一種雙饋風(fēng)電機(jī)組混合故障穿越方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)電保護(hù)領(lǐng)域，具體地，設(shè)及一種雙饋風(fēng)電機(jī)組混合故障穿越方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境惡化，世界各國(guó)正積極的推動(dòng)著可再生能源的開發(fā)和利 用，尤其是風(fēng)力發(fā)電得到了廣泛關(guān)注和快速的發(fā)展。風(fēng)電的大規(guī)模應(yīng)用既可W緩解能源危 機(jī)，又能減輕常規(guī)能源使用所帶來(lái)的環(huán)境問題，從而減少二氧化碳?xì)怏w的排放。然而，大規(guī) 模風(fēng)電接入電網(wǎng)給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。為此，新的電網(wǎng)導(dǎo)則要求風(fēng)電機(jī)組必 須具備低電壓穿越能力。事實(shí)上，所有風(fēng)電機(jī)組都存在低電壓穿越的問題，但雙饋風(fēng)電機(jī)組 最具挑戰(zhàn)性，運(yùn)是因?yàn)槠鋵?duì)電網(wǎng)擾動(dòng)更加敏感。
[0003] 目前，較為成熟并商用的雙饋風(fēng)電機(jī)組故障穿越技術(shù)是擦棒(Crowbar)保護(hù)技術(shù)。 當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，由于定子磁通的不能突變，因此直流分量的出現(xiàn)使得轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生 過電流，從而造成變換器的破壞。而所謂的擦棒保護(hù)技術(shù)就是為轉(zhuǎn)子故障電流提供旁路通 路，從而避免轉(zhuǎn)子過電流對(duì)變換器的破壞W實(shí)現(xiàn)機(jī)組的不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。
[0004] 如公開號(hào)為10231565IA的中國(guó)發(fā)明專利，該專利提供了一種擦棒電路及雙饋感應(yīng) 發(fā)電機(jī)穿越電網(wǎng)故障的裝置及方法；當(dāng)電網(wǎng)電壓突變導(dǎo)致雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流上升到 等于或大于設(shè)定的擦棒電路導(dǎo)通電流口限值時(shí)或?qū)е码p饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組變流器母線電壓 上升到等于或大于設(shè)定的擦棒電路導(dǎo)通電壓口限值時(shí)，控制器關(guān)閉機(jī)側(cè)變流器并通過擦棒 電路的驅(qū)動(dòng)電路觸發(fā)擦棒電路的開關(guān)電路導(dǎo)通，觸發(fā)方式為從一個(gè)擦棒支路開始逐個(gè)增加 擦棒支路的導(dǎo)通個(gè)數(shù)，至雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流下降到小于設(shè)定的擦棒電路導(dǎo)通電流口 限值和雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組變流器母線電壓下降到小于設(shè)定的擦棒電路導(dǎo)通電壓口限值為 止;當(dāng)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流衰減到等于或小于設(shè)定的擦棒電路關(guān)斷電流口限值時(shí)且 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組變流器母線電壓衰減到等于或小于設(shè)定的擦棒電路關(guān)斷電壓口限值時(shí)， 控制器通過擦棒電路的驅(qū)動(dòng)電路逐個(gè)關(guān)斷擦棒電路的擦棒支路的開關(guān)電路并開啟機(jī)側(cè)變 流器，為電網(wǎng)迅速提供無(wú)功支持，幫助電網(wǎng)恢復(fù)。
[0005] 又如公開號(hào)為103178548A的中國(guó)發(fā)明專利，該專利提供了一種雙饋風(fēng)電機(jī)組的對(duì) 稱故障穿越控制方法，該方法在雙饋風(fēng)電機(jī)組的電網(wǎng)故障下，當(dāng)流入轉(zhuǎn)子變換器的電流超 過其最大允許電流值時(shí)，所述雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子化owbar電路投入運(yùn)行，同時(shí)閉鎖所述轉(zhuǎn) 子變換器；在故障發(fā)生期間，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子Crowbar電路投入Tr時(shí)長(zhǎng)后且轉(zhuǎn)子電流值小于 化owbar保護(hù)動(dòng)作口檻值時(shí)，所述轉(zhuǎn)子化owbar電路被切除，同時(shí)重啟所述轉(zhuǎn)子變換器;在故 障切除后，所述轉(zhuǎn)子變換器通過恢復(fù)控制策略切換到有功功率工作模式，并停止向電網(wǎng)注 入無(wú)功電流。利用該方法能夠克服現(xiàn)有故障穿越控制策略中存在的缺陷，從而提高雙饋風(fēng) 電機(jī)組的故障穿越能力。
[0006] 然而，上述的專利擦棒保護(hù)技術(shù)卻存在如下缺點(diǎn)：
[0007] 1)擦棒投入后，雙饋感應(yīng)電機(jī)機(jī)側(cè)變換器封鎖，電機(jī)處于失控狀態(tài)，運(yùn)行于異步電 機(jī)狀態(tài)之下。
[0008] 2)對(duì)雙饋感應(yīng)機(jī)組而言，擦棒保護(hù)本省也是一種擾動(dòng)，應(yīng)采取措施避免其啟動(dòng)的 機(jī)會(huì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種雙饋風(fēng)電機(jī)組混合故障穿越方 法，該方法無(wú)需封鎖轉(zhuǎn)子側(cè)變換器，雙饋感應(yīng)電機(jī)不失控，因此其能穩(wěn)定系統(tǒng)轉(zhuǎn)速，抑制系 統(tǒng)在故障期間轉(zhuǎn)速過快增加，支撐電網(wǎng)電壓，采用合適的控制策略減少硬件保護(hù)電路的啟 動(dòng)機(jī)會(huì)，從而加強(qiáng)雙饋風(fēng)電機(jī)組故障穿越的瞬態(tài)性能。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)W上目的，本發(fā)明提供一種雙饋風(fēng)電機(jī)組混合故障穿越方法，其特征在于， 該方法通過串入雙饋感應(yīng)電機(jī)定子繞組的保護(hù)電路、并入變換器直流母線的直流卸荷電路 W及雙饋感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流故障控制模式協(xié)調(diào)控制來(lái)加強(qiáng)雙饋風(fēng)電機(jī)組故障穿越能力，步 驟包括：
[0011] 首先，利用電壓故障檢測(cè)器實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓，用于雙饋感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流故障 控制模式的投入和退出運(yùn)行。
[0012] 同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)定子電流，和定子電流參考一起產(chǎn)生開關(guān)切換信號(hào)，實(shí)現(xiàn)所述串入 雙饋電機(jī)定子繞組的保護(hù)電路的投入和退出運(yùn)行；
[0013] 同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)變換器直流母線電壓，和參考電壓一起產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)所述并 入變換器直流側(cè)母線的直流卸荷電路的投入和退出。
[0014] 所述雙饋感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流故障控制模式包括:控制模式轉(zhuǎn)換開關(guān)和在傳統(tǒng)矢量 控制的基礎(chǔ)上，在雙饋感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制環(huán)中的前饋電壓補(bǔ)償項(xiàng)中增加了反映定子電 壓瞬態(tài)行為的項(xiàng)，其dq分量的表達(dá)式分別為：
[0016] 式中：Lm、Ls分別為互感和定子電感；
[0017] Uds為定子電壓d軸分量；
[001引S為滑差；
[0019] ?1為同步角速度；
[0020] P為微分算子。
[0021] 所述雙饋感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流故障控制模式，僅在電網(wǎng)電壓故障時(shí)投入運(yùn)行，由電 網(wǎng)電壓故障檢測(cè)器發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)其投入和退出運(yùn)行。
[0022] 所述串入雙饋感應(yīng)電機(jī)定子繞組的保護(hù)電路包括:限流電路、旁路電路，其中，一 個(gè)限流電路與一個(gè)旁路電路并聯(lián)，運(yùn)個(gè)并聯(lián)關(guān)系的電路有=組，分別串入=相定子繞組，其 一端與雙饋感應(yīng)電機(jī)定子繞組相接、另一端與電網(wǎng)相連。
[0023] 所述串入雙饋感應(yīng)電機(jī)定子繞組的保護(hù)電路中的限流電路，可W是電阻、電感、電 容或其中任意兩種或=種的組合。
[0024] 所述串入雙饋感應(yīng)電機(jī)定子繞組的保護(hù)電路中的旁路電路，可W是雙向晶閩管。
[0025] 所述方法實(shí)時(shí)檢測(cè)定子電流，然后與參考電流比較，如果大于參考值，所述保護(hù)電 路邏輯控制信號(hào)輸出為低電平，串入雙饋感應(yīng)電機(jī)定子繞組的保護(hù)電路的阻抗串入定子繞 組；否則，所述保護(hù)電路邏輯控制信號(hào)輸出為高電平，旁路開關(guān)閉合，串入雙饋感應(yīng)電機(jī)定 子繞組的保護(hù)電路的阻抗被旁路。
[00%]所述并入變換器直流母線的直流卸荷電路包括:一個(gè)和第一二極管反并聯(lián)的IGBT 即絕緣柵雙極型晶體管的集電極接變換器直流側(cè)母線正極;其另一端發(fā)射極接第二二極管 的陰極，該二極管并聯(lián)一個(gè)卸荷電阻后接變換器直流側(cè)母線負(fù)極;其第=端口極接控制信 號(hào)。
[0027] 所述方法實(shí)時(shí)檢測(cè)變換器直流側(cè)母線電壓，減去參考值，通過滯環(huán)控制，如果差值 大于帶寬上限值，輸出高電平，啟動(dòng)并入變換器直流側(cè)母線的直流卸荷電路;如果差值小于 帶寬下限值，輸出低電平，切除并入變換器直流側(cè)母線的直流卸荷電路；如果差值在帶寬 內(nèi)，輸出保持原狀態(tài)。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0029] 本發(fā)明利用混合故障穿越的措施，解決傳統(tǒng)擦棒保護(hù)存在的電機(jī)失控帶來(lái)的一系 列問題。本發(fā)明無(wú)需封鎖轉(zhuǎn)子側(cè)變換器，電機(jī)不失控，能夠穩(wěn)定系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性，限制系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速增加，防止機(jī)組故障期間吸收無(wú)功，從而支撐電壓恢復(fù)。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 通過閱讀參照W下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0031] 圖1為本發(fā)明的串入雙饋感應(yīng)電機(jī)定子繞組的保護(hù)電路示意圖；
[0032] 圖2為本實(shí)施例的串入雙饋感應(yīng)電機(jī)定子繞組的保護(hù)電路具體示意圖；
[0033] 圖3為本實(shí)施例的并入變換器直流母線的直流卸荷電路示意圖；
[0034] 圖4為本實(shí)施例的雙饋感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流故障控制模式示意圖；
[0035] 圖5(a)為雙饋感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流波形圖，虛線表示基于擦棒保護(hù)的波形，實(shí)線表 示基于本發(fā)明輸出的波形；
[0036] 圖5(b)為雙饋感應(yīng)電機(jī)無(wú)功功率波形，虛線表示基于擦棒保護(hù)的波形，實(shí)線表示 基于本發(fā)明輸出的波形。
[0037] 圖5(c)為雙饋感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速波形，虛線表示基于擦棒保護(hù)的波形，實(shí)線表示基于 本發(fā)明輸出的波形。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。W下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進(jìn)。運(yùn)些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0039] 實(shí)施例：
[0040] 本實(shí)施例提供一種雙饋風(fēng)電機(jī)組混合故障穿越方法，其具體應(yīng)用的環(huán)境基于仿真 軟件PSCAD/EMTDC;仿真中所使用的雙饋感應(yīng)電機(jī)參數(shù)為:額定功率Pn = 2麗、額定電壓Un = 690V、額定頻率f = 50Hz，定子電阻Rs = 0.00488PU，定子漏感Lis = 0.1386pu，轉(zhuǎn)子電阻Rr = 0.00549pu，轉(zhuǎn)子漏感Lir = 0.149化11，互感Lm = 3.9527pu，慣性時(shí)間常數(shù)H = 3.5s，應(yīng)間比為 0.45;仿真條件為:風(fēng)速為13.5m/s;電壓跌落80% ;故