[發明專利]一種風力發電系統背靠背變流器的容錯控制方法及系統

有效

• 申請號: 201711265492.7
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108092303B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 王偉;石巖;程明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M1/32;H02M5/458
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

本發明公開了一種風力發電系統背靠背變流器的容錯控制方法及系統，該方法在確定背靠背變流器六個橋臂中發生故障的橋臂后，將剩余的五個健康橋臂重構為五橋臂變流器，利用雙向晶閘管將原故障橋臂對應相連接至健康橋臂，該健康橋臂被定義為公共橋臂；為了避免容錯控制下公共橋臂過流，檢測公共橋臂的電流，若公共橋臂電流大于電流預警值，調節發電機轉速，從而控制公共橋臂上發電機側與網側對應相的相位差在120^。—240^。內，實現風力發電并網系統的正常運行。本發明涉及的容錯控制方法能夠實現系統在變流器故障下的不間斷容錯運行，同時可以保持公共橋臂不過流，具有良好的魯棒性。

技術領域

本發明屬于新能源發電領域，涉及一種風力發電系統變流器故障狀態下的容錯控制方法及系統。

背景技術

19世紀70年代以來，以煤炭、石油為主要燃料的國家已面臨嚴重的環境污染，加上化石燃料有限、儲量減少的雙重危機日益加深，開發利用新能源已經成為世界能源可持續發展戰略的重要組成部分，而風能又是新能源中最具開發潛力的一種能源。在不斷持續的能源緊張形勢下，世界上很多國家尤其是發達國家，都在尋找一種可替代常規能源、對環境無污染的可持續發展新能源。太陽能、核能、潮汐能、風能等新能源的大規模開發利用將有效的緩解能源供應緊張所帶來的壓力。據不完全統計，世界風能資源高達每年53萬億千瓦時，世界的裝機容量每年都以25％的速度增長，預計在未來的10年內，世界風能市場每年將遞增20％左右。我國風能資源分布廣泛，在內陸地區如內蒙古北部、甘肅、新疆及東南沿海、山東、遼寧半島等均屬于風資源豐富區。我國陸地上可開發的風能資源已達到2.53億千瓦時，加上近海可開發的風能資源估計在10億千瓦時以上，超過水能資源的2倍有余，而且我國產業化條件最為成熟的首推風力發電。因此，必須對風力發電的開發給予高度重視并將其列入能源優先開發計劃之列，這將對調整我國能源結構、緩解環境污染等方面起到不可估量的作用，而且風力發電的重要性已得到世界上很多國家充分認可。

由于風力發電系統是高階、多變量、參數時變的非線性系統，并長期處于沿海高原等復雜多變的工作環境中，大功率、高負荷連續運行，變流器是非常容易發生故障的環節，變流器的故障會引起生產過程停頓，甚至可能造成嚴重災難。為了避免由于變流器故障而導致整個系統不穩定，對變流器引入容錯控制，使變流器在出現某些故障情況下能夠正常運行，一定程度地增加了系統的穩定性。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種風力發電系統背靠背變流器的容錯控制方法及系統，能夠利用故障后變流器的剩余五個健康橋臂組成五橋臂變流器，實現背靠背變流器故障下的不間斷容錯運行，提高了系統魯棒性。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種風力發電系統背靠背變流器的容錯控制方法，所述背靠背變流器為六橋臂兩電平結構，變流器的三個橋臂分別連接風力發電機側三相繞組，另三個橋臂分別連接電網側三相繞組，在發電機側繞組和電網側繞組之間連接有三組雙向晶閘管，每相只連接一組雙向晶閘管；所述容錯控制方法包括：

系統正常運行時三組雙向晶閘管均處于關斷狀態，采用SVPWM調制法獲得正常狀態下六個橋臂的開關信號控制系統運行；

當六個橋臂中任一橋臂發生故障時，切除故障橋臂，接通故障橋臂對應相的雙向晶閘管將原故障橋臂對應相連接至健康橋臂，構成五橋臂變流器，將該健康橋臂定義為公共橋臂；檢測公共橋臂的電流，若公共橋臂電流大于額定電流，調節發電機轉速，將公共橋臂上發電機側與電網側對應相的相位差控制在120°-240°內，實現變流器在非過流狀態下容錯運行。

作為優選，在故障重構后，若公共橋臂電流小于額定電流，發電機側采用矢量控制，轉速由最佳葉尖速比確定，電網側采用直接功率控制；獲得給定電壓信號后，根據五橋臂六相PWM調制法，對六相給定電壓信號進行零序電壓補償，使得公共橋臂對應的兩相補償后的電壓相等，從而獲得五個橋臂的開關信號。