本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電、電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種一種雙饋?zhàn)冾l器高電壓穿越機(jī)側(cè)控制方法。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)高電壓對(duì)機(jī)側(cè)變頻器的影響，與電網(wǎng)低電壓的影響原理類似，均是由于電機(jī)的感應(yīng)作用，使得轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)升高，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子過流等一系列反應(yīng)。根據(jù)電科院關(guān)于高電壓穿越的征求意見稿，變流器高電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)：電網(wǎng)電壓低于1.1p.u.時(shí)可長(zhǎng)期運(yùn)行，介于1.1～1.15p.u.時(shí)可持續(xù)運(yùn)行10s，介于1.15～1.2p.u.時(shí)可持續(xù)運(yùn)行2s，介于1.2～1.25p.u.時(shí)可持續(xù)運(yùn)行1s，介于1.25～1.3p.u.時(shí)可持續(xù)運(yùn)行200ms。針對(duì)電網(wǎng)高電壓時(shí)變頻器機(jī)側(cè)的特性以及電科院的標(biāo)準(zhǔn)要求，需設(shè)計(jì)有效完善的高電壓穿越控制方法，保證機(jī)組不脫網(wǎng)并順利通過高電壓穿越。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種雙饋?zhàn)冾l器高電壓穿越機(jī)側(cè)控制方法，通過快速轉(zhuǎn)子電流控制，有效抑制轉(zhuǎn)子過流，避免crowbar因轉(zhuǎn)子過流而開通，減小電磁轉(zhuǎn)矩的振蕩幅度。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種雙饋?zhàn)冾l器高電壓穿越機(jī)側(cè)控制方法，當(dāng)變頻器進(jìn)入高電壓穿越后，給定電流不通過外環(huán)控制器輸出，由內(nèi)環(huán)控制器直接給定，當(dāng)退出高電壓穿越后，給定電流由外環(huán)控制器輸出。
進(jìn)一步的，所述進(jìn)入高電壓穿越的條件為
usp>1.18*un或
usp>1.05*un且δ＞5％；
退出高電壓穿越的條件為
usp<1.12*un且
usp<1.02*un或δ＜3％，
其中usp為電網(wǎng)正序電壓幅值，δ為不平衡度，un為電網(wǎng)額定電壓幅值。
進(jìn)一步的，在高電壓穿越期間，所述由內(nèi)環(huán)控制器直接給定的給定電流包括有功電流給定和無功電流給定，所述有功電流給定方法具體包括：
①高電壓穿越期間采用無功優(yōu)先的控制方式，有功電流給定受到無功電流給定的限制，
式中irq_ref_1為轉(zhuǎn)子有功電流給定值，ir_max為轉(zhuǎn)子電流限幅值，ird_ref為轉(zhuǎn)子無功電流給定值。
②受到網(wǎng)側(cè)發(fā)出有功電流能力的限制，網(wǎng)側(cè)有功電流給定值限制為：
式中igd_ref為網(wǎng)側(cè)無功電流給定值，ig_max為網(wǎng)側(cè)電流限幅值，igq_limit為網(wǎng)側(cè)有功電流最大給定值；
折算到轉(zhuǎn)子側(cè)，則轉(zhuǎn)子有功電流給定值為：
式中l(wèi)s、lm、k為電機(jī)參數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率；
③受到機(jī)側(cè)控制能力的影響，尤其是不平衡電壓驟升時(shí)，由于負(fù)序電壓的影響，轉(zhuǎn)子電流負(fù)序分量較大，為了避免過流開通crowbar，需要限制有功電流的發(fā)出，當(dāng)電壓驟升到1.25倍時(shí)，轉(zhuǎn)子不發(fā)出有功電流；當(dāng)電壓驟升到1.15倍時(shí)，轉(zhuǎn)子有功電流保持高電壓穿越前的值；當(dāng)電壓驟升為1.15～1.25倍時(shí)，按照線性插值給定轉(zhuǎn)子有功電流，設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子有功電流給定值為：
式中u為當(dāng)前測(cè)量電壓幅值，un為額定電壓幅值，irq0_ref為記錄的高電壓穿越零時(shí)刻的轉(zhuǎn)子有功電流給定值。
④受到高電壓穿越前轉(zhuǎn)子有功電流的限制，保證高電壓穿越期間發(fā)出的有功功率小于等于高電壓穿越前的有功功率，由于電壓升高，因此轉(zhuǎn)子有功電流給定需與電壓倍率反比降低，
綜合上述四個(gè)方面的邊界限制，高電壓穿越期間轉(zhuǎn)子有功電流給定按照下式計(jì)算：
irq-ref＝min(|irq-ref_1|,|irq_ref_2|,|irq_ref_3|,|irq_ref_4|)
irq_ref為最終的轉(zhuǎn)子有功電流給定值，min為求最小值運(yùn)算。
進(jìn)一步的,所述無功電流給定包括如下步驟，
定義機(jī)組發(fā)出的總無功電流為id，網(wǎng)側(cè)發(fā)出的無功電流為igd，定子發(fā)出的無功電流為isd，根據(jù)kcl定律，存在如下關(guān)系：
id＝igd+isd
轉(zhuǎn)子電流與定子電流的關(guān)系為：
進(jìn)一步推導(dǎo)：
折算到轉(zhuǎn)子側(cè)，則轉(zhuǎn)子無功電流給定值為：
總無功電流id參照電科院標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定為電網(wǎng)電壓在1.1倍為發(fā)出無功電流的起點(diǎn)電壓，當(dāng)電網(wǎng)電壓為1.3倍時(shí)，發(fā)出機(jī)組額定電流的無功電流，
則高電壓穿越期間轉(zhuǎn)子無功電流給定值為：
式中u為當(dāng)前測(cè)量電壓幅值，un為電網(wǎng)額定電壓幅值，k為定轉(zhuǎn)子變比，in為機(jī)組額定電流，igd_ref為網(wǎng)側(cè)無功電流給定值，ωs為2*50*pi，lm和ls為電機(jī)參數(shù)。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的一種雙饋?zhàn)冾l器高電壓穿越機(jī)側(cè)控制方法具有以下優(yōu)勢(shì)：
(1)本發(fā)明通過快速轉(zhuǎn)子電流控制，有效抑制轉(zhuǎn)子過流，避免crowbar因轉(zhuǎn)子過流而開通，減小電磁轉(zhuǎn)矩的振蕩幅度；
(2)本發(fā)明能夠快速?gòu)碾娋W(wǎng)吸收無功電流，幫助電網(wǎng)電壓恢復(fù)；
(3)高電壓穿越期間盡最大能力發(fā)出有功功率，抑制超速的同時(shí)，提升了機(jī)組發(fā)電量。
附圖說明
構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的一種雙饋?zhàn)冾l器高電壓穿越機(jī)側(cè)控制方法的控制框圖；
圖2a為本發(fā)明未使能高電壓穿越機(jī)側(cè)控制方法的1.3倍電網(wǎng)電壓平衡驟升時(shí)的三相轉(zhuǎn)子電流；
圖2b為本發(fā)明使能高電壓穿越機(jī)側(cè)控制方法的1.3倍電網(wǎng)電壓平衡驟升時(shí)的三相轉(zhuǎn)子電流；
圖2c為本發(fā)明未使能高電壓穿越機(jī)側(cè)控制方法的1.3倍電網(wǎng)電壓不平衡驟升時(shí)的三相轉(zhuǎn)子電流；
圖2d為本發(fā)明使能高電壓穿越機(jī)側(cè)控制方法的1.3倍電網(wǎng)電壓不平衡驟升時(shí)的三相轉(zhuǎn)子電流。
具體實(shí)施方式
需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種雙饋?zhàn)冾l器高電壓穿越機(jī)側(cè)控制方法，
如圖1所示雙饋?zhàn)冾l器的控制框圖，在正常的工作過程中，由外環(huán)控制輸出給定電流，包括idr*(無功電流給定)和iqr*(有功電流給定)，經(jīng)過pi控制器輸出反饋電壓，當(dāng)進(jìn)入高電壓穿越時(shí)，由內(nèi)環(huán)控制器直接給定irq_ref，當(dāng)退出高電壓穿越后，給定電流由外環(huán)控制器輸出。具體過程如下：
首先判斷是否進(jìn)入高電壓穿越狀態(tài)，
高電壓穿越進(jìn)入退出條件為：
平衡電壓驟升時(shí)，電壓幅值較高，但無負(fù)序電壓；不平衡電壓驟升時(shí)，電壓幅值相對(duì)較低，但負(fù)序電壓很大。無論電壓幅值高還是負(fù)序電壓大，均會(huì)使得轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)升高，影響機(jī)側(cè)控制，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子過流。高電壓穿越標(biāo)志的快速置位，機(jī)側(cè)控制的快速切入顯得至關(guān)重要。為了兼顧平衡電壓驟升和不平衡電壓驟升的影響，采用正序電壓結(jié)合不平衡度的方法，對(duì)高電壓穿越進(jìn)入和退出進(jìn)行判斷。
通過正負(fù)序分解計(jì)算出電網(wǎng)正序電壓幅值usp、負(fù)序電壓幅值usn，不平衡度δ。
進(jìn)入高電壓穿越的條件有兩個(gè)：一是正序電壓大于一定值；二是不平衡度大于一定值，同時(shí)正序電壓超于額定電壓值。并考慮電網(wǎng)電壓幅值和不平衡度的正常運(yùn)行范圍，且進(jìn)入和退出條件須有一定的滯環(huán)。
高電壓穿越進(jìn)入和退出條件如下：
進(jìn)入高電壓穿越：usp＞1.18*un或usp＞1.05*un且δ＞5％；
退出高電壓穿越：usp＜1.12*un且usp＜1.02*un或δ＜3％。
un為電網(wǎng)額定電壓幅值。
高電壓穿越期間轉(zhuǎn)子有功電流的給定方法：
①高電壓穿越期間采用無功優(yōu)先的控制方式，有功電流給定受到無功電流給定的限制，
式中irq_ref_1為轉(zhuǎn)子有功電流給定值，ir_max為轉(zhuǎn)子電流限幅值，ird_ref為轉(zhuǎn)子無功電流給定值。
②受到網(wǎng)側(cè)發(fā)出有功電流能力的限制，網(wǎng)側(cè)有功電流給定值限制為：
式中igd_ref為網(wǎng)側(cè)無功電流給定值，ig_max為網(wǎng)側(cè)電流限幅值，igq_limit為網(wǎng)側(cè)有功電流最大給定值。
折算到轉(zhuǎn)子側(cè)，則轉(zhuǎn)子有功電流給定值為：
式中l(wèi)s、lm、k為電機(jī)參數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率。
③受到機(jī)側(cè)控制能力的影響，尤其是不平衡電壓驟升時(shí)，由于負(fù)序電壓的影響，轉(zhuǎn)子電流負(fù)序分量較大，為了避免過流開通crowbar，需要限制有功電流的發(fā)出。當(dāng)電壓驟升到1.25倍時(shí)，轉(zhuǎn)子不發(fā)出有功電流；當(dāng)電壓驟升到1.15倍時(shí)，轉(zhuǎn)子有功電流保持高電壓穿越前的值；當(dāng)電壓驟升為1.15～1.25倍時(shí)，按照線性插值給定轉(zhuǎn)子有功電流。
設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子有功電流給定值為：
式中u為當(dāng)前測(cè)量電壓幅值，un為額定電壓幅值，irq0_ref為記錄的高電壓穿越零時(shí)刻的轉(zhuǎn)子有功電流給定值。
④受到高電壓穿越前轉(zhuǎn)子有功電流的限制，保證高電壓穿越期間發(fā)出的有功功率小于等于高電壓穿越前的有功功率，由于電壓升高，因此轉(zhuǎn)子有功電流給定需與電壓倍率反比降低。
綜合上述四個(gè)方面的邊界限制，高電壓穿越期間轉(zhuǎn)子有功電流給定按照下式計(jì)算：
irq-ref＝min(|irq_ref_1|,|irq_ref_2|,|irq_ref_3|,|irq_ref_4|)
irq_ref為最終的轉(zhuǎn)子有功電流給定值，min為求最小值運(yùn)算。
高電壓穿越期間轉(zhuǎn)子無功電流的給定方法：
定義機(jī)組發(fā)出的總無功電流為id，網(wǎng)側(cè)發(fā)出的無功電流為igd，定子發(fā)出的無功電流為isd，根據(jù)kcl定律，存在如下關(guān)系：
id＝igd+isd
轉(zhuǎn)子電流與定子電流的關(guān)系為：
進(jìn)一步推導(dǎo)：
折算到轉(zhuǎn)子側(cè)，則轉(zhuǎn)子無功電流給定值為：
總無功電流id參照電科院標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定為電網(wǎng)電壓在1.1倍為發(fā)出無功電流的起點(diǎn)電壓，當(dāng)電網(wǎng)電壓為1.3倍時(shí)，發(fā)出機(jī)組額定電流的無功電流，
則高電壓穿越期間轉(zhuǎn)子無功電流給定值為：
式中u為當(dāng)前測(cè)量電壓幅值，un為電網(wǎng)額定電壓幅值，k為定轉(zhuǎn)子變比，in為機(jī)組額定電流，igd_ref為網(wǎng)側(cè)無功電流給定值，ωs為2*50*pi，lm和ls為電機(jī)參數(shù)。
當(dāng)進(jìn)入高電壓穿越，即檢測(cè)到高電壓穿越標(biāo)志位后，根據(jù)上述的轉(zhuǎn)子無功電流給定原則，無功電流給定值由當(dāng)前值階躍到上述中計(jì)算的轉(zhuǎn)子無功電流給定值。等效于機(jī)側(cè)通過快速發(fā)出無功電流，增大電機(jī)轉(zhuǎn)子漏感上的壓降，轉(zhuǎn)子逆變器的過調(diào)制被快速抑制，同時(shí)也降低了電壓驟升時(shí)帶來的電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓驟升幅度，進(jìn)而抑制轉(zhuǎn)子過流，避免了crowbar的導(dǎo)通。
針對(duì)1.3倍電網(wǎng)電壓平衡驟升工況，仿真驗(yàn)證本發(fā)明所提的高穿機(jī)側(cè)控制方法的效果，如附圖2a和附圖2b所示為三相轉(zhuǎn)子電流。如附圖2a，未施加高穿機(jī)側(cè)控制方法時(shí)，電壓驟升瞬間轉(zhuǎn)子電流最大可到1500a，crowbar可能因轉(zhuǎn)子過流觸發(fā)開通；如附圖2b，施加高穿機(jī)側(cè)控制方法時(shí)，電壓驟升瞬間轉(zhuǎn)子電流被很好的抑制到安全范圍內(nèi)。
針對(duì)1.3倍電網(wǎng)電壓不平衡驟升工況，仿真驗(yàn)證本發(fā)明所提的高穿機(jī)側(cè)控制方法的效果，如附圖2c和附圖2d所示為三相轉(zhuǎn)子電流。如附圖2c，未施加高穿機(jī)側(cè)控制方法時(shí)，電壓驟升瞬間轉(zhuǎn)子電流最大可到1400a，crowbar可能因轉(zhuǎn)子過流觸發(fā)開通；如附圖2d，施加高穿機(jī)側(cè)控制方法時(shí)，電壓驟升瞬間轉(zhuǎn)子電流被很好的抑制到安全范圍內(nèi)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。