該方法能夠克服現有故障穿越控制策略中存在的缺陷,從而提高雙饋風力發電機組的故障穿越能力。
文檔編號H02J3/38GK103178548SQ20131012524
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月11日 優先權日2013年4月11日
發明者劉素梅, 畢天姝, 薛安成, 楊奇遜 申請人:華北電力大學