一種雙饋風電機組混合故障穿越方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及風電保護領域，具體地，設及一種雙饋風電機組混合故障穿越方法。
【背景技術】
[0002] 為了應對能源危機和環境惡化，世界各國正積極的推動著可再生能源的開發和利 用，尤其是風力發電得到了廣泛關注和快速的發展。風電的大規模應用既可W緩解能源危 機，又能減輕常規能源使用所帶來的環境問題，從而減少二氧化碳氣體的排放。然而，大規 模風電接入電網給電網安全運行帶來了較大的挑戰。為此，新的電網導則要求風電機組必 須具備低電壓穿越能力。事實上，所有風電機組都存在低電壓穿越的問題，但雙饋風電機組 最具挑戰性，運是因為其對電網擾動更加敏感。
[0003] 目前，較為成熟并商用的雙饋風電機組故障穿越技術是擦棒(Crowbar)保護技術。 當電網電壓跌落時，由于定子磁通的不能突變，因此直流分量的出現使得轉子繞組中產生 過電流，從而造成變換器的破壞。而所謂的擦棒保護技術就是為轉子故障電流提供旁路通 路，從而避免轉子過電流對變換器的破壞W實現機組的不間斷并網運行。
[0004] 如公開號為10231565IA的中國發明專利，該專利提供了一種擦棒電路及雙饋感應 發電機穿越電網故障的裝置及方法；當電網電壓突變導致雙饋感應發電機轉子電流上升到 等于或大于設定的擦棒電路導通電流口限值時或導致雙饋感應發電機組變流器母線電壓 上升到等于或大于設定的擦棒電路導通電壓口限值時，控制器關閉機側變流器并通過擦棒 電路的驅動電路觸發擦棒電路的開關電路導通，觸發方式為從一個擦棒支路開始逐個增加 擦棒支路的導通個數，至雙饋感應發電機轉子電流下降到小于設定的擦棒電路導通電流口 限值和雙饋感應發電機組變流器母線電壓下降到小于設定的擦棒電路導通電壓口限值為 止;當雙饋感應發電機的轉子電流衰減到等于或小于設定的擦棒電路關斷電流口限值時且 雙饋感應發電機組變流器母線電壓衰減到等于或小于設定的擦棒電路關斷電壓口限值時， 控制器通過擦棒電路的驅動電路逐個關斷擦棒電路的擦棒支路的開關電路并開啟機側變 流器，為電網迅速提供無功支持，幫助電網恢復。
[0005] 又如公開號為103178548A的中國發明專利，該專利提供了一種雙饋風電機組的對 稱故障穿越控制方法，該方法在雙饋風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，所述雙饋風電機組的轉子化owbar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Tr時長后且轉子電流值小于 化owbar保護動作口檻值時，所述轉子化owbar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 電機組的故障穿越能力。
[0006] 然而，上述的專利擦棒保護技術卻存在如下缺點：
[0007] 1)擦棒投入后，雙饋感應電機機側變換器封鎖，電機處于失控狀態，運行于異步電 機狀態之下。
[0008] 2)對雙饋感應機組而言，擦棒保護本省也是一種擾動，應采取措施避免其啟動的 機會。
【發明內容】
[0009] 針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種雙饋風電機組混合故障穿越方 法，該方法無需封鎖轉子側變換器，雙饋感應電機不失控，因此其能穩定系統轉速，抑制系 統在故障期間轉速過快增加，支撐電網電壓，采用合適的控制策略減少硬件保護電路的啟 動機會，從而加強雙饋風電機組故障穿越的瞬態性能。
[0010] 為實現W上目的，本發明提供一種雙饋風電機組混合故障穿越方法，其特征在于， 該方法通過串入雙饋感應電機定子繞組的保護電路、并入變換器直流母線的直流卸荷電路 W及雙饋感應電機轉子電流故障控制模式協調控制來加強雙饋風電機組故障穿越能力，步 驟包括：
[0011] 首先，利用電壓故障檢測器實時檢測電網電壓，用于雙饋感應電機轉子電流故障 控制模式的投入和退出運行。
[0012] 同時實時檢測定子電流，和定子電流參考一起產生開關切換信號，實現所述串入 雙饋電機定子繞組的保護電路的投入和退出運行；
[0013] 同時實時檢測變換器直流母線電壓，和參考電壓一起產生開關信號，實現所述并 入變換器直流側母線的直流卸荷電路的投入和退出。
[0014] 所述雙饋感應電機轉子電流故障控制模式包括:控制模式轉換開關和在傳統矢量 控制的基礎上，在雙饋感應電機轉子電流控制環中的前饋電壓補償項中增加了反映定子電 壓瞬態行為的項，其dq分量的表達式分別為：
[0016] 式中：Lm、Ls分別為互感和定子電感；
[0017] Uds為定子電壓d軸分量；
[001引S為滑差；
[0019] ?1為同步角速度；
[0020] P為微分算子。
[0021] 所述雙饋感應電機轉子電流故障控制模式，僅在電網電壓故障時投入運行，由電 網電壓故障檢測器發出指令實現其投入和退出運行。
[0022] 所述串入雙饋感應電機定子繞組的保護電路包括:限流電路、旁路電路，其中，一 個限流電路與一個旁路電路并聯，運個并聯關系的電路有=組，分別串入=相定子繞組，其 一端與雙饋感應電機定子繞組相接、另一端與電網相連。
[0023] 所述串入雙饋感應電機定子繞組的保護電路中的限流電路，可W是電阻、電感、電 容或其中任意兩種或=種的組合。
[0024] 所述串入雙饋感應電機定子繞組的保護電路中的旁路電路，可W是雙向晶閩管。
[0025] 所述方法實時檢測定子電流，然后與參考電流比較，如果大于參考值，所述保護電 路邏輯控制信號輸出為低電平，串入雙饋感應電機定子繞組的保護電路的阻抗串入定子繞 組；否則，所述保護電路邏輯控制信號輸出為高電平，旁路開關閉合，串入雙饋感應電機定 子繞組的保護電路的阻抗被旁路。
[00%]所述并入變換器直流母線的直流卸荷電路包括:一個和第一二極管反并聯的IGBT 即絕緣柵雙極型晶體管的集電極接變換器直流側母線正極;其另一端發射極接第二二極管 的陰極，該二極管并聯一個卸荷電阻后接變換器直流側母線負極;其第=端口極接控制信 號。
[0027] 所述方法實時檢測變換器直流側母線電壓，減去參考值，通過滯環控制，如果差值 大于帶寬上限值，輸出高電平，啟動并入變換器直流側母線的直流卸荷電路;如果差值小于 帶寬下限值，輸出低電平，切除并入變換器直流側母線的直流卸荷電路；如果差值在帶寬 內，輸出保持原狀態。
[0028] 與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
[0029] 本發明利用混合故障穿越的措施，解決傳統擦棒保護存在的電機失控帶來的一系 列問題。本發明無需封鎖轉子側變換器，電機不失控，能夠穩定系統轉速穩定性，限制系統 轉速增加，防止機組故障期間吸收無功，從而支撐電壓恢復。
【附圖說明】
[0030] 通過閱讀參照W下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、 目的和優點將會變得更明顯：
[0031] 圖1為本發明的串入雙饋感應電機定子繞組的保護電路示意圖；
[0032] 圖2為本實施例的串入雙饋感應電機定子繞組的保護電路具體示意圖；
[0033] 圖3為本實施例的并入變換器直流母線的直流卸荷電路示意圖；
[0034] 圖4為本實施例的雙饋感應電機轉子電流故障控制模式示意圖；
[0035] 圖5(a)為雙饋感應電機轉子電流波形圖，虛線表示基于擦棒保護的波形，實線表 示基于本發明輸出的波形；
[0036] 圖5(b)為雙饋感應電機無功功率波形，虛線表示基于擦棒保護的波形，實線表示 基于本發明輸出的波形。
[0037] 圖5(c)為雙饋感應電機轉速波形，虛線表示基于擦棒保護的波形，實線表示基于 本發明輸出的波形。
【具體實施方式】
[0038] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。W下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發明，但不W任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可W做出若干變形和改進。運些都屬于本發明 的保護范圍。
[0039] 實施例：
[0040] 本實施例提供一種雙饋風電機組混合故障穿越方法，其具體應用的環境基于仿真 軟件PSCAD/EMTDC;仿真中所使用的雙饋感應電機參數為:額定功率Pn = 2麗、額定電壓Un = 690V、額定頻率f = 50Hz，定子電阻Rs = 0.00488PU，定子漏感Lis = 0.1386pu，轉子電阻Rr = 0.00549pu，轉子漏感Lir = 0.149化11，互感Lm = 3.9527pu，慣性時間常數H = 3.5s，應間比為 0.45;仿真條件為:風速為13.5m/s;電壓跌落80% ;故