一种双馈风电机组的高低电压穿越协同控制方法

摘要

本发明公开了一种双馈风电机组的高低电压穿越协同控制方法。根据实时监测到的双馈风力发电机定子端电压水平，将双馈风电机组的运行状态划分为正常运行、低电压穿越运行、高电压穿越运行3个运行模式；通过改进转子侧变流器控制结构，加速了故障发生后双馈风力发电机定子磁链中直流、负序分量的衰减，为无功电流的快速注入创造了条件；根据实时监测到的转子三相电流和直流母线电压水平，优化了硬件保护模块的触发导通逻辑，保护了机组变流器和直流母线电容器的运行安全。特别地，提出的高低电压穿越协同控制和保护方案完全在机组现有低电压穿越硬件基础上实现，无需另增加硬件保护装置，是一种可应对电网电压幅值骤变的广义电压故障穿越实现方案。

主权项

一种双馈风电机组的高低电压穿越协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A1.根据实时监测到的双馈风力发电机定子端电压U_s水平，将双馈风电机组的运行状态划分为正常运行模式、低电压穿越运行模式、高电压穿越运行模式3个运行模式；具体为：A1.1当0.9pu≤U_s≤1.1pu时，双馈风电机组处于正常运行模式，此时转子侧变流器RSC按最大风能追踪设定其有功、无功电流指令，网侧变流器GSC以单位功率因数运行；A1.2当0.1pu≤U_s<0.9pu时，双馈风电机组处于低电压穿越运行模式，此时RSC、GSC优先控制机组向故障电网注入容性无功电流，其无功电流注入的幅度按电网电压每跌落1％注入2％的比例设定，且RSC输出无功电流的优先级高于GSC，即当RSC控制双馈风力发电机输出的无功电流难以满足并网规范需求时，GSC再输出相应的无功电流差额；如按此比例注入容性无功电流后两个变流器电流容量仍有盈余，需实施有功功率的控制；A1.3当1.1pu<U_s≤1.3pu时，双馈风电机组处于高电压穿越运行模式，此时RSC、GSC优先控制机组向故障电网注入感性无功电流，其无功电流注入的幅度按电网电压每骤升1％注入2％的比例设定，且GSC输出无功电流的优先级高于RSC，即当GSC输出的无功电流难以满足并网规范需求时，RSC再控制双馈风力发电机输出相应的无功电流差额；如按电网电压每骤升1％注入2％的比例输出感性无功电流后两个变流器电流容量仍有盈余，需实施有功功率的控制；A2.双馈风电机组转子侧变流器RSC在传统矢量控制结构的基础上，加入一主动灭磁环；具体为：双馈风力发电机的定子磁链ψ_sdq送入由两个谐振频率分别为50Hz、100Hz谐振控制器并联构成的谐振补偿器，得到转子补偿电压改进控制后的转子调制电压V′_rdq等于传统矢量控制方法得到的转子调制电压减去之值；其中谐振补偿器的传递函数为：$G_R=\frac{K_{r1}s}{s^2+{\omega }_1^2}+\frac{K_{r2}s}{s^2+{\left(2{\omega }_1\right)}^2};$式中，K_r1、K_r2分别为两个谐振控制器的谐振系数，ω₁为电网基波电压的角速度；A3.根据实时监测到的转子三相电流I_rabc和直流母线电压V_dc水平，设计硬件保护模块，即转子侧撬棒电路Crowbar、直流侧撬棒电路Chopper的触发导通逻辑；具体为：A3.1当转子三相电流I_rabc中任意一相的幅值连续3个采样周期高于转子侧变流器的最大可持续电流I_r max，即当|I_rabc|≥I_r max时，Crowbar电路触发导通10ms，同时关闭RSC的触发脉冲，且令RSC的有功、无功电流指令设定为零；Crowbar电路导通10ms后，判断|I_rabc|≥I_r max是否成立，如成立则Crowbar电路再次触发导通10ms，否则Crowbar电路关闭，并开启RSC的触发脉冲；A3.2当直流母线电压V_dc连续3个采样周期高于直流母线电容器的最大可持续电压V_dc max，即当V_dc max≥V_dc时，Chopper电路触发导通卸荷，否则关闭。