專利名稱：雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體地說，涉及的是一種雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越方法。
背景技術(shù)：
為了應(yīng)對能源危機(jī)和環(huán)境惡化，世界各國正積極的推動著可再生能源的開發(fā)和利用。其中風(fēng)力發(fā)電已成為科研人員和商業(yè)企業(yè)關(guān)注的焦點。這是因為風(fēng)能是一種可靠的、 無限的、可再生的電力供應(yīng)源。風(fēng)電的大規(guī)模應(yīng)用既可以緩解能源危機(jī)，又能減輕常規(guī)能源使用所帶來的環(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)卻給電網(wǎng)運行帶來了較大的挑戰(zhàn)。要想大規(guī)模的風(fēng)電接入電網(wǎng)運行，風(fēng)電機(jī)組必須具備低電壓穿越能力。事實上，所有風(fēng)電機(jī)組都存在低電壓穿越的問題，但雙饋機(jī)組最具挑戰(zhàn)性，這是因為雙饋機(jī)組對電網(wǎng)擾動。目前，較為成熟并商用的雙饋機(jī)組低電壓穿越技術(shù)是所謂的撬棒(Crowbar)技術(shù)，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時，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。而所謂的撬棒技術(shù)就是為轉(zhuǎn)子故障電流提供旁路通路，從而避免轉(zhuǎn)子過電流對變換器的破壞以實現(xiàn)機(jī)組的不間斷并網(wǎng)運行。如以下文獻(xiàn)介紹的撬棒技術(shù)徐殿國，王偉，陳寧.基于撬棒保護(hù)的雙饋電機(jī)風(fēng)電場低電壓穿越動態(tài)特性分析 [J].中國電機(jī)工程學(xué)報2010，30 (22) 29-36 ；Morren J, de Haan SffH. Ridethrough of Wind Turbines with Doubly-Fed Induction 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 Doubly Fed Induction Generator During Voltage Dips[C]. 2005European Conference on Power Electronics and Applications, Sep. 11—14,2005 :1-10, Dresden, Germany ；然而，然而撬棒技術(shù)卻存在如下缺點1)對于持續(xù)時間較長的故障，撬棒技術(shù)卻不能實現(xiàn)雙饋風(fēng)電機(jī)組不間斷并網(wǎng)運行。2)同時，由于撬棒電路的投入，轉(zhuǎn)子故障電流快速衰減，反而惡化了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，使機(jī)組轉(zhuǎn)速上升更快。如果電壓跌落故障時間較長，結(jié)果會進(jìn)一步惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供一種雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越方法，該方法利用緊急變槳和撬棒技術(shù)的協(xié)調(diào)控制來加強(qiáng)雙饋機(jī)組低電壓穿越能力。為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明所述的雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越方法，包括如下步驟1)檢測轉(zhuǎn)子電流；
2)將檢測得到的轉(zhuǎn)子電流和參考值比較，如果大于參考值，啟動撬棒電路；3)在啟動撬棒電路的同時，啟動緊急變槳系統(tǒng)，實現(xiàn)緊急變槳和撬棒電路的協(xié)調(diào)控制。所述檢測轉(zhuǎn)子電流，具體為利用電流互感器實時監(jiān)測雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)三相電流， 然后變換為兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的dq軸電流。所述實現(xiàn)緊急變槳和撬棒電路的協(xié)調(diào)控制，具體為首先實時檢測轉(zhuǎn)子電流，然后與參考值比較，輸出撬棒電路邏輯控制信號，如果輸出為高電平，啟動撬棒電路，同時，變槳控制由正常模式切換到緊急控制模式，輸出故障期間槳距角指令；如果故障期間，撬棒電路邏輯控制輸出為低電平，撬棒電路退出運行，但變槳控制仍處于緊急控制模式直到系統(tǒng)電壓故障切除為止?，F(xiàn)有的撬棒電路的投入會惡化系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性，本發(fā)明利用緊急變槳和撬棒技術(shù)協(xié)調(diào)控制，在電壓跌落故障期間，利用變槳技術(shù)減少系統(tǒng)輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩，能夠穩(wěn)定系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明能夠穩(wěn)定系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性，限制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速增加，防止系統(tǒng)過速保護(hù)動作，從而加強(qiáng)系統(tǒng)低電壓穿越能力。


圖1為本發(fā)明一實施例中撬棒電路圖。圖2為本發(fā)明一實施例中變槳系統(tǒng)原理圖。圖3為本發(fā)明一實施例中在故障期間的轉(zhuǎn)子電流波形圖。圖4為本發(fā)明一實施例中在故障期間的轉(zhuǎn)速波形圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的解釋，但是以下的內(nèi)容不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實施例提供一種雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越方法，具體應(yīng)用的環(huán)境基于仿真軟件MATLAB/SIMULINK，驗證了上述緊急變槳與撬棒協(xié)調(diào)控制對機(jī)組低電壓穿越能力的提高和對系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性的改善。仿真中所使用的雙饋感應(yīng)電機(jī)參數(shù)為額定功率？ = 1. 5MW, 額定電壓Un = 575V，額定頻率f = 60Hz，定子電阻民=0. 00706pu,定子漏感Lls = 0. 171pu， 轉(zhuǎn)子電阻Rr = 0. 005pu，轉(zhuǎn)子漏感Llr = 0. 156pu，互感Lm = 2. 9pu，極對數(shù)ρ = 3，慣性時間常數(shù)H = k。仿真條件為風(fēng)速為13. 7m/s,電壓跌落至20%，故障3s時發(fā)生，持續(xù)時間為 700ms，槳距角變化率為15deg/s，初始轉(zhuǎn)速為1. Ipu0具體實施步驟如下1)檢測轉(zhuǎn)子電流；本實施例中，由于是在MATLAB/SIMULINK軟件中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子電流直接從該軟件的自帶電機(jī)模型引出，其波形如圖3所示。實際應(yīng)用中，可以利用電流互感器實時監(jiān)測雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)三相電流，然后變換為兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的dq軸電流。2)將檢測到的轉(zhuǎn)子電流和參考值比較，如果大于參考值，啟動撬棒電路(圖1)；如圖1所示，撬棒電路主要由三相不可控制整流橋電路組成，其中一輸出端與一個IGBT的一端相連，IGBT的另一端和一個電阻R的一端相連，電阻R的另一端和整流電路的另一端相連，整流器的三相輸入與雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相連。本實施例中，參考值設(shè)置要保證轉(zhuǎn)子電流不至于破壞變換器為依據(jù)，通常取其額定值的1. 5倍。3)在啟動撬棒電路的同時，啟動緊急變槳系統(tǒng)(圖2)，實現(xiàn)緊急變槳和撬棒電路的協(xié)調(diào)控制。如圖2所示，變槳系統(tǒng)原理圖PW lim是機(jī)械功率參考值，Pw是風(fēng)輪輸出機(jī)械功率， Qref em是緊急控制模式下的槳距角指令，Cp是功率系數(shù)，是槳距角Θ和葉尖速比λ的函數(shù)；cpmax和Cpmin分別是功率系數(shù)的最大值和最小值。θ ref nor是正常模式下，槳距角指令，其中的邏輯控制用來實現(xiàn)故障模式和正常模式的轉(zhuǎn)換。本實施例中，首先實時檢測轉(zhuǎn)子電流，然后與參考值比較，如果其大于參考值，撬棒電路邏輯控制信號輸出為高電平，啟動撬棒電路，同時，變槳控制由正常模式切換到緊急控制模式，輸出故障期間槳距角指令，從而實現(xiàn)緊急變槳和撬棒電路的協(xié)調(diào)控制。如果轉(zhuǎn)子故障電流降低至參考值以下，撬棒電路邏輯控制則輸出為低電平，撬棒電路退出運行，但變槳控制仍處于緊急控制模式直到系統(tǒng)電壓故障切除為止。本實施例的實施結(jié)果或效果圖3給出了所提協(xié)調(diào)控制和傳統(tǒng)的撬棒電路技術(shù)在故障期間的轉(zhuǎn)子電流波形，從波形上看出，協(xié)調(diào)控制抑制了轉(zhuǎn)子故障電流的能力更強(qiáng)，尤其是故障切除后作用更加明顯。圖4給出了所提協(xié)調(diào)控制和傳統(tǒng)的撬棒電路技術(shù)在故障期間的轉(zhuǎn)速波形，從圖中可以看出，協(xié)調(diào)控制的應(yīng)用明顯改善了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，抑制了系統(tǒng)的過快轉(zhuǎn)速上升，從而改善了系統(tǒng)的低電壓穿越能力。本實施例經(jīng)過仿真驗證，撬棒電路和緊急變槳協(xié)調(diào)控制能夠穩(wěn)定系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定， 防止系統(tǒng)轉(zhuǎn)速保護(hù)跳閘，能夠加強(qiáng)系統(tǒng)低電壓穿越能力。以上為本發(fā)明的一個實施例，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明還有其他的實施方式，本發(fā)明的創(chuàng)新在于將撬棒技術(shù)和緊急變槳技術(shù)結(jié)合，而不在于撬棒電路、緊急變槳系統(tǒng)本身，本發(fā)明中的撬棒電路、緊急變槳系統(tǒng)還可以采用現(xiàn)有其他的方式實現(xiàn)，不僅限于上述實施例中所述情形。以上僅僅是對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行的詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于以上實施例。應(yīng)該理解的是，在不脫離本申請的權(quán)利要求的精神和范圍情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員做出的各種修改，仍屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越方法，其特征在于包括如下步驟1)檢測轉(zhuǎn)子電流；2)將檢測得到的轉(zhuǎn)子電流和參考值比較，如果大于參考值，啟動撬棒電路；3)在啟動撬棒電路的同時，啟動緊急變槳系統(tǒng)，實現(xiàn)緊急變槳和撬棒電路的協(xié)調(diào)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越方法，其特征在于所述檢測轉(zhuǎn)子電流，具體為利用電流互感器實時監(jiān)測雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)三相電流，然后變換為兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的dq軸電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越方法，其特征在于所述實現(xiàn)緊急變槳和撬棒電路的協(xié)調(diào)控制，具體為首先實時檢測轉(zhuǎn)子電流，然后與參考值比較，輸出撬棒電路邏輯控制信號，如果輸出為高電平，啟動撬棒電路，同時，變槳控制由正常模式切換到緊急控制模式，輸出故障期間槳距角指令；如果故障期間，撬棒電路邏輯控制輸出為低電平，撬棒電路退出運行，但變槳控制仍處于緊急控制模式直到系統(tǒng)電壓故障切除為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越方法，其特征在于所述撬棒電路主要由三相不可控制整流橋電路組成，其中一輸出端與一個IGBT的一端相連，IGBT的另一端和一個電阻R的一端相連，電阻R的另一端和整流電路的另一端相連，整流器的三相輸入與雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越方法，其特征在于所述參考值設(shè)置要求為保證轉(zhuǎn)子電流不至于破壞變換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越方法，其特征在于所述參考值取轉(zhuǎn)子電流額定值的1.5倍。
全文摘要
本發(fā)明公開一種雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越方法，包括如下步驟1)檢測轉(zhuǎn)子電流；2)將檢測得到的轉(zhuǎn)子電流和參考值比較，如果大于參考值，啟動撬棒電路；3)在啟動撬棒電路的同時，啟動緊急變槳系統(tǒng)，實現(xiàn)緊急變槳和撬棒電路的協(xié)調(diào)控制?，F(xiàn)有的撬棒電路的投入會惡化系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性，本發(fā)明利用緊急變槳和撬棒技術(shù)協(xié)調(diào)控制，在電壓跌落故障期間，利用變槳技術(shù)減少系統(tǒng)輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩，能夠穩(wěn)定系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。
文檔編號H02J3/38GK102545267SQ201210029338
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者凌禹, 曹云峰, 蔡旭, 高強(qiáng) 申請人:上海交通大學(xué)