CN108281984B - 一种双馈风电机组多模式运行方式 - Google Patents

一种双馈风电机组多模式运行方式 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双馈风电机组多模式运行方式，多模式包括二模式和三模式，利用高额定电压母线与低额定电压母线间的换挡实现二模式运行；在二模式基础上，利用全功率鼠笼异步发电模式与二模式的相互转换实现三模式运行。本方式可实现双馈风电机组的宽转速范围运行，满足宽电压和高低(零)电压穿越和高低电网频率短时运行要求，整机电气传动链效率高。

Description

一种双馈风电机组多模式运行方式
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其是一种双馈风电机组多模式运行方式。
背景技术
新能源风力发电机组在中国电力***中占有较大比重，全球风电机组装机中双馈风力机组目前占据主要大约50％份额。国内在新能源装机、运行容量不断增加的同时，电网也在大力发展大区域、大跨度的特高压和超特高压交直流输电，把偏远的西北及“三北”地区新能源和其他能源大跨度输到沿海三大负荷中心和中部负荷中心。
特高压和超高压的(交)直流输电线路、换流站的整流侧和逆变侧的交流母线会面临暂时高低(零)电压穿越和高低频率短时运行的问题，同时会波及换流站整流侧上游和换流站逆变侧下游35KV、110KV、220KV、330KV的电压等级以下新能源发电机组，尤其是风力发电机组的运行。
特高压和超高压的(交)直流输电线路和换流站的整流侧交流母线上，换流站故障会导致出现1.3-1.4pu.暂时高电压，逆变侧故障会导致出现1.7pu.暂时过电压，同时还会非周期出现1.15-2.0pu.暂时高电压。海上大型风电场远距离柔性直流输电也会出现以上类似暂时高电压。
云贵川西藏高原高山上，风电场单回路、长距离出线(5～20km左右)中，超十几台(10～20台左右)风力发电机组运行，在发电周期性最大最小变化、首端和末端风力发电机组上网电压“上翘”和“下落”时，需要风力发电机组满足较大无功功率调节出口电压稳定运行或宽额定电压运行和高低(零)电压穿越、高低频率短时运行要求。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种发电效率高、运行范围广、能够满足宽额定电压运行和暂时高低(零)电压穿越运行和高低频率短时运行要求的双馈风电机组多模式运行方式。
本发明实施例采用技术方案如下：
一种双馈风电机组多模式运行方式，其中，所述多模式包括二模式和三模式，利用高额定电压母线(发电机开口电压高)与低额定电压母线(发电机开口电压低)间的换挡实现二模式运行；在二模式基础上，利用全功率鼠笼异步发电模式与二模式的相互转换实现三模式运行。
作为优选方式，所述模式一采用高开口电压双馈发电方式运行，所述模式二采用低开口电压双馈发电方式运行；所述模式三采用全功率鼠笼异步发电方式运行。
作为优选方式，高额定电压母线换挡为低额定电压母线，实现模式一转模式二；低额定电压母线换挡为高额定电压母线，实现模式二转模式一。
作为优选方式，双馈风电机组由低开口电压双馈发电运行方式动态转换为全功率鼠笼异步发电运行方式，实现模式二转模式三；双馈风电机组由全功率鼠笼异步发电运行方式动态转换为低开口电压双馈发电运行方式，实现模式三转模式二。
作为优选方式，双馈风电机组多模式转换运行时，动态调节双馈风电机组 P-np功率曲线上的P50(np)值，Pfg(np)＝P50(np)*50/fg(pu.)，fg表示风电场电网实际频率(fg≥50)，np表示转速标幺值，P50(np)表示风电场电网实际频率为50Hz 时P-np功率曲线的稳态上网有功功率。
作为优选方式，双馈风电机组多模式转换运行时，根据电网频率分段设置超速区域变流器机侧电流、电压运行上限值，风电机组主控制器根据所述电流、电压运行上限值动态调节电气限值。
作为优选方式，双馈风电机组多模式转换运行时,采用宽电压范围稳态或动态调节方式进行无功功率调节，在母线电压的(100％±15％pu.)倍范围内，稳态调节无功功率±(0.4843pu./S1)(Q/Pn)，或动态调节无功功率± [(0.75pu.～0.4843pu.)/1min/10min](Q/Pn)。
作为优选方式，双馈风电机组多模式转换运行时,辅助***采用大功率三相不间断电源供电。
作为优选方式，高额定电压母线电压与低额定电压母线电压的比值范围为 [1.5，1.8]
本发明实施例可实现的积极有益技术效果包括：高额定电压母线向低额定电压母线换挡运行，可大幅度降低开口电压，使得双馈风电机组在较低风速区域能够正常运行，扩展了双馈风电机组的运行范围；在换挡基础上，采用全功率鼠笼异步方式发电，可在额定转速以下全范围(含低风速段)发电运行，可有效提高年度发电量；可实现宽转速范围运行，满足宽电压和高低(零)电压穿越和高低电网频率短时运行要求，整机电气传动链效率高。
本发明的其他方面和优点根据下面结合附图的详细的描述而变得明显，所述附图通过示例说明本发明的原理。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1(a)、双馈风力发电机组(小滑差且高、低开口电压和全功率鼠笼异步)三模式运行流程图；
图1(b)、双馈风力发电机组(小滑差且高、低开口电压)二模式运行流程图；
图2、双馈风力发电机组电气拓扑图Ⅰ(模式一、模式二、模式三)；
图3、双馈风力发电机组电气拓扑图Ⅱ(模式一、模式二、模式三)；
图4、双馈风力发电机组电气拓扑图Ⅲ(模式一、模式二、模式三)；
图5、双馈风力发电机组电气拓扑图Ⅳ(模式一、模式二、模式三)；
图6、双馈风力发电机转子电流工作曲线；
图7、双馈风力发电机转子电压工作曲线；
图8、双馈风力发电机组稳态矩形P-Q工作曲线；
图9、双馈风力发电机组低电压穿越和零电压穿越曲线；
图10、双馈风力发电机组高电压穿越曲线；
图11、双馈风力发电机组在电网频率下的额定长期运行和短时运行曲线。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
双馈风电机组采用多模式运行，根据实际运行转速范围大小将多模式运行分为三模式和二模式运行，其中三模式运行为模式一、模式二、模式三的组合运行，二模式运行为模式一、模式二的组合运行，其中模式一采用高开口电压双馈发电方式运行，模式二采用低开口电压双馈发电方式运行，模式三采用全功率鼠笼异步发电方式运行。
一种双馈风电机组多模式运行方式，利用高额定电压母线与低额定电压母线间的换挡实现二模式运行；在二模式基础上，利用全功率鼠笼异步发电模式与二模式的相互转换实现三模式运行。
具体地，高额定电压母线换挡为低额定电压母线，实现模式一转模式二；低额定电压母线换挡为高额定电压母线，实现模式二转模式一；双馈风电机组由低开口电压双馈发电运行方式动态转换为全功率鼠笼异步发电运行方式，实现模式二转模式三；双馈风电机组由全功率鼠笼异步发电运行方式动态转换为低开口电压双馈发电运行方式，实现模式三转模式二。
多模式下双馈风电机组运行功率范围为1-6MW，高额定电压Un1母线电压范围为480-1100V,中额定电压Un2母线电压范围为480-1100V,低高额定电压Un3母线电压范围为300-690V，高额定电压Un1母线电压低高额定电压Un3母线电压比值范围为1.5-1.8。
(1-1)双馈风电机组多模式下模式一运行范围：
①转速:1.1735(±0.05)pu.-1.0666(±0.05)pu.-0.86(±0.05)pu.- 0.73(±0.05)pu.；
②功率:1.30(±3％)pu.-1(±3％)pu.-0.54(±3％)pu.-0.32(±3％)pu.；
③额定频率：50Hz；
④额定转速：1.0666(±0.05)pu.；
⑤超速：1.735(±0.05)pu.；
⑥额定小滑差：-0.0666(±0.05)pu.；
⑦额定功率：1(±3％)pu.；
⑧超速最大功率：1.30(±3％)pu.。
(1-2)双馈风电机组多模式下模式二运行范围：
①转速：0.86(±0.05)pu.-0.73(±0.05)pu.-0.70(±0.05)pu.-0.60(± 0.05)pu.；
②功率：0.54(±3％)pu.-0.32(±3％)pu.-0.28(±3％)pu.-0.175(±3％)pu.。
(1-3)双馈风电机组多模式(三模式)下模式三运行范围：
①转速：0.70(±0.05)pu.-0.60(±0.05)pu.-0.314(±0.05)pu.-0.28pu.；
②功率：0.28(±3％)pu.-0.175(±3％)pu.-0.01(±0.003)pu.-0.001pu.；
③额定滑差率及变化范围为-0.0333(±0.026)pu.。
其中模式一、模式二、模式三之间转换节点的转速、功率及变化范围为(见图6、图7)：
1)节点J1±(模式一转模式二)：转速0.73(±0.05)pu.，功率0.32(±3％)pu.；
2)节点J2±(模式二转模式一)：转速0.86(±0.05)pu.，功率0.54(±3％)pu.；
3)节点J3±(模式二转模式三)：转速0.60(±0.05)pu.，功率0.175(± 3％)pu.；
4)节点J4±(模式三转模式二)：转速0.70(±0.05)pu.，功率0.28(±3％)pu.；
5)节点J5±(启机或停机)：转速0.314(±0.05)pu.，功率0.01(±3％)pu.；
6)节点J6±(启机或停机)：转速0.28pu.，功率0.001pu.；
7)其中J1+、J2+、J3+、J4+、J5+、J6+对应转子电压上限和转子电流下限，J1-、 J2-、J3-、J4-、J5-、J6-对应转子电压下限和转子电流上限。
多模式宽额定电压范围：
1)额定电压Un1母线电压为620V(±22.4％)～660V(±15％)或900V(± 22.4％)；
2)额定电压Un2母线电压为620V(±22.4％)～660V(±15％)或900V(± 22.4％)；
3)额定电压Un3母线电压为400V(±22.4％)～440V(±15％)或500V～600(±22.4％)。
多模式发电机和变流器机侧网侧满足电网额定频率范围(50Hz± 0.5Hz/S1)、电网较高频率范围(50.5～52.5Hz/S1)和电网高频率范围(52.5～ 55.0Hz/2min/间隔6min)运行要求，电网高频率运行范围内：
1)、多模式下模式一区段(J0±-J1±)下运行(见图6、图7)，转速范围:① 50～50.5Hz，J0±-J1±/50(J1±)；②50.5～51.5Hz，J0±-J1±/51；③51.5～52.5Hz， J0±-J1±/52；④52.5～53.5Hz，J0±-J1±/53；⑤53.5～54.5Hz，J0±-J1±/54；⑥54.5～ 55Hz，J0±-J1±/55；其中工作制式①、②、③、④、⑤、⑥是S1；
2)、多模式下模式二区段(J2±-J3±)下运行(见图6、图7)，转速范围:① 50～50.5Hz，J2±-J3±/50(J3±)；②50.5～51.5Hz，J2±-J3±/51；③51.5～52.5Hz， J2±-J3±/52；④52.5～53.5Hz，J2±-J3±/53；⑤53.5～54.5Hz，J2±-J3±/54；⑥54.5～ 55Hz，J2±-J3±/55；其中工作制式①、②、③、④、⑤、⑥是S1；
3)、多模式下模式三区段(J4±-J5±(J6±))下运行(见图6、图7)，转速范围:①50～55Hz，J4±-J5±(J6±)；其中工作制式①是S1。
双馈风电机组多模式转换运行时的主控、变桨、变流器控制策略包括：
(1)动态调节双馈风电机组P-np功率曲线上的P50(np)值， Pfg(np)＝P50(np)*50/fg(pu.)，fg表示风电场电网实际频率(fg≥50)，np表示转速标幺值，P50(np)表示风电场电网实际频率为50Hz时P-np功率曲线的稳态上网有功功率；
(2)根据电网频率分段设置超速区域变流器机侧电流、电压运行上限值，风电机组主控制器根据所述电流、电压运行上限值动态调节电气限值。模式二转模式一和模式二转模式三转换时，提前5-10s连续测试风况情况，根据风况情况确定主控器、变流器、变桨控制器控制策略，进行提前变桨、加电磁力矩、减加速度操作，以保证转速稳定运行。
(2-1)正常工况及额定电网频率下，风电机组转子以图6模式一区段电流正常运行，以图7模式一区段电压正常运行。
电网频率在45～50Hz范围内时，预先测试连续风况情况，设置过载且不超50％超速范围内，或不提前变桨、过载且不超50％超速范围内的控制策略，风电机组转子以图6模式一区段电流、以曲线电网频率对应的转速运行，曲线右面，随频率降低，转速相应降低；风电机组转子以图7模式一区段电压、以曲线电网频率对应的转速运行，V型曲线右面，随频率降低，转速相应降低。
电网频率在50Hz～55Hz范围内时，预先测试连续风况情况，设置适当减载和提高转速的控制策略。风电机组转子以图7模式一区段电压、以曲线电网频率对应的转速运行，V型曲线左面，随频率升高，经适当减载，转速相应升高。
(2-2)正常工况及额定电网频率，风电机组转子以图6模式二区段电流正常运行，以图7模式二区段电压正常运行；
电网频率在45～50Hz范围内时，预先测试连续风况情况，风电机组转子以图6模式二区段电流、图7模式二区段电压正常运行；
电网频率在50Hz～55Hz范围内时，预先测试连续风况情况，设置适当减载和提高转速的控制策略。风电机组转子以图7模式二区段电压、以曲线电网频率对应的转速运行，V型曲线左面，随频率升高，经适当减载，转速相应升高。
(2-3)正常工况及电网频率位于45～55Hz范围内，风电机组转子以图6 模式三区段电流和图7模式三区段电压正常运行。
双馈风电机组多模式转换运行时的主控、变桨、变流器控制策略满足宽额定电压和高低(零)电压穿越、高低频率短时运行要求。
双馈风电机组多模式转换运行时,辅助***采用大功率三相UPS(UPS：Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply不间断电源) 供电。通过辅助变压器1输出最大(±22.4％)pu.和UPS输入最大(±22.4％)pu., 可以输出电压400V(±10％)，还可以通过辅助变压器2输出电压690V(±10％)。
当辅机***回路输入Un2母线电压(见图2)或Un3母线电压(见图3、图4、图5)超过620V(±22.4％)～660V(±15％)(见图2)或400V(±22.4％)～440V(± 15％)和500V～600V(±22.4％)(见图3、图4、图5)时，UPS输入侧关断，输出侧短时(1min/间隔6min)由UPS后备蓄电池供电，能满足具备1.56pu./2s/ 6min(基于594V)～1.41pu./2s/6min(基于660V)(见图2)和1.41pu./2s/ 6min(基于440V)～1.56pu./2s/6min(基于383V)和1.5pu./2s/6min(基于 500V)(见图3、图4、图5)高电压穿越能力。
利用大功率三相UPS供电辅机***(400V/690V)能够满足低电压(0.2pu.) 或零电压(“0”pu.)穿越要求。
多模式发电机和变流器机侧网侧满足电网额定频率范围(50Hz± 0.5Hz/S1)、电网较低频率范围(49.5～47.5Hz/S1)和电网低频率范围(47.5～ 45.0Hz/2min/间隔6min)运行要求，电网低频率运行范围内：
1)、多模式下模式一区段(J0±-J1±)运行(见图6、图7)，转速范围:①50～49.5Hz，J1±-J0±/50(J0±)；②49.5～48.5Hz，J1±-J0±/49；③48.5～47.5Hz，J1±-J0±/48；④47.5～46.5Hz，J1±-J0±/47；⑤46.5～45.5Hz，J1±-J0±/46；⑥45.5～45Hz， J1±-J0±/45；其中工作制式①、②、③、④、⑤、⑥是S1；
2)、多模式下模式二区段(J2±-J3±)运行(见图6、图7)，转速范围:①50～ 45Hz，J2±-J3±，S1；
3)、多模式下模式三区段(J4±-J5±(J6±))运行(见图6、图7)，转速范围: ①50～49.5Hz，J5±(J6±)-J4±/50(J4±)；②49.5～48.5Hz，J5±(J6±)-J4±/49；③48.5～ 47.5Hz，J5±(J6±)-J4±/48；④47.5～46.5Hz，J5±(J6±)-J4±/47；⑤46.5～45.5Hz， J5±(J6±)-J4±/46；⑥45.5～45Hz，J5±(J6±)-J4±/45；其中工作制式①、②、③、④、⑤、⑥是S1。
作为优选实施例，双馈发电机组模式一运行期间，额定电压Un1母线上联上网开关K0、下联定子并网接触器C11和发电机定子绕组以及定子短接开关C3、发电机转子回路和变流器机侧；变流器网侧接触器C2及快速熔断开关KR1，与额定电压Un2母线相联；额定电压Un3母线上联上网开关K7(图2、图3)或K1 (图4、图5)下联定子并网接触器C12等。
接触器C2、K0、K1、K3、K4、K5、K6、K7、K9、KR1、KR2合上,K2、 K8断开，K2作为K6的(后备电源)联锁切换接触器(额定电压母线Un3的 400V(±22.4％)～440V(±15％)为后备临时减载停机电源)，K8作为K9的(后备电源)联锁切换接触器[额定电压母线Un2的620V(±22.4％)～660V(±15％)为后备临时减载停机电源]。
(一)双馈风电机组多模式下模式一向模式二[见图1(a)或图1(b)的路径①]转换节点J1±的转速为0.73(±0.05)pu.，功率为0.32(±3％)pu.，转换过程中，当短期且一定周期内风速持续加强，双馈风电机组主控制器PI控制加大发电机电磁力矩，精确调节叶轮转速过转换节点J1±，实际转换时间为 0.1-0.5s，根据风力机前向测风秒级报告，报告包括风速、角度、高度、时间等信息，其中同步时钟要求小于1秒。预计转换期间5-10s时间间隔内弱风风速情况，选择其平缓向下风速或减速风速的时间段进行模式一向模式二转换。
优化地，根据多模式下模式一向模式二转换期间的风机转速与加速度，控制过转换节点J1±前加大电磁力矩，过转换节点J1±后减小电磁力矩，达到保持转速变化最小的目的。同时可启动变桨***预控制变桨，控制风力机减加速度冲过转换节点附近，为模式一向模式二切换提供良好条件。
电机转速接近转换节点J1±转速时，风机叶片预备小幅度回浆，主控制器和变流器控制器发出指令，断开额定电压Un1母线定子并网接触器C11，主控制器和变流器控制器闭锁C11、C3合闸回路，打开额定电压Un3母线接触器C12的闭锁 (此时三相电流互感器CT2、CT3、CT4电流为零，CT5电流为空载电流,CT6电流为负荷电流)；变流器网侧机侧和发电机定转子绕组空载运行且保持发电机定子三相旋转电压，以额定电压Un3母线B点三相电压为参考点，快速调制降低发电机定子出口A点空载电压，通过变流器电压检测单元检测发电机定子出口 A与额定电压Un3母线B三相电压是相同、旋转方向一致，变流器和主控制器双向握手成功后具备并网充分条件，主控制器和变流器控制器同时发出指令，定子并网接触器C12快速空载合闸，开始进行模式一向模式二的转换。
模式一向模式二转换期间，解开闭锁信号的时间窗长度为1-3s，一旦超时， C11分闸或C12合闸不成功，模式一闭锁回路恢复，跳开断路器K0、K1(见图4、图5)或K7(见图2、图3)和可能已经合闸的接触器C12，进入故障停机流程[见图1(a)或图1(b)的路径⑾或路径⑿]并报警。
作为优选实施例，双馈发电机组模式二运行期间：发电机定子、转子及变流器机侧由额定电压Un3母线供电，变流器网侧由额定电压Un2母线供电，辅机***回路由额定电压Un2母线供电(见图2)或额定电压Un3母线供电(见图3、图4、图5)。额定电压Un3母线回路的上网开关K7(见图2、图3)、定子并网接触器C12、变流器网侧接触器C2以及K0、K1、K3、K4、K5、K6、K9、KR1、 KR2合上，额定电压Un1母线的定子并网接触器C11、接触器C3断开，三相电流互感器CT2电流为零，定子并网接触器C12的合闸中间继电器常开触点闭锁接触器C11、接触器C3合闸回路，同时主控制器和变流器控制器总闭锁接触器C11、接触器C3合闸回路，实现动态双重闭锁，风电机组按功率曲线带负载运行。
(二)双馈风电机组多模式下模式二向模式一[见图1(a)或图1(b)的路径②]转换节点J2±的转速为0.86(±0.05)pu.，功率为0.54(±3％)pu.，转换过程中，当短期且一定周期内风速持续加强，双馈风电机组主控制器PI控制加大发电机电磁力矩，精确调节叶轮转速过转换节点J2±，实际转换时间为 0.1-0.5s，根据风力机前向测风秒级报告，报告包括风速、角度、高度、时间等信息，其中同步时钟要求小于1秒，持续风速情况下，选择其中平缓向上风速或加速风速的时间段进行模式二向模式一的转换。
优化地，根据多模式下模式二向模式一转换期间的风机转速与加速度，控制过转换节点J2±前加大电磁力矩，过转换节点J2±后减小电磁力矩，达到保持转速变化最小的目的。同时可启动变桨***预控制变桨，控制风力机减加速度冲过转换节点附近，为模式二向模式一切换提供良好条件。
转速等于0.86(±0.05)pu.时刻(即转换节点J2±时刻)，风机叶片预备小幅度回浆，主控制器和变流器控制器发出指令，断开额定电压Un3母线定子并网接触器C12，主控制器和变流器控制器闭锁接触器C12、C3合闸回路，打开额定电压Un1母线接触器C11的闭锁(此时三相电流互感器CT2、CT3、CT4电流为零，CT5电流为空载电流,CT6电流为辅机负荷电流)；变流器网侧机侧和发电机定转子绕组空载运行且保持发电机定子三相旋转电压，并按额定电压Un1母线D点三相电压为参考点，快速调制强励短时提高发电机出口A点空载电压，通过变流器电压检测单元检测发电机定子A点与额定电压Un1母线D点三相电压是相同、旋转方向一致，变流器和主控制器双向握手成功后具备并网充分条件，主控制器和变流器控制器同时发出指令，定子并网接触器C11快速空载合闸，开始进行模式二向模式一的转换。
模式二向模式一转换期间，解开闭锁信号的时间窗长度为1-3s，一旦超时， C12分闸或C11合闸不成功，模式二闭锁回路恢复，跳开断路器K0、K1(见图4、图5)或K7(见图2、图3)和可能已经合闸的接触器C11，进入故障停机流程[见图一1(a)或图1(b)的路径⑾或路径⑿]并报警。
作为优选实施例，双馈发电机组模式一运行期间：发电机定子、转子及变流器机侧由额定电压Un1母线供电，变流器网侧由额定电压Un2母线供电，辅机***回路由额定电压Un2母线供电(见图2)或额定电压Un3母线供电(见图3、图4、图5)。额定电压Un3母线回路的上网开关K7(见图2、图3)、定子并网接触器C11、变流器网侧接触器C2以及K0、K1、K3、K4、K5、K6、K9、KR1、 KR2合上，额定电压Un3母线的定子并网接触器C12、接触器C3断开，三相电流互感器CT4电流为零，定子并网接触器C11的合闸中间继电器常开触点闭锁接触器C12、接触器C3合闸回路，同时主控制器和变流器控制器总闭锁接触器C12、接触器C3合闸回路，实现动态双重闭锁，风电机组按功率曲线带负载运行。
(三)双馈风电机组多模式下(三模式)模式二向模式三[见图1(a)的路径③]转换节点J3±的转速为0.60(±0.05)pu.，功率为0.175(±3％)pu.。实际转换时间为0.5-1s，根据风力机前向测风秒级报告，报告包括风速、角度、高度、时间等信息，其中同步时钟要求小于1秒。预计转换期间5-10s时间间隔内的弱风风速情况，选择平缓向下风速或减速风速的时间段进行模式二转模式三操作。
优化地，根据多模式(三模式)下模式二向模式三转换期间的风机转速、减加速度情况，控制过转换节点J3±前加大电磁力矩，过转换节点J3±后减小电磁力矩，达到保持转速变化最小的目的，同时可启动变桨***预控制变桨，控制风力机减加速度冲过转换节点附近，为模式二转模式三提供良好条件。
电机转速接近转换节点J3±转速时，主控制器和变流器控制额定电压Un3母线的定子并网接触器C12断开，控制接触器C3合闸回路双重闭锁打开，同时快速关断变流器机侧IGBT，定转子绕组通过Crowbar快速“灭磁”，快速调制定子出口A点三相电压为零，三相电流互感器CT2、CT3、CT4、CT5检测电流为零，主控制器和变流器控制器双向握手，满足模式二向模式三转换条件。
转换节点J3±期间，主控制器和变流器控制器发出指令，控制接触器C3合闸，同时主控制器和变流器控制器、接触器C3合闸中间继电器常开触点双重闭锁接触器C11、接触器C12合闸回路，时间为100-200ms左右。
解开闭锁信号的时间窗长度为1-3s，一旦过时，C12分闸或C3合闸不成功，模式二闭锁回路恢复，断开断路器K0、K1(见图4、图5)或K7(见图2、图3)、和可能已合闸的接触器C3，进入故障停机流程[见图1(a)或图1(b)路径⑿或路径⒀]，并报警。
作为优选实施例，模式三采用全功率鼠笼异步发电方式运行，上网开关 K1(见图4、图5)或K7(见图2、图3)、接触器C3、变流器网侧接触器C2以及K0、K3、K4、K5、K6、K9、KR1、KR2合上，定子并网接触器C11、接触器C12断开，C3的合闸中间继电器常开触点、主控制器和变流器控制器双重闭锁定子并网接触器C11、接触器C12合闸回路，其中变流器网侧通过开关K1上网(图2、图3、图4)或变流器网侧通过开关K0上网(图5)。
多模式(三模式)模式二运行下，根据短期内的风速减弱变小趋势，可由模式二向模式三转换运行。
(四)双馈风电机组多模式下(三模式)模式三向模式二[见图1(a)的路径④]转换节点J4±的转速为0.70(±0.05)pu.，功率为0.28(±3％)pu.。准备预备时间为1-5s。根据风力机前向测风秒级报告，报告包括风速、角度、高度、时间等信息，其中同步时钟要求小于1秒。预计转换期间5-10s时间间隔内的弱风风速情况，选择平缓向下风速或减速风速的时间段进行模式三转模式二操作。
优化地，根据多模式(三模式)下模式三向模式二转换期间的风机转速、加速度情况，控制过转换节点J4±前加大电磁力矩，过转换节点J4±后减小电磁力矩，达到保持转速变化最小的目的，同时可启动变桨***预控制变桨，控制风力机减加速度冲过转换节点附近，为模式三向模式二提供良好条件。
电机转速接近转换节点J4±转速时，主控制器和变流器控制发电机定子出口接触器C3断开，额定电压Un3母线的定子并网接触器C12合闸回路双重闭锁打开，变流器网侧机侧和发电机定转子绕组空载运行，并按额定电压Un2母线B 点三相电压为参考点，快速调制加倍强励短时提高发电机定子出口A点三相空载电压，通过变流器电压检测单元检测其A点与额定电压Un2母线B点三相电压是相同、旋转方向一致，三相电流互感器CT2、CT3、CT4检测电流为零，变流器和主控制器双向握手，满足多模式(三模式)下模式三向模式二转换条件。
转换节点J4±期间，主控制器和变流器控制器发出指令，控制接触器C12合闸，同时主控制器和变流器控制器、接触器C12合闸中间继电器常开触点双重闭锁接触器C11、接触器C3合闸回路，时间为100-200ms左右。
解开闭锁信号的时间窗长度为1-3s，一旦过时，C3分闸或C12合闸不成功，模式三闭锁回路恢复，断开断路器K0、K1(见图4、图5)或K7(见图2、图3)、和可能已合闸的接触器C12，进入故障停机流程[见图1(a)路径⒀]，并报警。
多模式(三模式)模式三运行下，根据短期内的风速减弱变小趋势，可由模式三向模式二转换运行。
(五)双馈风电机组多模式(三模式)模式三下，且接近转换节点J5±(J6±) 的转速为0.314(±0.05)pu.(0.28pu.)，功率为0.01(±3％)pu.(0.001pu.), 短期预期和实际风速持续减弱，超过预定的时间，停机[见图1(a)的路径⑤]。
双馈风电机组多模式(三模式)待机下，且接近转换节点J5±(J6±)的转速为0.314(±0.05)pu.(0.28pu.)，短期预期和实际风速持续增大，且超过预定的时间，启机后，在模式三下运行[见图1(a)的路径⑥]。
(六)双馈风电机组多模式(二模式)模式二下，且接近转换节点J3±的转速为0.60(±0.05)pu.，功率为0.175(±3％)pu.，短期预期和实际风速持续减弱，且超过预定的时间，停机[见图1(b)的路径⑤]。
双馈风电机组多模式(二模式)模式二，且接近转换节点J3±的转速为 0.60(±0.05)pu.，短期预期和实际风速持续增大，且超过预定的时间，启机后，在模式二下运行[见图1(b)的路径⑥]。
本发明的不同方面、实施例、实施方式或特征能够单独使用或任意组合使用。

Claims (5)

1.一种双馈风电机组多模式运行方式，其特征在于，所述多模式包括二模式和三模式，利用高额定电压母线与低额定电压母线间的换挡实现二模式运行；在二模式基础上，利用全功率鼠笼异步发电模式与二模式的相互转换实现三模式运行；
双馈风电机组多模式转换运行时，动态调节双馈风电机组
Figure 88767DEST_PATH_IMAGE001
功率曲线上的
Figure 911230DEST_PATH_IMAGE002
值，根据风电场电网实际频率分段设置超速区域变流器机侧电流、电压运行上限值，风电机组主控制器根据所述电流、电压运行上限值动态调节电气限值,
Figure 617411DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 816311DEST_PATH_IMAGE004
表示风电场电网实际频率，
Figure 485190DEST_PATH_IMAGE005
表示转速标幺值，
Figure 416237DEST_PATH_IMAGE006
表示风电场电网实际频率为50Hz时
Figure 170566DEST_PATH_IMAGE001
功率曲线的稳态上网有功功率。
2.根据权利要求1所述的一种双馈风电机组多模式运行方式，其特征在于，二模式包括模式一和模式二，三模式包括模式一、模式二和模式三，所述模式一采用高开口电压双馈发电方式运行，所述模式二采用低开口电压双馈发电方式运行；所述模式三采用全功率鼠笼异步发电方式运行。
3.根据权利要求1所述的一种双馈风电机组多模式运行方式，其特征在于，高额定电压母线换挡为低额定电压母线，实现模式一转模式二；低额定电压母线换挡为高额定电压母线，实现模式二转模式一。
4.根据权利要求2所述的一种双馈风电机组多模式运行方式，其特征在于，双馈风电机组由低开口电压双馈发电运行方式动态转换为全功率鼠笼异步发电运行方式，实现模式二转模式三；双馈风电机组由全功率鼠笼异步发电运行方式动态转换为低开口电压双馈发电运行方式，实现模式三转模式二。
5.根据权利要求1所述的一种双馈风电机组多模式运行方式，其特征在于，高额定电压母线电压与低额定电压母线电压的比值范围为[1.5，1.8]。
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