CN102545267A - 双馈风电机组低电压穿越方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种双馈风电机组低电压穿越方法，包括如下步骤：1)检测转子电流；2)将检测得到的转子电流和参考值比较，如果大于参考值，启动撬棒电路；3)在启动撬棒电路的同时，启动紧急变桨***，实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制。现有的撬棒电路的投入会恶化***转速稳定性，本发明利用紧急变桨和撬棒技术协调控制，在电压跌落故障期间，利用变桨技术减少***输入机械转矩，能够稳定***转速稳定性。

Description

双馈风电机组低电压穿越方法
技术领域
本发明涉及一种风电保护技术领域的方法，具体地说，涉及的是一种双馈风电机组低电压穿越方法。
背景技术
为了应对能源危机和环境恶化，世界各国正积极的推动着可再生能源的开发和利用。其中风力发电已成为科研人员和商业企业关注的焦点。这是因为风能是一种可靠的、无限的、可再生的电力供应源。风电的大规模应用既可以缓解能源危机，又能减轻常规能源使用所带来的环境问题，从而减少二氧化碳气体的排放。
然而，大规模风电接入电网却给电网运行带来了较大的挑战。要想大规模的风电接入电网运行，风电机组必须具备低电压穿越能力。事实上，所有风电机组都存在低电压穿越的问题，但双馈机组最具挑战性，这是因为双馈机组对电网扰动。目前，较为成熟并商用的双馈机组低电压穿越技术是所谓的撬棒(Crowbar)技术，当电网电压跌落时，由于定子磁通的不能突变，因此直流分量的出现使得转子绕组中产生过电流，从而造成变换器的破坏。而所谓的撬棒技术就是为转子故障电流提供旁路通路，从而避免转子过电流对变换器的破坏以实现机组的不间断并网运行。如以下文献介绍的撬棒技术：
徐殿国，王伟，陈宁.基于撬棒保护的双馈电机风电场低电压穿越动态特性分析[J].中国电机工程学报2010，30(22)：29-36；
Morren J，de Haan S W H.Ridethrough of Wind Turbines with Doubly-FedInduction Generator During a Voltage Dip[J]，IEEE Trans.Energy Convers.，2005，20(2)：435-441；
Rodriguez M，Abad G，Sarasola I，et al.Crowbar Control Algorithms for DoublyFed Induction Generator During Voltage Dips[C].2005European Conference onPower Electronics and Applications，Sep.11-14，2005：1-10，Dresden，Germany；
然而，然而撬棒技术却存在如下缺点：
1)对于持续时间较长的故障，撬棒技术却不能实现双馈风电机组不间断并网运行。
2)同时，由于撬棒电路的投入，转子故障电流快速衰减，反而恶化了***的转速稳定，使机组转速上升更快。如果电压跌落故障时间较长，结果会进一步恶化。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种双馈风电机组低电压穿越方法，该方法利用紧急变桨和撬棒技术的协调控制来加强双馈机组低电压穿越能力。
为实现上述的目的，本发明所述的双馈风电机组低电压穿越方法，包括如下步骤：
1)检测转子电流；
2)将检测得到的转子电流和参考值比较，如果大于参考值，启动撬棒电路；
3)在启动撬棒电路的同时，启动紧急变桨***，实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制。
所述检测转子电流，具体为：利用电流互感器实时监测双馈电机转子侧三相电流，然后变换为两相同步旋转坐标系下的dq轴电流。
所述实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制，具体为：首先实时检测转子电流，然后与参考值比较，输出撬棒电路逻辑控制信号，如果输出为高电平，启动撬棒电路，同时，变桨控制由正常模式切换到紧急控制模式，输出故障期间桨距角指令；如果故障期间，撬棒电路逻辑控制输出为低电平，撬棒电路退出运行，但变桨控制仍处于紧急控制模式直到***电压故障切除为止。
现有的撬棒电路的投入会恶化***转速稳定性，本发明利用紧急变桨和撬棒技术协调控制，在电压跌落故障期间，利用变桨技术减少***输入机械转矩，能够稳定***转速稳定性。
与现有技术相比较，本发明能够稳定***转速稳定性，限制***转速增加，防止***过速保护动作，从而加强***低电压穿越能力。
附图说明
图1为本发明一实施例中撬棒电路图。
图2为本发明一实施例中变桨***原理图。
图3为本发明一实施例中在故障期间的转子电流波形图。
图4为本发明一实施例中在故障期间的转速波形图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的解释，但是以下的内容不用于限定本发明的保护范围。
本实施例提供一种双馈风电机组低电压穿越方法，具体应用的环境：基于仿真软件MATLAB/SIMULINK，验证了上述紧急变桨与撬棒协调控制对机组低电压穿越能力的提高和对***转速稳定性的改善。仿真中所使用的双馈感应电机参数为：额定功率Pn＝1.5MW，额定电压Un＝575V，额定频率f＝60Hz，定子电阻Rs＝0.00706pu，定子漏感Lls＝0.171pu，转子电阻Rr＝0.005pu，转子漏感Llr＝0.156pu，互感Lm＝2.9pu，极对数p＝3，惯性时间常数H＝5s。仿真条件为：风速为13.7m/s，电压跌落至20％，故障3s时发生，持续时间为700ms，桨距角变化率为15deg/s，初始转速为1.1pu。
具体实施步骤如下：
1)检测转子电流；
本实施例中，由于是在MATLAB/SIMULINK软件中进行，转子电流直接从该软件的自带电机模型引出，其波形如图3所示。
实际应用中，可以利用电流互感器实时监测双馈电机转子侧三相电流，然后变换为两相同步旋转坐标系下的dq轴电流。
2)将检测到的转子电流和参考值比较，如果大于参考值，启动撬棒电路(图1)；如图1所示，撬棒电路主要由三相不可控制整流桥电路组成，其中一输出端与一个IGBT的一端相连，IGBT的另一端和一个电阻R的一端相连，电阻R的另一端和整流电路的另一端相连，整流器的三相输入与双馈电机的转子绕组相连。
本实施例中，参考值设置要保证转子电流不至于破坏变换器为依据，通常取其额定值的1.5倍。
3)在启动撬棒电路的同时，启动紧急变桨***(图2)，实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制。
如图2所示，变桨***原理图：Pw_lim是机械功率参考值，Pw是风轮输出机械功率，θref_em是紧急控制模式下的桨距角指令，Cp是功率系数，是桨距角θ和叶尖速比λ的函数；Cpmax和Cpmin分别是功率系数的最大值和最小值。θref_nor是正常模式下，桨距角指令，其中的逻辑控制用来实现故障模式和正常模式的转换。
本实施例中，首先实时检测转子电流，然后与参考值比较，如果其大于参考值，撬棒电路逻辑控制信号输出为高电平，启动撬棒电路，同时，变桨控制由正常模式切换到紧急控制模式，输出故障期间桨距角指令，从而实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制。如果转子故障电流降低至参考值以下，撬棒电路逻辑控制则输出为低电平，撬棒电路退出运行，但变桨控制仍处于紧急控制模式直到***电压故障切除为止。
本实施例的实施结果或效果：
图3给出了所提协调控制和传统的撬棒电路技术在故障期间的转子电流波形，从波形上看出，协调控制抑制了转子故障电流的能力更强，尤其是故障切除后作用更加明显。
图4给出了所提协调控制和传统的撬棒电路技术在故障期间的转速波形，从图中可以看出，协调控制的应用明显改善了***的转速稳定，抑制了***的过快转速上升，从而改善了***的低电压穿越能力。
本实施例经过仿真验证，撬棒电路和紧急变桨协调控制能够稳定***转速稳定，防止***转速保护跳闸，能够加强***低电压穿越能力。
以上为本发明的一个实施例，应当理解的是，本发明还有其他的实施方式，本发明的创新在于将撬棒技术和紧急变桨技术结合，而不在于撬棒电路、紧急变桨***本身，本发明中的撬棒电路、紧急变桨***还可以采用现有其他的方式实现，不仅限于上述实施例中所述情形。
以上仅仅是对本发明的较佳实施例进行的详细说明，但是本发明并不限于以上实施例。应该理解的是，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员做出的各种修改，仍属于本发明的范围。

Claims (6)

1.一种双馈风电机组低电压穿越方法，其特征在于包括如下步骤：
1)检测转子电流；
2)将检测得到的转子电流和参考值比较，如果大于参考值，启动撬棒电路；
3)在启动撬棒电路的同时，启动紧急变桨***，实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制。
2.根据权利要求1所述的双馈风电机组低电压穿越方法，其特征在于：所述检测转子电流，具体为：利用电流互感器实时监测双馈电机转子侧三相电流，然后变换为两相同步旋转坐标系下的dq轴电流。
3.根据权利要求1或2所述的双馈风电机组低电压穿越方法，其特征在于：所述实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制，具体为：首先实时检测转子电流，然后与参考值比较，输出撬棒电路逻辑控制信号，如果输出为高电平，启动撬棒电路，同时，变桨控制由正常模式切换到紧急控制模式，输出故障期间桨距角指令；如果故障期间，撬棒电路逻辑控制输出为低电平，撬棒电路退出运行，但变桨控制仍处于紧急控制模式直到***电压故障切除为止。
4.根据权利要求3所述的双馈风电机组低电压穿越方法，其特征在于：所述撬棒电路主要由三相不可控制整流桥电路组成，其中一输出端与一个IGBT的一端相连，IGBT的另一端和一个电阻R的一端相连，电阻R的另一端和整流电路的另一端相连，整流器的三相输入与双馈电机的转子绕组相连。
5.根据权利要求3所述的双馈风电机组低电压穿越方法，其特征在于：所述参考值设置要求为：保证转子电流不至于破坏变换器。
6.根据权利要求5所述的双馈风电机组低电压穿越方法，其特征在于：所述参考值取转子电流额定值的1.5倍。
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