[發(fā)明專利]用于雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的撬棒電阻設(shè)計方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910091192.0
• 申請日: 2009-08-14
• 公開（公告）號: CN101621204A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周宏林;楊耕;劉軍;金繼軍;路春英
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);北京京儀椿樹整流器有限責任公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 羅文群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的撬棒電阻設(shè)計方法，屬于風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

對采用雙饋發(fā)電機(以下簡稱DFIG)的并網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)，當電網(wǎng)因短路故障出現(xiàn)電壓跌落時，會導(dǎo)致發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子磁鏈出現(xiàn)直流分量，進而在發(fā)電機轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)出較大的感應(yīng)電動勢。當轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動勢超過轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電壓控制能力時，就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子側(cè)出現(xiàn)較大的短路電流，嚴重時可能造成轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和發(fā)電機的損壞。因此，在電網(wǎng)短路期間，風力發(fā)電系統(tǒng)會采取一些必要的保護措施來保障自身的安全，這一過程稱為風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越過程(以下簡稱LVRT)。

轉(zhuǎn)子側(cè)的短路電流常可作為評價雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)LVRT能力的一個重要指標。作為一種有效的短路電流抑制手段，轉(zhuǎn)子側(cè)撬棒(Crowbar)電路得到了較為廣泛的應(yīng)用。一種典型的含有轉(zhuǎn)子側(cè)撬棒電路的雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中，轉(zhuǎn)子側(cè)撬棒電路由晶閘管和撬棒電阻構(gòu)成。當該風力發(fā)電系統(tǒng)正常工作時，晶閘管處于關(guān)斷狀態(tài)，而一旦檢測到電網(wǎng)發(fā)生較為嚴重的電壓跌落時，就迅速封鎖轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，同時開通轉(zhuǎn)子側(cè)撬棒電路中的晶閘管，使得撬棒電阻串入DFIG的轉(zhuǎn)子側(cè)，從而起到限制短路電流的作用。

然而，由圖1可知，在電網(wǎng)電壓跌落瞬間，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器只能依靠封鎖其開關(guān)器件的觸發(fā)脈沖來保護自身，也就是說它并不能立即從物理上與DFIG完全斷開。所以這時如果轉(zhuǎn)子側(cè)短路電流在撬棒電阻上產(chǎn)生的壓降較大，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器中與開關(guān)器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管就可能導(dǎo)通。又由于直流母線電容的存在，續(xù)流二極管的導(dǎo)通將導(dǎo)致DFIG轉(zhuǎn)子電壓發(fā)生畸變，如圖2(a)所示.。這一現(xiàn)象在本文中被稱為直流母線箝位效應(yīng)。由圖2(b)還可看出，直流母線箝位效應(yīng)的出現(xiàn)將會使DFIG的短路電流比不考慮該效應(yīng)時大，進而嚴重影響轉(zhuǎn)子側(cè)撬棒電路的性能。

目前雖然也有一些針對轉(zhuǎn)子側(cè)撬棒電路在LVRT過程中的研究工作，例如：

1、G.Tsourakis，C.D.Vournas.Simulation?of?Low?Voltage?Ride?Through?Capability?ofWind?Turbines?with?Doubly?Fed?Induction?Generator[C]//EWEC2006?proceedings，Athens，Greece，2006：1-9。

2、J?Niiranen.Voltage?dip?ride?through?of?a?doubly-fed?generator?equipped?with?an?active撬棒[C]//Nordic?Wind?Power?Conference，2004，Goteborg，Sweden：1-8。

3、姚駿，廖勇.基于撬棒保護控制的交流勵磁風電系統(tǒng)運行分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，31(23)：79-83。

4、蔣雪冬，趙舫.應(yīng)對電網(wǎng)電壓驟降的雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機撬棒控制策略[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32(12)：84-89。

但上述工作著重于驗證圖1所示系統(tǒng)在某些特定的工作點附近運行時，撬棒電路的有效性。由于忽視了LVRT過程中直流母線箝位效應(yīng)對短路電流的重要影響，使得撬棒電路的設(shè)計不能達到預(yù)期的效果；另一方面撬棒電阻參數(shù)設(shè)計的理論依據(jù)分析也存在不足，僅僅給出了一些經(jīng)驗性結(jié)果。因此，推導(dǎo)出理論設(shè)計公式，發(fā)明一種能夠計入直流母線箝位效應(yīng)的撬棒電阻參數(shù)設(shè)計方法十分重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是推導(dǎo)出理論設(shè)計公式，提出一種能夠計入直流母線箝位效應(yīng)的撬棒電阻參數(shù)設(shè)計的方法。

本發(fā)明提出的用于雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的撬棒電阻設(shè)計方法，包括以下各步驟：

(1)獲取風力發(fā)電系統(tǒng)中雙饋發(fā)電機的定子與轉(zhuǎn)子匝數(shù)比K_u、轉(zhuǎn)子電阻R_r(單位Ω)、轉(zhuǎn)子額定電流I_rrate以及轉(zhuǎn)子電流上限I_rulim(單位A)；

(2)根據(jù)上述轉(zhuǎn)子額定電流I_rrate以及轉(zhuǎn)子電流上限I_rulim(單位A)，計算轉(zhuǎn)子電流過載倍數(shù)k＝I_rulim/I_rrate；

(3)獲取轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的直流母線電壓U_dc0(單位V)；