[發明專利]考慮變流器功率約束后雙饋風機的高電壓穿越控制方法

在審

• 申請號: 201910759122.1
• 申請日: 2019-08-16
• 公開（公告）號: CN110401225A
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 黃道姍;李琰;黃霆;遲永寧;徐振華;湯海雁;林焱;田新首;蘇清梅;蘇媛媛;張慧瑜;劉超;林因;張小瑜;陳伯建;王志冰;林芳;劉宏志;魏春霞;胡健祖;唐冰婕;雷雨;肖宇;樊肖杰;徐鵬超;鄭廣泛;張欽智;王藝;朱迅君
• 申請（專利權）人: 國網福建省電力有限公司;國網福建省電力有限公司電力科學研究院;中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學俊

本發明涉及一種考慮變流器功率約束后雙饋風機的高電壓穿越控制方法，雙饋風電機組遇到系統高壓時，主控將對風電機組功率的控制權讓出給變流器，變流器開展控制，同時投入并聯在直流母線上的直流卸荷Chopper電路開展高穿控制；在高電壓結束后主控恢復對風電機組功率的控制權。本發明解決了暫態過程中因為出現過壓導致直流母線電壓波動、網側電流畸變等問題，保證了故障穿越期間風電系統的安全運行。

技術領域

本發明涉及新能源發電單元并網技術領域，特別是一種考慮變流器功率約束后雙饋風機的高電壓穿越控制方法。

背景技術

與電壓跌落類似，電壓驟升也會在風電機組定子側、轉子側激起一系列電磁暫態變化。雙饋風電機組定子側與電網直接連接，電網電壓驟升會引起雙饋電機定子和轉子磁鏈的變化，由于磁鏈守恒不能突變，定子和轉子繞組中會出現暫態直流分量。因感應電機的轉子高速旋轉，直流暫態分量將會導致定轉子電路中感應電壓和電流的升高，嚴重時會超過電力電子器件和電機的安全限定值，造成設備的損壞；同時暫態過程會造成雙饋風電機組電磁轉矩的波動，這將給齒輪箱造成機械沖擊，影響風電系統的壽命。當電網電壓驟升時，因變流器功率限制，網側變流器的輸出電流會減小，功率不平衡造成電網多余的能量通過網側對直流母線電容充電，引起直流母線電壓的上升。

雙饋電機的定子電壓和磁鏈方程分別為：

式中，U_s、U_r分別為定、轉子電壓矢量；I_s、I_r分別為定、轉子電流矢量；ψ_s、ψ_r分別為定子、轉子磁鏈矢量；L_s、L_r分別為定子、轉子繞組自感；L_m為定轉子繞組互感；R_s、R_r分別為定子、轉子繞組電阻。

令電網電壓在時間t＝t₀時發生驟升，雙饋風電機組的定子電壓矢量方程為：

式中，U_se為正常運行時定子電壓幅值；p＝(U_s-U_se)/U_se為電網電壓升高比例；ω_s為同步轉速率。

根據磁鏈守恒定律，雖然定子電壓幅值發生驟升，但是定子磁鏈幅值并不會發生突變。為了便于分析，先假設雙饋風電機組轉子開路，即轉子側變流器不能提供勵磁電壓，則由式(2)和式(3)可得定子磁鏈的變化率為：

根據式(2)的電壓驟升前后的條件，對式(4)進行求解，得電網電壓驟升情況下定子磁鏈方程為：

從式(2)中可看出，電網電壓驟升后，定子磁鏈由強制分量和自由分量組成。強制分量即交流分量以同步速度旋轉，其幅值與電網電壓驟升后的幅值成正比；自由分量即直流分量則以定子時間常數逐漸衰減至零。

忽略定子電流，在t＞t0時，可得到電網電壓驟升瞬間雙饋風電機組轉子上的感應電壓為：

式中，s為雙饋風電機組轉子轉差率。

由上述分析可知，雙饋風電機組定子側直接與電網相連，對電網故障非常敏感，當電網電壓驟升時，轉子繞組產生沖擊電流，該沖擊電流由定子磁鏈中的直流分量感應而出。若不采取及時的保護，將造成轉子側變流器損壞，甚至導致電容器被擊穿。

發明內容