雙饋風電機組低電壓穿越方法
2023-05-01 02:49:01
專利名稱：雙饋風電機組低電壓穿越方法
技術領域：
本發明涉及一種風電保護技術領域的方法，具體地說，涉及的是一種雙饋風電機組低電壓穿越方法。
背景技術：
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。其中風力發電已成為科研人員和商業企業關注的焦點。這是因為風能是一種可靠的、 無限的、可再生的電力供應源。風電的大規模應用既可以緩解能源危機，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卻給電網運行帶來了較大的挑戰。要想大規模的風電接入電網運行，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，但雙饋機組最具挑戰性，這是因為雙饋機組對電網擾動。目前，較為成熟並商用的雙饋機組低電壓穿越技術是所謂的撬棒(Crowbar)技術，當電網電壓跌落時，由於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。而所謂的撬棒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以實現機組的不間斷併網運行。如以下文獻介紹的撬棒技術徐殿國，王偉，陳寧.基於撬棒保護的雙饋電機風電場低電壓穿越動態特性分析 [J].中國電機工程學報2010，30 (22) 29-36 ；Morren J, de Haan SffH. Ridethrough of Wind Turbines with Doubly-Fed Induction Generator During a Voltage Dip[J], IEEE Trans. Energy Convers. ,2005, 20(2) :435-441 ；Rodriguez M, Abad G, Sarasola I, et al. Crowbar Control Algorithms for Doubly Fed Induction Generator During Voltage Dips[C]. 2005European Conference on Power Electronics and Applications, Sep. 11—14,2005 :1-10, Dresden, Germany ；然而，然而撬棒技術卻存在如下缺點1)對於持續時間較長的故障，撬棒技術卻不能實現雙饋風電機組不間斷併網運行。2)同時，由於撬棒電路的投入，轉子故障電流快速衰減，反而惡化了系統的轉速穩定，使機組轉速上升更快。如果電壓跌落故障時間較長，結果會進一步惡化。
發明內容
本發明的目的在於解決現有技術中的上述不足，提供一種雙饋風電機組低電壓穿越方法，該方法利用緊急變槳和撬棒技術的協調控制來加強雙饋機組低電壓穿越能力。為實現上述的目的，本發明所述的雙饋風電機組低電壓穿越方法，包括如下步驟1)檢測轉子電流；
2)將檢測得到的轉子電流和參考值比較，如果大於參考值，啟動撬棒電路；3)在啟動撬棒電路的同時，啟動緊急變槳系統，實現緊急變槳和撬棒電路的協調控制。所述檢測轉子電流，具體為利用電流互感器實時監測雙饋電機轉子側三相電流， 然後變換為兩相同步旋轉坐標系下的dq軸電流。所述實現緊急變槳和撬棒電路的協調控制，具體為首先實時檢測轉子電流，然後與參考值比較，輸出撬棒電路邏輯控制信號，如果輸出為高電平，啟動撬棒電路，同時，變槳控制由正常模式切換到緊急控制模式，輸出故障期間槳距角指令；如果故障期間，撬棒電路邏輯控制輸出為低電平，撬棒電路退出運行，但變槳控制仍處於緊急控制模式直到系統電壓故障切除為止。現有的撬棒電路的投入會惡化系統轉速穩定性，本發明利用緊急變槳和撬棒技術協調控制，在電壓跌落故障期間，利用變槳技術減少系統輸入機械轉矩，能夠穩定系統轉速穩定性。與現有技術相比較，本發明能夠穩定系統轉速穩定性，限制系統轉速增加，防止系統過速保護動作，從而加強系統低電壓穿越能力。
圖1為本發明一實施例中撬棒電路圖。圖2為本發明一實施例中變槳系統原理圖。圖3為本發明一實施例中在故障期間的轉子電流波形圖。圖4為本發明一實施例中在故障期間的轉速波形圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步的解釋，但是以下的內容不用於限定本發明的保護範圍。本實施例提供一種雙饋風電機組低電壓穿越方法，具體應用的環境基於仿真軟體MATLAB/SIMULINK，驗證了上述緊急變槳與撬棒協調控制對機組低電壓穿越能力的提高和對系統轉速穩定性的改善。仿真中所使用的雙饋感應電機參數為額定功率？ = 1. 5MW, 額定電壓Un = 575V，額定頻率f = 60Hz，定子電阻民=0. 00706pu,定子漏感Lls = 0. 171pu， 轉子電阻Rr = 0. 005pu，轉子漏感Llr = 0. 156pu，互感Lm = 2. 9pu，極對數ρ = 3，慣性時間常數H = k。仿真條件為風速為13. 7m/s,電壓跌落至20%，故障3s時發生，持續時間為 700ms，槳距角變化率為15deg/s，初始轉速為1. Ipu0具體實施步驟如下1)檢測轉子電流；本實施例中，由於是在MATLAB/SIMULINK軟體中進行，轉子電流直接從該軟體的自帶電機模型引出，其波形如圖3所示。實際應用中，可以利用電流互感器實時監測雙饋電機轉子側三相電流，然後變換為兩相同步旋轉坐標系下的dq軸電流。2)將檢測到的轉子電流和參考值比較，如果大於參考值，啟動撬棒電路(圖1)；如圖1所示，撬棒電路主要由三相不可控制整流橋電路組成，其中一輸出端與一個IGBT的一端相連，IGBT的另一端和一個電阻R的一端相連，電阻R的另一端和整流電路的另一端相連，整流器的三相輸入與雙饋電機的轉子繞組相連。本實施例中，參考值設置要保證轉子電流不至於破壞變換器為依據，通常取其額定值的1. 5倍。3)在啟動撬棒電路的同時，啟動緊急變槳系統(圖2)，實現緊急變槳和撬棒電路的協調控制。如圖2所示，變槳系統原理圖PW lim是機械功率參考值，Pw是風輪輸出機械功率， Qref em是緊急控制模式下的槳距角指令，Cp是功率係數，是槳距角Θ和葉尖速比λ的函數；cpmax和Cpmin分別是功率係數的最大值和最小值。θ ref nor是正常模式下，槳距角指令，其中的邏輯控制用來實現故障模式和正常模式的轉換。本實施例中，首先實時檢測轉子電流，然後與參考值比較，如果其大於參考值，撬棒電路邏輯控制信號輸出為高電平，啟動撬棒電路，同時，變槳控制由正常模式切換到緊急控制模式，輸出故障期間槳距角指令，從而實現緊急變槳和撬棒電路的協調控制。如果轉子故障電流降低至參考值以下，撬棒電路邏輯控制則輸出為低電平，撬棒電路退出運行，但變槳控制仍處於緊急控制模式直到系統電壓故障切除為止。本實施例的實施結果或效果圖3給出了所提協調控制和傳統的撬棒電路技術在故障期間的轉子電流波形，從波形上看出，協調控制抑制了轉子故障電流的能力更強，尤其是故障切除後作用更加明顯。圖4給出了所提協調控制和傳統的撬棒電路技術在故障期間的轉速波形，從圖中可以看出，協調控制的應用明顯改善了系統的轉速穩定，抑制了系統的過快轉速上升，從而改善了系統的低電壓穿越能力。本實施例經過仿真驗證，撬棒電路和緊急變槳協調控制能夠穩定系統轉速穩定， 防止系統轉速保護跳閘，能夠加強系統低電壓穿越能力。以上為本發明的一個實施例，應當理解的是，本發明還有其他的實施方式，本發明的創新在於將撬棒技術和緊急變槳技術結合，而不在於撬棒電路、緊急變槳系統本身，本發明中的撬棒電路、緊急變槳系統還可以採用現有其他的方式實現，不僅限於上述實施例中所述情形。以上僅僅是對本發明的較佳實施例進行的詳細說明，但是本發明並不限於以上實施例。應該理解的是，在不脫離本申請的權利要求的精神和範圍情況下，本領域的技術人員做出的各種修改，仍屬於本發明的範圍。
權利要求
1.一種雙饋風電機組低電壓穿越方法，其特徵在於包括如下步驟1)檢測轉子電流；2)將檢測得到的轉子電流和參考值比較，如果大於參考值，啟動撬棒電路；3)在啟動撬棒電路的同時，啟動緊急變槳系統，實現緊急變槳和撬棒電路的協調控制。
2.根據權利要求1所述的雙饋風電機組低電壓穿越方法，其特徵在於所述檢測轉子電流，具體為利用電流互感器實時監測雙饋電機轉子側三相電流，然後變換為兩相同步旋轉坐標系下的dq軸電流。
3.根據權利要求1或2所述的雙饋風電機組低電壓穿越方法，其特徵在於所述實現緊急變槳和撬棒電路的協調控制，具體為首先實時檢測轉子電流，然後與參考值比較，輸出撬棒電路邏輯控制信號，如果輸出為高電平，啟動撬棒電路，同時，變槳控制由正常模式切換到緊急控制模式，輸出故障期間槳距角指令；如果故障期間，撬棒電路邏輯控制輸出為低電平，撬棒電路退出運行，但變槳控制仍處於緊急控制模式直到系統電壓故障切除為止。
4.根據權利要求3所述的雙饋風電機組低電壓穿越方法，其特徵在於所述撬棒電路主要由三相不可控制整流橋電路組成，其中一輸出端與一個IGBT的一端相連，IGBT的另一端和一個電阻R的一端相連，電阻R的另一端和整流電路的另一端相連，整流器的三相輸入與雙饋電機的轉子繞組相連。
5.根據權利要求3所述的雙饋風電機組低電壓穿越方法，其特徵在於所述參考值設置要求為保證轉子電流不至於破壞變換器。
6.根據權利要求5所述的雙饋風電機組低電壓穿越方法，其特徵在於所述參考值取轉子電流額定值的1.5倍。
全文摘要
本發明公開一種雙饋風電機組低電壓穿越方法，包括如下步驟1)檢測轉子電流；2)將檢測得到的轉子電流和參考值比較，如果大於參考值，啟動撬棒電路；3)在啟動撬棒電路的同時，啟動緊急變槳系統，實現緊急變槳和撬棒電路的協調控制。現有的撬棒電路的投入會惡化系統轉速穩定性，本發明利用緊急變槳和撬棒技術協調控制，在電壓跌落故障期間，利用變槳技術減少系統輸入機械轉矩，能夠穩定系統轉速穩定性。
文檔編號H02J3/38GK102545267SQ201210029338
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月9日 優先權日2012年2月9日
發明者凌禹, 曹雲峰, 蔡旭, 高強 申請人:上海交通大學