[發明專利]一種變流器直流側卸荷電路的控制方法

無效

• 申請號: 201210581893.4
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103023296A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 董志然;呂佃順;林資旭;李海東;許洪華;趙斌;趙棟利;武鑫
• 申請（專利權）人: 北京科諾偉業科技有限公司;保定科諾偉業控制設備有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種用于風力發電變流器的直流側卸荷電路的控制方法。

背景技術

隨著風電裝機容量的增加，風力并網發電系統對電網的影響越來越大，從維持電力系統穩定的角度出發，要求風電機組在電網電壓跌落時能夠保持不脫網運行。目前，GB/T9963-2011《風電場接入電力系統技術規定》提出了風電場低電壓穿越（LVRT）能力的要求，要求風電變流器具備LVRT能力。

對于基于同步發電機的全功率變流器，當電網電壓發生跌落故障時，為保持輸出功率不變，網側變流器輸出電流增加，當達到最大限制時，全功率變流器電機側輸入功率會大于電網側輸出功率，直流母線電壓升高。對于基于雙饋感應發電機的雙饋變流器，由于故障瞬間雙饋異步發電機磁鏈不能突變，定子電流增大，由于定子、轉子的強耦合關系，使得轉子產生巨大的能量沖擊，并通過轉子側變流器流入直流母線，由于電網電壓跌落限制了網側變流器的功率輸送能力，導致直流母線電壓迅速升高。所以需要采取一定措施抑制直流母線電壓升高，保證變流器不間斷運行。在直流母線并聯卸荷裝置是一種常用的方法。卸荷電路通常由功率開關器件和卸荷電阻構成，通過功率器件控制卸荷電阻的投入與切出，抑制直流母線過電壓。

目前常用卸荷電路控制方式僅以直流母線電壓作為卸荷投切的判定條件，未考慮實際工況下卸荷電阻卸荷能力上限，電網電壓跌落故障頻繁發生時容易導致卸荷電阻因頻繁工作而燒毀。CN201774451U《雙饋風電變流器直流卸荷電路》給出了硬件卸荷電路的實現方式，但未提供卸荷電路的控制方法和卸荷電阻的保護方法。CN101136582A《一種全功率變流器直流側卸荷電路的控制方法》提出一種通過采集輸入有功功率、輸出無功功率和直流側電壓，求取功率的偏差作為輸入量，通過PI調節控制卸荷投入占空比的方案，此種方式改善了卸荷動作對母線電壓的影響，但是響應速度慢，并且同樣沒有對卸荷電阻提供必要的保護。

發明內容

為了克服現有變流器直流側卸荷電路控制方法無法有效保護卸荷電阻，導致卸荷電阻壽命縮短乃至燒毀的問題。本發明提出一種變流器直流側卸荷電路的控制方法，實現卸荷電阻的保護。本發明可應用于基于同步發電機的全功率變流器和基于雙饋感應發電機的雙饋變流器。

當電網發生電壓跌落故障導致母線電壓上升時，網側變流器的直流母線電壓外環調節器作用，通過增大網側向電網輸出的有功電流，抑制母線電壓升高。但是，因母線電壓外環響應速度慢，或當母線電壓外環調節器已經飽和后，母線電壓會不受控制地上升。此時就需要直流側卸荷電路參與，通過卸荷電阻釋放母線上的一部分能量，以抑制母線電壓。

本發明使用卸荷控制器對由卸荷開關和卸荷電阻構成的卸荷電路進行控制。卸荷控制器采集直流母線電壓值，所采集的直流母線電壓值首先經過低通濾波器濾除直流母線電壓中的高頻紋波成分，然后輸入電壓滯環比較器，電壓滯環比較器的輸出值作為卸荷開關狀態控制條件一。同時，卸荷控制器讀取當前卸荷開關狀態，并根據當前卸荷開關狀態計算卸荷電阻的能量累積值，能量累積值的計算結果作為能量滯環比較器的輸入，能量滯環比較器的輸出值作為卸荷開關狀態控制條件二。當同時滿足卸荷開關狀態控制條件一和條件二時，由控制器輸出控制信號，投入卸荷電阻，否則切出卸荷電阻。

所述的低通濾波器可以是共用變流器控制器的模擬濾波器，也可以是數字濾波器。所述的低通濾波器為巴特沃茲低通濾波器，截至頻率的選擇以可以濾除電網側和電機側變流器的開關頻率附近紋波為目標。

所述的電壓滯環比較器的滯環范圍可根據實際情況進行調整，滯環上限最大值受母線電容和電網側電機側變流器功率器件耐壓值限制，需留有足夠余量，滯環下線最小值必須大于變流器正常運行時的母線電壓值，同樣要保留余量。通常情況下，滯環應盡可能窄，以減小卸荷電路動作時母線電壓的波動范圍。

所述的能量累積值的計算方法如下：

首先計算一個控制周期T內卸荷電阻累加或者減少的能量值。卸荷處于投入狀態時，母線電壓V_dc通過卸荷開關加在卸荷電阻R兩端，因為卸荷電流很大，卸荷電流在卸荷電阻R上產生的能量遠大于卸荷電阻自然散熱釋放的能量，故卸荷單周期累加的能量值Q_in近似為：