CN102088191A - 一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法和***，通过对电网电压的跌落和恢复稳定进行判断，当电网电压处于跌落的暂态或者上升的暂态时，对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号进行暂时的强制封锁；当电网电压处于跌落稳定或者恢复正常稳定时，解除对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号的封锁。同时，配合撬棒电路的工作实现网侧变流器的低电压穿越。本发明通过电网电压的正序分量和负序分量判断电网电压的不同状态进行不同的控制，并且仅是对网侧变流器进行控制，机侧变流器可以一直正常运行，减小了发电机电磁转矩脉动带来的风力机和传动链的机械应力。

Description

一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法和***

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法和***。

背景技术

随着风力发电规模的不断扩大，风力发电***对电网的影响已经越来越显著。在全功率风电***中，发电机定子绕组通过全功率变流器接入电网，对电网波动的适应性好，并能实现并网有功功率和无功功率的独立控制，因此发电效率高，结构较为简单，运行稳定性好。参见图1，该图为目前典型的全功率风力发电***的结构图。

该发电***采用全功率双PWM变流器(包括机侧变流器100和网侧变流器300)连接发电机M和电网。其中，发电机M将发出的电能传送给机侧变流器100，机侧变流器100将发电机M发出的交流电进行整流，整流为直流电，然后直流电经过撬棒电路200后传送给网侧变流器300。网侧变流器300再将直流电逆变为与电网的频率和幅值相匹配的交流电后馈送给电网，从而实现风力发电的并网运行。

其中，撬棒电路200的主要功能是当直流母线电压上升时，消耗多余能量。

在风力发电***中，电网电压跌落是电网最常见的故障。电网电压跌落主要是由于输电线路故障造成的，其故障类型有以下几种：单相接地故障，两相接地故障，两相相间短路故障以及三相短路故障。其中根据电网相电压幅值在跌落过程中的变化情况，又可以将电网电压跌落简单地归结为三相不平衡跌落和三相平衡跌落两大类。电网电压跌落的深度也不相同，最低可以跌落到零，持续时间从0.5个电网电压周期到数秒的时间不等。

当电网电压跌落时，为了保证***运行的稳定性和安全性，全功率风机变流器的网侧变流器需要具有低电压穿越(LVRT，Low-Voltage Ride Through)功能。低电压穿越，是指在风机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。低电压穿越技术是风力发电***中的一个非常关键的技术，关系着风电的大规模应用。

在全功率风力发电***中，电网电压的瞬间跌落将导致网侧变流器输出功率减小，而此刻如果机侧变流器仍然实时响应总控转矩信号，能量的不匹配将导致直流母线电压的上升。这样将威胁到网侧变流器和机侧变流器的功率开关管器件的寿命。因此，在电网电压跌落时需要解决网侧变流器和机侧变流器的能量匹配问题。

目前，当电网电压跌落时，解决能量匹配问题主要有三种途径，分别是：

第一，从变流器设计入手，选择耐压和过流值较高的电力电子器件，并提高直流支撑电容的额定电压，但是耐压大和过流值高的器件的成本较高；

第二，减小发电机的电磁转矩设定值，从而允许转矩的暂时上升来存储风机部分输入能量，减小发电机的输出功率，有利于电压跌落时的功率平衡。但是，将会导致发电机的电磁转矩出现较大的波动，使风机和传动链的机械应力增大，影响风机寿命。

第三，利用撬棒电路消耗多余能量。但是由于电网电压跌落引起的电网直流母线电压的上升是暂态过程，需要确保撬棒电路在正确的时刻动作和脱离，否则***故障前后的投切和稳定运行将会受到影响。

综上所述，目前全功率风机变流器低电压穿越的控制方法均存在一定问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法和***，能够在不改变变流器器件，不改变发电机的电磁转矩的前提下，解决电网电压跌落引起的能量不匹配问题。

本发明提供一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法，包括以下步骤：

步骤A：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网发生三相平衡跌落或三相不平衡跌落时，对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号进行短暂强制封锁；

步骤B：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网跌落达到稳定时，解除对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号的封锁；

步骤C：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网由跌落开始恢复时，对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号进行短暂封锁；

步骤D：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网恢复到正常稳定时，解除对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号的封锁；

在步骤A、B、C和D中，通过比较直流母线电压与预定电压值来控制撬棒电路是否工作。

优选地，所述撬棒电路不工作的判据为：直流母线电压小于设定直流电压最小值；所述撬棒电路工作的判据为：直流母线电压大于设定直流电压最大值。

优选地，所述当前电网电压的正序分量和负序分量由双同步坐标系软件锁相环根据电压传感器采集的网侧三相电压计算得到。

优选地，步骤A中当判断出当前电网电压的正序分量小于前一个周期的电网电压的第一预定电压值时，判断电网发生三相平衡跌落；

当判断当前电网电压的正序分量小于前一个周期的电网电压的第二预定电压值，且当前电网电压的负序分量与前一个周期的电网电压的负序分量相差预定幅值时，判断电网发生三相不平衡跌落。

本发明还提供一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制***，包括以下单元：

计算单元，用于由当前电网的三相电压实时计算获得电网电压的正序分量和负序分量；

跌落判断单元，用于由计算单元实时获得的当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否发生三相平衡跌落或三相不平衡跌落；

跌落稳定判断单元，用于由计算单元实时获得的当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否跌落达到稳定；

跌落恢复判断单元，用于由计算单元实时获得的当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否由跌落开始恢复；

恢复正常判断单元，用于由计算单元实时获得的当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否恢复到正常稳定；

驱动信号封锁单元，用于当电网发生三相平衡跌落或三相不平衡跌落时，封锁网侧变流器的功率开关管的驱动信号；还用于当电网由跌落开始恢复时，封锁网侧变流器的功率开关管的驱动信号；

驱动信号解除单元，用于当电网跌落稳定时，解除对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号的封锁；还用于当电网恢复到正常稳定时，解除对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号的封锁；

撬棒电路控制单元，用于将直流母线电压与预定电压值比较控制撬棒电路的工作。

优选地，所述撬棒电路控制单元，当直流母线电压小于设定直流电压最小值，用于控制撬棒电路不工作；当直流母线电压大于设定直流电压最大值，用于控制撬棒电路工作。

优选地，还包括网侧三相电压传感器，用于采集网侧的三相电压，将采集的网侧的三相电压发送给所述计算单元。

优选地，所述跌落判断单元包括三相平衡跌落判断子单元和三相不平衡跌落判断子单元；

所述三相平衡跌落判断子单元，用于比较当前电网电压的正序分量小于前一个周期的电网电压的第一预定电压值时，判断电网发生三相平衡跌落；

所述三相不平衡跌落判断子单元，用于比较当前电网电压正序分量小于前一个周期的电网电压的第二预定电压值，且当前电网电压的负序分量与前一个周期的电网电压的负序分量相差预定幅值时，判断电网发生三相不平衡跌落。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例提供的全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法对电网电压的跌落和恢复稳定的判断，当电网电压处于跌落的暂态或者上升的暂态时，对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号进行暂时的强制封锁；当电网电压处于跌落稳定或者恢复正常稳定时，解除对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号的封锁。同时，配合撬棒电路的工作实现网侧变流器的低电压穿越。本发明通过电网电压的正序分量和负序分量判断电网电压的不同状态进行不同的控制，并且仅是对网侧变流器进行控制，机侧变流器可以一直正常运行，减小了发电机电磁转矩脉动带来的风力机和传动链的机械应力。

附图说明

图1是现有技术中典型的直驱风力发电***的结构图；

图2是本发明DDSRF-SPLL的原理图；

图3是本发明提供的协同控制方法实施例一流程图；

图4是本发明提供的协同控制方法原理框图；

图5是本发明提供的协同控制方法实施例二流程图；

图6是本发明提供的电网电压单相跌落时网侧变流器响应波形图；

图7是本发明提供的电网电压两相跌落时网侧变流器响应波形图；

图8是本发明提供的电网电压三相平衡跌落时网侧变流器响应波形图；

图9是本发明提供电网电压三相平衡跌落时机侧响应波形图；

图10是本发明提供的协同控制***实施例一结构图；

图11是本发明提供的协同控制***实施例二结构图。

具体实施方式

为了本领域技术人员更好地理解和实施本发明的技术方案，下面首先介绍双同步坐标系软件锁相环(DDSRF-SPLL，Decoupled Double Synchronous Reference Frame Soft Phase-locked Loop)。

DDSRF-SPLL的基本原理参见图2所示，该图为DDSRF-SPLL的原理图。

DDSRF包括两个旋转坐标系，其中正序dq⁺¹同步旋转坐标系以ω角速度逆时针旋转，其角度设为

而负序dq^-1同步旋转坐标系是以-ω的角速度顺时针旋转，其角度设为

ω为SPLL计算出的角速度。u_a、u_b、u_c为电压传感器检测的电网的三相电压。abc/dqm表示三相静止坐标系到正序dq⁺¹同步旋转坐标系的变换，abc/dqn表示三相静止坐标系到负序dq^-1同步旋转坐标系的变换。

分别为正序dq⁺¹同步旋转坐标系中的d轴和q轴的电网电压分量，

分别为负序dq^-1同步旋转坐标系中的d轴和q轴的电网电压分量。

和

的计算采用了解耦网络。图2中采用一个简单的一阶低通滤波器，其传递函数为：

$\mathrm{LPF}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}_f}{s+{\mathrm{\ω}}_f}---\left(1\right)$

则图2所示，

和

的基波分量可以表示如下：

${{\stackrel{\‾}{U}}_q}^p\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}_f}{s+{\mathrm{\ω}}_f}{U_q}^{*p}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}_f}{s+{\mathrm{\ω}}_f}({U_q}^p\left(s\right)-U_1\left(s\right)*{{\stackrel{\‾}{U}}_q}^n\left(s\right)-U_2\left(s\right)*{{\stackrel{\‾}{U}}_d}^n\left(s\right))---\left(2\right)$

${{\stackrel{\‾}{U}}_d}^p\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}_f}{s+{\mathrm{\ω}}_f}{U_d}^{*p}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}_f}{s+{\mathrm{\ω}}_f}({U_d}^p\left(s\right)-U_1\left(s\right)*{{\stackrel{\‾}{U}}_d}^n\left(s\right)+U_2\left(s\right)*{{\stackrel{\‾}{U}}_q}^n\left(s\right))---\left(3\right)$

${{\stackrel{\‾}{U}}_q}^n\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}_f}{s+{\mathrm{\ω}}_f}{U_q}^{*n}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}_f}{s+{\mathrm{\ω}}_f}({U_q}^n\left(s\right)-U_1\left(s\right)*{{\stackrel{\‾}{U}}_q}^p\left(s\right)+U_2\left(s\right)*{{\stackrel{\‾}{U}}_d}^p\left(s\right))---\left(4\right)$

${{\stackrel{\‾}{U}}_d}^n\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}_f}{s+{\mathrm{\ω}}_f}{U_d}^{*n}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}_f}{s+{\mathrm{\ω}}_f}({U_d}^n\left(s\right)-U_1\left(s\right)*{{\stackrel{\‾}{U}}_d}^p\left(s\right)-U_2\left(s\right)*{{\stackrel{\‾}{U}}_q}^p\left(s\right))---\left(5\right)$

公式(2)-(5)中的*表示s域内的卷积运算，

和

分别为

在s域内的拉普拉斯变换，U1(s)和U1(s)分别为u₁(t)＝cos(2ωt)，u₂(t)＝sin(2ωt)在s域内的拉普拉斯变换，其中U₁(s)和U₁(s)的表达式为：

$U_1\left(s\right)=\frac{s}{s^2+{\left(2\mathrm{\ω}\right)}^2},$ $U_2\left(s\right)=\frac{2\mathrm{\ω}}{s^2+{\left(2\mathrm{\ω}\right)}^2}---\left(6\right)$

DDSRF-SPLL中，采用PI调节器将解耦网络输出的正序反馈电压

调节到零，进而获得与旋转频率一致的电网频率ω，对ω进行积分得到正序锁相角度

和负序锁相角度

同理，根据正序锁相角度和负序锁相角度

利用DDSRF-SPLL对三相并网桥臂电流进行解耦，可以得到d轴和q轴的正序电流

d轴和q轴的负序电流

由此可见，本发明实施例中是DDSRF-SPLL利用三相桥臂并网电流及电网三相电压得到网侧电流的正序分量和负序分量，以及电压的正序分量和负序分量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参见图3，该图为本发明提供的协同控制方法实施例一流程图。

本发明实施例提供的全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法，包括以下步骤：

步骤A：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网发生三相平衡跌落或三相不平衡跌落时，对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号进行强制封锁；

本发明中利用DDSRF-SPLL可以得到电压的正序分量

和负序分量

将电压的正序分量和负序分量分别与预定值进行比较可以判断电网是否发生跌落。当判断电网发生跌落时，需要对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号进行封锁。

步骤B：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网跌落达到稳定时，解除对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号的强制封锁；

由电网的正序分量和负序分量与预定值进行比较可以判断电网是否跌落稳定，当电网跌落稳定时，解除对功率开关管器件的驱动信号的封锁，网侧变流器正常工作，实现电压外环和并网电流内环的控制。

步骤C：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网由跌落开始恢复时，对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号进行强制封锁。

步骤C与步骤A类似，是一个暂态的过程，暂时封锁网侧变流器。

步骤D：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网恢复到正常稳定时，解除对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号的强制封锁；

在步骤A-D中，同时检测直流母线电压，将直流母线电压与设定的直流电压滞环值进行比较，控制撬棒电路是否工作。

本发明实施例提供的全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法通过DDSRF-SPLL进行电网电压的跌落和恢复稳定的判断，当电网电压处于跌落的暂态或者上升的暂态时，对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号进行暂时的强制封锁；当电网电压处于跌落稳定或者恢复正常稳定时，解除对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号的封锁。同时，配合撬棒电路的工作实现网侧变流器的低电压穿越。本发明通过电网电压的正序分量和负序分量判断电网电压的不同状态进行不同的控制，并且仅是对网侧变流器进行控制，机侧变流器可以一直正常运行，减小了发电机电磁转矩脉动带来的风力机和传动链的机械应力。

下面结合图4详细介绍本发明实施例提供的协同控制方法的具体实现。

参见图4，该图为本发明提供的协同控制方法原理框图。

需要说明的是，对于全功率风机***中，可以应用齿轮箱，也可以不用。

对于图4中的左侧对机侧电路的内环控制不做详细介绍，因为这部分是现有技术，并且本实施例中未对机侧变流器进行控制上的改进，仅对网侧变流器进行控制，机侧变流器保持正常工作状态，仍然正常跟踪总控的转矩或功率信号。

下面首先介绍撬棒电路的控制。

所述撬棒电路不工作的判据为通过检测直流母线电压u_dc来控制撬棒电路是否工作，具体为：直流母线电压u_dc小于设定直流电压最小值u_{dc_min}；所述撬棒电路工作的判据为：直流电压大于设定直流电压最大值u_{dc_max}。

可以理解的是，撬棒电路的控制贯穿整个过程，主要是为了保护直流母线电压在预定范围内。

下面介绍对网侧变流器的控制。

DDSRF-SPLL由电网的三相电压u_a、u_b、u_c得到u_d ^p、u_q ^p、u_d ⁿ、和u_q ⁿ，同时得到电网电压正负序锁相角度

和

DDSRF-SPLL由电网的三相并网桥臂电流i_a、i_b、i_c及

和

得到网侧电流的正序电流和负序电流

对网侧变流器的控制包括电压外环控制400和电流内环控制500，下面分别来介绍。

首先介绍电压外环控制模块400的工作原理。

电压外环控制400的输入是给定直流母线电压

和给定的正序无功电流

在单位功率因数并网的场合，

一般设定为零。

电压外环控制模块400的q轴分支为：

和u_dc叠加经过PI调节获得正序有功电流给定值 的计算如公式(7)所示；

与

叠加后经过PI调节获得的结果再与

叠加获得V_q ^p*；

$i_q^{p*}=(K_{\mathrm{vp}}+\frac{K_{\mathrm{vi}}}{s})(u_{\mathrm{dc}}^{*}-u_{\mathrm{dc}})---\left(7\right)$

其中K_vp和K_vi分别是PI调节中的比例系数和积分系数。

电压外环控制模块400的d轴分支为：

和

叠加后经过PI调节获得的结果与

再叠加后获得V_d ^p*。

dq-αβ坐标系的输入量为V_q ^p*和V_d ^p*，dq-αβ坐标系的输出量为u_{α_p}和u_{β_p}。

下面介绍电流内环控制模块500的工作原理。

电流内环控制模块500的q轴分支为：给定的q轴负序电流与计算出来的叠加，再经过PI调节，PI调节的结果与

叠加获得V_q ^n*；

电流内环控制模块500的d轴分支为：给定的d轴负序电流与计算出来的

叠加，再经过PI调节，PI调节的结果与与

叠加获得V_d ^n*。

综上所述，由电压外环控制模块400得到正序有功电流给定值

正负序有功和无功电流给定值经由电流内环控制模块500得到正序电压控制指令V_q ^p*和V_d ^p*、负序电压控制指令V_q ^n*和V_d ^n*。

和

是电网电压的正负序前馈分量，用来克服电网波动引起的***扰动，

和

可以由u_d ^p、u_q ^p、u_d ⁿ、和u_q ⁿ分别与u_dc的比值来获得，具体可以参见图4中的计算模块600。

和

并分别采用正序、负序坐标系的前馈解耦控制来产生相应的电压控制指令V_q ^p*、V_d ^p*、V_q ^n*和V_d ^n*，具体的计算公式如下：

正序坐标系中的前馈解耦控制算法为：

$\left\{\begin{array}{c}{V_q}^{p*}={V_{g\_q}}^p-(K_{\mathrm{ip}}+\frac{K_{\mathrm{ii}}}{s})(i_q^{p*}-i_q^p)\\ {V_d}^{p*}={V_{g\_d}}^p-(K_{\mathrm{ip}}+\frac{K_{\mathrm{ii}}}{s})(i_d^{p*}-i_d^p)\end{array}\right.---\left(8\right)$

负序坐标系中的前馈解耦控制算法为：

$\left\{\begin{array}{c}{V_q}^{n*}={V_{g\_q}}^n-(K_{\mathrm{ip}}+\frac{K_{\mathrm{ii}}}{s})(i_q^{n*}-i_q^n)\\ {V_d}^{n*}={V_{g\_d}}^n-(K_{\mathrm{ip}}+\frac{K_{\mathrm{ii}}}{s})(i_d^{n*}-i_d^n)\end{array}\right.---\left(9\right)$

其中，K_ip和K_ii分别是PI调节中的比例系数和积分系数。通常依据“一阶最佳”原则来选取，以获得最佳的阶跃响应。

采用正序电流、负序电流双电流环控制***真正实现了

和

四个电流的完全独立控制。在实际场合中，为保证网侧变流器的正常挂网运行和并网电流的三相对称控制，要控制网侧负序电流

和

均为零，因此本发明实施例中给定的负序电流

和

均为零。

为了提高直流电压的利用率，网侧变流器和机侧变流器均采用SVPWM调制方式。

如图4所示，SVPWM模块700接收电压外环控制模块400的输出量和电流内环控制模块500的输出量，以及

和

从而输出PWM驱动信号驱动网侧变流器的功率开关管器件。

下面结合图5详细介绍本发明的网侧变流器的低电压穿越整个过程。

参见图5，该图为本发明提供的协同控制方法实施例二流程图。

S501：通过DDSRF-SPLL实时计算电网电压的正序分量和负序分量，以及正序锁相角度和负序锁相角度；

需要说明的是，DDSRF-SPLL实时在计算电网电压的正序分量和负序分量，因此，各个判断步骤中使用的电网电压的正序分量和负序分量是当前时刻采集的。

S502：由电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否发生不平衡跌落或平衡跌落，如果是，则执行S503；如果否，则执行S504；

需要说明的是，当判断当前电网电压的正序分量小于前一个周期的电网电压的第一预定电压值时(例如小于80％前一个周期的电网电压幅值)，判断电网发生三相平衡跌落；

当判断当前电网电压的正序分量小于前一个周期的电网电压的第二预定电压值(例如，小于80％前一个周期的电网电压幅值)，且当前电网电压的负序分量与前一个周期的电网电压的负序分量相差预定幅值(10％前一个周期的电网电压幅值)时，判断电网发生三相不平衡跌落。

S503：对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号进行强制封锁；

S504：网侧变流器直流电压外环和并网电流内环同时进行调节；

S505：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否跌落稳定；如果是，则执行S506；如果否，则执行S503；

S506：解除功率开关管器件的驱动信号的封锁，网侧变流器以设定的最大并网电流进行电流内环控制，此时直流电压外环处于饱和状态。调节网侧变流器直流电压外环PI调节器输出的限幅值，从而将并网的正序有功电流限制在最大的限幅值范围内；

S507：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否由跌落稳定开始恢复；如果是，则执行S503；如果否，则执行S506；

S508：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否恢复稳定；如果是，则执行S509，如果否，则执行S503；

S509：判断撬棒电路是否在工作，如果是，则执行S506；如果否，则执行S504。

当电网电压由跌落恢复稳定以后，根据DDSRF-SPLL计算的电网电压的正序锁相角度

进行电流内环控制(以设定的最大正序并网电流进行电流内环控制，直流电压外环不工作)或直流电压稳定控制(直流电压外环和电流内环均进行调节)。两种控制模式的切换依据为：在进行并网控制的时刻，撬棒是否在工作状态。如撬棒电路已经工作，为抑制撬棒电路工作从电网吸收功率，此刻需要网侧变流器工作在并网电流内环状态以屏蔽网侧能量的整流反灌过程；反之如果在网侧变流器进行电流调节的瞬间，撬棒电路没有工作，则网侧变流器便进入直流电压稳定控制过程，从而实现一个周期的低电压穿越过程。

本发明实施例提供的网侧变流器的低电压穿越的协同控制方法，通过分析电网当前的状态进行不同的控制，当电网处于跌落过程中，以及由跌落稳定开始恢复正常过程中，均控制网侧变流器不工作，因为这两个过程是暂态过程。当电网跌落稳定或恢复正常稳定时，控制网侧变流器挂网运行，因为这两个过程是稳态过程。

下面根据波形图，介绍本发明提供的协同控制方法产生的效果。

参见图6，该图为本发明提供的电网电压单相跌落时网侧变流器响应波形图。该图为单相跌落到额定电压的20％。参见图7，该图为本发明提供的电网电压两相跌落时网侧变流器响应波形图。该图为两相跌落到20％。参见图8，该图为本发明提供的电网电压三相平衡跌落时网侧变流器响应波形图。该图为三相平衡跌落到20％。

图中的U_AB为电网电压波形，I_A为A相电流波形，往下依次为撬棒电路的触发信号和PWM驱动信号的波形。

从图6-8中可以看出，不管电网处于何种故障跌落状态，在低电压穿越发生的时刻，通过本发明的网侧、机侧协同控制，网侧变流器的响应状态与图4中所示的动作实施过程保持一致。

(1)在t₀-t₁，以及t₂-t₃时段，即电网电压发生跌落与恢复的暂态过程中，为了防止过流损坏变流器中的功率开关管器件，对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号进行了短暂的封锁。

(2)t₁-t₂时段，即电网跌落到低压后的稳态阶段，解除对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号的封锁，并以设定的最大并网电流向电网馈送能量，撬棒电路是否工作是根据直流母线电压和设定的直流电压比较结果来进行控制。

(3)t₃以后，即电网恢复到高压后的稳态阶段，开始由于功率不匹配使得撬棒电路仍旧被触发导通，此时网侧变流器工作在并网电流内环状态，当直流侧电压下降至小于设定直流电压最小值时，撬棒电路退出工作状态，网侧变流器重新恢复到电网跌落前的直流电压稳定控制过程，从而实现了一个周期的低电压穿越过程。

参见图9，该图为电网电压三相平衡跌落时机侧响应波形图。

U_UV发电机定子U相和V相之间的线电压、I_U、I_V分别为定子U相和V相的相电流、U_DC为直流母线电压。

从图9中可以看出，在低电压穿越期间，由于撬棒电路的卸荷作用，机侧变流器不进行特别调节，仍然按正常状态跟踪总控的转矩或功率指令发电运行。

基于上述全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法，本发明还提供了风机变流器低电压穿越的协同控制***，下面结合具体实施例来详细说明其组成部分。

参见图10，该图为本发明提供的协同控制***实施例一结构图。

本实施例提供的全功率风机变流器低电压穿越的协同控制***，包括以下单元：

计算单元1001，用于由当前电网的三相电压实时计算获得电网电压的正序分量和负序分量；

计算单元利用DDSRF-SPLL可以得到电网电压的正序分量和负序分量，具体的计算公式可以参见方法实施例部分的描述。

跌落判断单元1002，用于由计算单元1001实时获得的当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否发生三相平衡跌落或三相不平衡跌落；

跌落稳定判断单元1003，用于由计算单元1001实时获得的当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否跌落达到稳定；

跌落恢复判断单元1004，用于由计算单元1001实时获得的当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否由跌落开始恢复；

恢复正常判断单元1005，用于由计算单元1001实时获得的当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否恢复到正常稳定；

驱动信号封锁单元1006，用于当电网发生三相平衡跌落或三相不平衡跌落时，封锁网侧变流器的功率开关管的驱动信号；还用于当电网由跌落开始恢复时，封锁网侧变流器的功率开关管的驱动信号；

驱动信号解除单元1007，用于当电网跌落稳定时，解除对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号的封锁；还用于当电网恢复到正常稳定时，解除对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号的封锁；

撬棒电路控制单元1008，用于将直流母线电压与预定电压值比较控制撬棒电路的工作。具体为：当直流母线电压小于设定直流电压最小值，用于控制撬棒电路不工作；当直流母线电压大于设定直流电压最大值，用于控制撬棒电路工作。

本发明实施例提供的全功率风机变流器低电压穿越的协同控制***通过DDSRF-SPLL进行电网电压的跌落和恢复稳定的判断，当电网电压处于跌落的暂态或者上升的暂态时，对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号进行暂时的强制封锁；当电网电压处于跌落稳定或者恢复正常稳定时，解除对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号的封锁。同时，配合撬棒电路的工作实现网侧变流器的低电压穿越。本发明通过电网电压的正序分量和负序分量判断电网电压的不同状态进行不同的控制，并且仅是对网侧变流器进行控制，机侧变流器可以一直正常运行，减小了发电机电磁转矩脉动带来的风力机和传动链的机械应力。

参见图11，该图为本发明提供的协同控制***实施例二结构图。

本发明实施例提供的协同控制***还包括网侧三相电压传感器1101，用于采集网侧的三相电压，将采集的网侧的三相电压发送给所述计算单元。

所述跌落判断单元1002包括三相平衡跌落判断子单元1002a和三相不平衡跌落判断子单元1002b；

所述三相平衡跌落判断子单元1002a，用于比较当前电网电压的正序分量小于前一个周期的电网电压的第一预定电压值(例如小于80％前一个周期的电网电压幅值)时，判断电网发生三相平衡跌落；

所述三相不平衡跌落判断子单元1002b，用于比较当前电网电压的正序分量小于前一个周期的电网电压的第二预定电压值(例如，小于80％前一个周期的电网电压幅值)，且当前电网电压的负序分量与前一个周期的电网电压的负序分量相差预定幅值(10％前一个周期的电网电压幅值)时，判断电网发生三相不平衡跌落。

本发明实施例提供的网侧变流器的低电压穿越的协同控制***，通过分析电网当前的状态进行不同的控制，当电网处于跌落过程中，以及由跌落稳定开始恢复正常过程中，均控制网侧变流器不工作，因为这两个过程是暂态过程。当电网跌落稳定或恢复正常稳定时，控制网侧变流器挂网运行，因为这两个过程是稳态过程。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网发生三相平衡跌落或三相不平衡跌落时，对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号进行短暂强制封锁；

步骤B：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网跌落达到稳定时，解除对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号的封锁；

步骤C：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网由跌落开始恢复时，对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号进行短暂封锁；

步骤D：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网恢复到正常稳定时，解除对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号的封锁；

在步骤A、B、C和D中，通过比较直流母线电压与预定电压值来控制撬棒电路是否工作。

2.根据权利要求1所述的协同控制方法，其特征在于，所述撬棒电路不工作的判据为：直流母线电压小于设定直流电压最小值；所述撬棒电路工作的判据为：直流母线电压大于设定直流电压最大值。

3.根据权利要求1所述的协同控制方法，其特征在于，所述当前电网电压的正序分量和负序分量由双同步坐标系软件锁相环根据电压传感器采集的网侧三相电压计算得到。

4.根据权利要求1所述的协同控制方法，其特征在于，步骤A中当判断出当前电网电压的正序分量小于前一个周期的电网电压的第一预定电压值时，判断电网发生三相平衡跌落；

当判断当前电网电压的正序分量小于前一个周期的电网电压的第二预定电压值，且当前电网电压的负序分量与前一个周期的电网电压的负序分量相差预定幅值时，判断电网发生三相不平衡跌落。

5.一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制***，其特征在于，包括以下单元：

计算单元，用于由当前电网的三相电压实时计算获得电网电压的正序分量和负序分量；

跌落判断单元，用于由计算单元实时获得的当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否发生三相平衡跌落或三相不平衡跌落；

跌落稳定判断单元，用于由计算单元实时获得的当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否跌落达到稳定；

跌落恢复判断单元，用于由计算单元实时获得的当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否由跌落开始恢复；

恢复正常判断单元，用于由计算单元实时获得的当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网是否恢复到正常稳定；

驱动信号封锁单元，用于当电网发生三相平衡跌落或三相不平衡跌落时，封锁网侧变流器的功率开关管的驱动信号；还用于当电网由跌落开始恢复时，封锁网侧变流器的功率开关管的驱动信号；

驱动信号解除单元，用于当电网跌落稳定时，解除对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号的封锁；还用于当电网恢复到正常稳定时，解除对网侧变流器的功率开关管器件的驱动信号的封锁；

撬棒电路控制单元，用于将直流母线电压与预定电压值比较控制撬棒电路的工作。

6.根据权利要求5所述的协同控制***，其特征在于，所述撬棒电路控制单元，当直流母线电压小于设定直流电压最小值，用于控制撬棒电路不工作；当直流母线电压大于设定直流电压最大值，用于控制撬棒电路工作。

7.根据权利要求5所述的协同控制***，其特征在于，还包括网侧三相电压传感器，用于采集网侧的三相电压，将采集的网侧的三相电压发送给所述计算单元。

8.根据权利要求5所述的协同控制***，其特征在于，所述跌落判断单元包括三相平衡跌落判断子单元和三相不平衡跌落判断子单元；

所述三相平衡跌落判断子单元，用于比较当前电网电压的正序分量小于前一个周期的电网电压的第一预定电压值时，判断电网发生三相平衡跌落；

所述三相不平衡跌落判断子单元，用于比较当前电网电压正序分量小于前一个周期的电网电压的第二预定电压值，且当前电网电压的负序分量与前一个周期的电网电压的负序分量相差预定幅值时，判断电网发生三相不平衡跌落。

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