[發明專利]一種低電壓穿越用雙饋式風力發電機組轉子側變流器及其快速重啟方法

有效

• 申請號: 201010170794.8
• 申請日: 2010-05-04
• 公開（公告）號: CN101860040A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 曹仁賢;余勇;吳玉楊;張顯立;屠運武;鄒海晏
• 申請（專利權）人: 合肥陽光電源有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02P9/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 奚華保

技術領域

本發明涉及風力發電領域，具體涉及一種低電壓穿越期間雙饋式風力發電機組轉子側變流器快速重啟方法。

背景技術

隨著風電市場的迅猛發展，風力發電占全球總發電量的比重越來越大，風力發電的穩定性和可靠性越來越受到重視。世界各國電網公司也相繼地出臺了嚴格的風電場接入電網技術規定，包括電網故障穿越能力，即電網出現短暫的跌落時，風機能夠保持并網，甚至向電網提供一定的無功功率，支持電網恢復，直到電網恢復正常，從而“穿越”這個低電壓時間。

由于雙饋式風力發電機組的定子側直接聯接電網，這種直接耦合使得電網電壓的降落直接反映在發電機定子端電壓上，導致定子磁鏈出現直流分量，不對稱故障時還會出現負序分量。定子磁鏈的直流分量和負序分量相對于以較高轉速運轉的發電機轉子會形成較大的轉差(轉差頻率分別在ω_s和2ω_s附近，ω_s為同步角頻率)，從而感應出較大的感應電動勢并產生較大的轉子電流，導致轉子回路中電壓和電流大幅增加。同時，當電網電壓驟降時，雙饋式風力發電機組定子繞組發出功率的不突變又會導致定子側產生很大的故障電流。由于轉子繞組與定子繞組之間的強耦合，快速增加的定子電流會進一步引起轉子回路的過壓和過流。而且，大電流會導致發電機鐵心飽和、電抗減小，實際轉子電流還要進一步增大。另外，由于風力機調節速度較慢，故障前期風力機吸收的風能不會明顯減少，而發電機組由于定子端電壓降低，不能正常向電網輸送電能，即有一部分能量被電網側變流器傳遞到電網，而另一部分能量無法輸入電網，這些能量將會導致直流側電容快速充電、直流電壓迅速升高。因電網跌落而引起的雙饋式風力發電機組電磁響應的暫態過程會嚴重威脅到雙饋式風力發電機組轉子變流器的安全運行。

目前為了在電網故障期間，保護轉子側變流器，使雙饋式風力發電機組具有低電壓穿越能力，商用MW級雙饋式風力發電機組大都裝有有源撬棒電路。電網發生故障引起轉子過流時，最基本的方法是將雙饋式異步發電機轉子側變流器閉鎖的同時，將有源撬棒回路接入轉子繞組進行限流，待轉子繞組電流降到一定值以下時斷開有源撬棒電路，再次開啟轉子側變流器以實現雙饋式風力發電機組電網故障下的定子側不離網可控運行。然而電網故障期間由于定子未離網，雙饋式異步發電機轉子會有較大感應電動勢的存在，雙饋式異步發電機的轉子電壓方程在定子電壓矢量定向的同步旋轉坐標系下可表示成：

轉子端口電壓由電阻壓降、脈變電動勢及旋轉電動勢組成。低電壓期間由于雙饋式異步發電機暫態過程的存在，導致轉子端口電壓的脈變電動勢和旋轉電動勢部分偏大且不易通過計算得到，因此在斷開有源撬棒電路再次開啟轉子側變流器時可能會引起較大的沖擊電流引起雙饋式異步發電機轉子二次過流。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，設計開發出了一種避免出現雙饋式風力發電機組轉子二次過流，提高轉子側變流器的快速控制性能，增強雙饋式風力發電機組的低電壓穿越能力的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種低電壓穿越用雙饋式風力發電機組轉子側變流器，轉子側變流器內安裝有轉子端口電壓檢測裝置，轉子端口電壓檢測裝置與轉子側變流器電連接。

低電壓穿越用雙饋式風力發電機組轉子側變流器的快速重啟方法：

(1)在轉子側變流器重啟前，檢測雙饋式異步發電機的轉子端口電壓，并將檢測到的值經坐標變換，得到dq旋轉坐標系下轉子側變流器重啟前的轉子端口電壓瞬時值

(2)忽略定子電阻，通過公式i_{rdq_ref}＝U_sdq/(jω_s*L_m)近似計算出當前電網電壓下實現雙饋式風力發電機組轉子同步所需要的轉子電流指令i_{rdq_ref}，其中U_sdq為當前電網電壓，L_m為定子與轉子繞組間互感、ω_s為電網頻率；

(3)通過轉子電流閉環控制網絡對轉子電流進行跟蹤控制，實現轉子快速同步；將步驟(2)步計算得到的i_{rdq_ref}作轉子電流調節器的輸入給定，實際轉子電流i_rdq做轉子電流調節器的輸入反饋，同時將步驟(1)步得到的轉子端口電壓瞬時值用作轉子電流調節器輸出的前饋補償項；