[發明專利]基于轉子串電阻的雙饋機組故障穿越方法

有效

• 申請號: 201310659194.1
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103701147A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 蔡旭;凌禹;賈鋒
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及風電保護領域，具體地，涉及一種基于轉子串電阻的雙饋機組故障穿越方法。

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更加敏感。

目前，較為成熟并商用的雙饋機組低電壓穿越技術是所謂的撬棒(Crowbar)保護技術。當電網電壓跌落時，由于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。而所謂的撬棒保護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并網運行。

如公開號為102315651A的中國發明專利，該專利提供了一種撬棒電路及雙饋型感應發電機穿越電網故障的裝置及方法；當電網電壓突變導致雙饋型感應發電機轉子電流上升到等于或大于設定的撬棒電路導通電流門限值時或導致雙饋型感應發電機組變流器母線電壓上升到等于或大于設定的撬棒電路導通電壓門限值時，控制器關閉機側變流器并通過撬棒電路的驅動電路觸發撬棒電路的開關電路導通，觸發方式為從一個撬棒支路開始逐個增加撬棒支路的導通個數，至雙饋型感應發電機轉子電流下降到小于設定的撬棒電路導通電流門限值和雙饋型感應發電機組變流器母線電壓下降到小于設定的撬棒電路導通電壓門限值為止；當雙饋型感應發電機的轉子電流衰減到等于或小于設定的撬棒電路關斷電流門限值時且雙饋型感應發電機組變流器母線電壓衰減到等于或小于設定的撬棒電路關斷電壓門限值時，控制器通過撬棒電路的驅動電路逐個關斷撬棒電路的撬棒支路的開關電路并開啟機側變流器，為電網迅速提供無功支持，幫助電網恢復。

又如公開號為103178548A的中國發明專利，該專利提供了一種雙饋風力發電機組的對稱故障穿越控制方法，該方法在雙饋風力發電機組的電網故障下，當流入轉子變換器的電流超過其最大允許電流值時，所述雙饋風力發電機組的轉子Crowbar電路投入運行，同時閉鎖所述轉子變換器；在故障發生期間，當所述轉子Crowbar電路投入τr時長后且轉子電流值小于Crowbar保護動作門檻值時，所述轉子Crowbar電路被切除，同時重啟所述轉子變換器；在故障切除后，所述轉子變換器通過恢復控制策略切換到有功功率工作模式，并停止向電網注入無功電流。利用該方法能夠克服現有故障穿越控制策略中存在的缺陷，從而提高雙饋風力發電機組的故障穿越能力。

然而，上述的專利撬棒保護技術卻存在如下缺點：

1）撬棒投入后，雙饋感應電機機側變換器封鎖，電機處于失控狀態，運行于異步電機狀態之下；

2）在上述運行條件下，機組轉速穩定性惡化，并向電網吸收大量無功，不利于機組的故障穿越；

3）對雙饋機感應機組而言，撬棒保護本省也是一種擾動，應采取措施避免其啟動的機會。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于轉子串電阻的雙饋機組故障穿越方法，該方法無需封鎖轉子側變換器，雙饋電機不失控，因此其能穩定系統轉速，抑制系統在故障期間轉速過快增加，支撐電網電壓，采用合適的控制策略減少硬件保護電路的啟動機會，從而加強雙饋風電機組低電壓穿越的瞬態性能。

為實現以上目的，本發明提供一種基于轉子串電阻的雙饋機組故障穿越方法，該方法利用串入雙饋電機轉子繞組的電阻電路、并入變換器直流側母線的直流卸荷電路以及基于傳統矢量控制技術改進的轉子側變換器控制策略協調控制來加強雙饋機組低電壓穿越能力，步驟包括：

首先，實時檢測雙饋電機定子電壓以計算所述基于傳統矢量控制技術改進的轉子側變換器控制策略的中前饋電壓補償項中體現定子瞬態的項；

同時實時檢測轉子電流，和轉子參考電流一起產生開關切換信號，實現所述串入雙饋電機轉子繞組的電阻電路的投入和退出運行；

同時實時檢測變換器直流側母線電壓，和參考值一起產生開關信號，實現所述并入變換器直流側母線的直流卸荷電路的投入和退出。

優選地，所述基于傳統矢量控制技術改進的轉子側變換器控制策略是在傳統矢量控制的基礎上，在前饋電壓補償項中增加了反映定子電壓瞬態行為的項，其dq分量的表達式分別為：