[發明專利]基于反電流跟蹤的雙饋風機低電壓穿越控制方法及系統

有效

• 申請號: 201310396492.6
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103633913A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 鄒旭東;陳鑒慶;黃清軍;康勇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02J3/38
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明涉及雙饋異步風力發電機低電壓穿越(LVRT)控制領域，具體涉及一種基于反電流跟蹤的雙饋風機低電壓穿越控制方法及系統。?

背景技術

短路故障是電網常見的故障之一，在傳統的并網導則中，風機在電網電壓跌落時，可以與電網斷開連接。但隨著風力發電在能源結構中所占比例的升高，迅速斷開風場會對電網產生很大的沖擊，不利于電網的安全穩定運行和電壓恢復。因此，新的電網準則要求風電場在電網跌落故障下，仍能實現不脫網運行，并能對電網提供一定的無功支撐。這就是所謂的低電壓穿越(LVRT)要求。?

雙饋異步風力發電機簡稱雙饋風機，雙饋風力發電機組的變流器只流過轉差功率的能量，并且可實現有功、無功的獨立調節，是當今風能開發利用的主流發電機類型。雙饋風機定子直接與電網相連，抗電網擾動能力相對較弱。由于磁鏈不能突變，故障瞬間定子磁鏈中將感生出直流分量，不對稱故障還會有負序分量，而定、轉子之間存在強耦合，轉子磁鏈的暫態分量會在轉子側感應出較高的感應電動勢。較高的感應電動勢會超過直流母線電壓，產生大的電壓差，進而產生大的電流對直流電容充電，導致直流母線電壓的飆升，最終導致停機事故或者燒毀變流器。而且，定、轉子電流的大幅波動會造成電機轉矩脈動，對主軸、齒輪箱等設備產生很大的扭轉切應力沖擊。?

現有的雙饋風機低電壓穿越方案可以分為輕度故障時改進控制策略和嚴重故障時增加硬件兩種方式。?

增加硬件較為常用的方法是故障發生后在轉子側投入撬棒(Crowbar)電阻并封鎖轉子側變流器。Crowbar電阻接入時，雙饋風機從電網吸收功率，很難實現快速向電網提供功率支持、幫助電網恢復。并且不恰當的Crowbar投切時刻還會導致Crowbar電阻頻繁動作，進而引起電機轉矩脈動，或導致高電壓穿越問題。?

相比較而言，改進控制策略無需增加硬件，且在故障期間可對暫態分量進行控制，減小電磁振蕩和轉矩脈動。目前，典型的改進控制策略有滅磁控制、磁鏈跟蹤控制策略、虛擬阻抗控制策略和正向電流跟蹤控制策略等。滅磁控制是在定子功率外環和轉子電流內環的雙閉環矢量控制的基礎上，通過轉子電流在漏感上激勵的磁場去抵消定子磁鏈中的直流和負序分量。該策略沒有充分利用直流母線電壓，轉子側仍然有較大的電流，并且需要準確地磁鏈觀測和相序分離，存在較大轉矩脈動。磁鏈跟蹤控制利用轉子電流控制轉子磁鏈去部分控制定子磁鏈。其結構復雜，需要同時對定、轉子磁鏈進行準確地觀測，并且改變了原有轉子電流內環的結構，不利于控制策略的切換。虛擬阻抗在滅磁控制的基礎上，針對滅磁控制電壓利用率不高而電流過高的缺點，利用虛擬的漏感提高轉子電壓，從而減小轉子電流。但其存在和滅磁控制同樣的缺點。正向電流跟蹤，在圖2所示參考方向下，直接將定子電流作為轉子電流的指令值。其控制效果較差，需要很高的直流母線電壓。?

發明內容

針對現有技術存在控制策略結構復雜、存在轉矩脈動的問題，本發明提供了一種基于反電流跟蹤的雙饋風機低電壓穿越控制方法及系統，其目的在于利用一種簡單可靠的控制策略，充分利用轉子側變流器的電壓和電流裕量實現低電壓穿越運行，消除轉矩脈動。電壓、電流裕量是指在如式(13)限制條件下，電壓、電流可以繼續升高而不超過允許值的裕量。?

基于反電流跟蹤的雙饋風機低電壓穿越控制方法，涉及的雙饋風機采?用定子功率外環和轉子電流內環的雙閉環矢量控制，該方法具體為：當電網發生電壓跌落故障，將雙饋風機的轉子電流內環指令值切換為以風機的當前定子電流乘以跟蹤系數k的指令值；?

一種雙饋風機低電壓穿越控制系統，包括采樣模塊、定子功率外環、轉子電流內環和空間矢量脈寬調制器，定子功率外環的輸出端連接轉子電流內環的輸入端，轉子電流內環的輸出端連接空間矢量脈寬調制器的輸入端，空間矢量脈寬調制器的輸出端連接雙饋風機的轉子變流器；采樣模塊的輸入端連接雙饋電機，采樣模塊的轉子電流輸出端連接轉子電流內環的反饋端，采樣模塊的功率輸出端連接定子功率外環的反饋端；在此基礎上，增設了指令生成切換模塊，指令生成切換模塊串接于定子功率外環和轉子電流內環之間，采樣模塊的定子電流輸出端連接指令生成切換模塊的輸入端，當電網發生短路故障時，采樣模塊觸發指令生成切換模塊將當前定子電流乘以跟蹤系數k的值作為轉子電流內環的指令值；?