[发明专利]基于DGNR变桨系统的风力发电机组低电压穿越控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组低电压穿越控制方法。

背景技术

双馈型风力发电机组是目前兆瓦级变速恒频风力发电机组的主流机型，随着风电电网穿透率的提高，即将在2012年6月实施国家标准GB/T 19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》明确规定通过110（66）kV及以上电压等级输电线路与电网连接的新建或扩建风电场风力发电机组必须具有低电压穿越能力（LVRT）。低电压穿越是指当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在一定电压跌落的范围内，风力发电机组能够不脱网连续运行。

变桨系统是风力发电机组的重要组成部件之一主要有两个功能：（1）限制功率输出：额定风速以上变桨系统通过调节叶片桨距角减少风能捕获，变流器调节发电机转矩，保证风力发电机组恒功率输出。（2）制动刹车：当风力发电机组故障停机时，变桨系统控制叶片桨距角转至顺桨位置，减少风载吸收来制动风力发电机组。发生电网电压跌落前，主控系统运行在正常发电状态，在额定风速以下时，变流器根据主控系统转矩指令控制发电机转距跟踪风速变化，跟踪最优Cp，获得最大功率输出；在额定风速以上时主控系统控制变桨系统调节叶片桨距角，减少风能捕获，保证风力发电机组恒功率输出。变桨系统根据风的变化，在工作位置和顺桨位置之间实现连续自动调节，控制桨叶快速稳定地旋转至主控系统给定的桨距角。

早期风力发电机组变桨系统驱动器的主要部件为晶闸管（SCR），如变桨系统主流供应商SSB的DGNR 50Z，无法实现能量的双向流动。即传统的DGNR变桨驱动器在电网电压跌落至75%额定电压以下就无法正常工作，无法使用电池的能量进行桨叶角度的调节，只能利用电池能量进行顺桨。被认为是不具备LVRT能力的。后期由于电力电子技术的发展，变桨系统主要采用H桥双极式IGBT作为功率驱动模块，如SSB的DCtransD60k。由于其在电压跌落期间能直接利用电池能量进行桨距角的持续调节，实现无缝链接具备LVRT能量。国家标准GB/T 19963-2011出台，早期安装的风力发电机组要实现LVRT功能，最直接的就是更换变桨系统的驱动器。由于变桨系统驱动器体加大、质量重，必须将轮毂掉下方可更换驱动器，面临昂贵的吊装费用和更换驱动器的费用。

发明内容

为了克服已有风力发电机组低电压穿越控制方法的成本高、适用性较差的不足，本发明提供一种成本低廉、适用性良好、实用性强的基于DGNR变桨系统的风力发电机组低电压穿越控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于DGNR变桨系统的风力发电机组低电压穿越控制方法，所述基于DGNR变桨系统包括一套调节桨距角的变桨系统，一套连接发电机和电网的变流器，一套对接变桨系统和变流器的主控系统；

电网电压跌落前，所述主控系统运行在正常发电状态，所述变桨系统根据风的变化在工作位置和顺桨位置之间连续自动调节；电网电压跌落时，所述变流器检测到的LVRT启动信号，所述主控制系统根据所述LVRT启动信号，触发主控系统由正常发电状态进入低电压穿越状态，对和电网相关的故障采用滤波器的方式进行屏蔽，并触发所述变流器和所述变桨系统进入低电压穿越状态；

所述变桨系统先利用变桨电池能量顺桨一次，直至所述变桨系统实际测量的桨距角大于所述变桨系统给定桨距角时，控制所述变桨系统的桨叶刹车和变桨电机电磁刹车执行刹车，将桨距角暂时抱牢，等待电网电压恢复；

当电网电压恢复后，所述主控系统恢复所述变桨系统和所述变流器为正常发电状态，并恢复机组有功功率给定，最终恢复正常发电状态。

进一步，所述变桨系统中，当顺桨一次完成后，若电网电压未恢复，且跌落深度加深，导致发电机转速再次上升，即所述主控系统检测到所述变桨系统实际角度大于桨距角闭环控制的给定角度时，控制桨叶刹车和变桨电机刹车松开，再次执行顺桨一次，直至实际角度再次小于给定桨距角，刹车再次抱上，等待电网电压的恢复。

再进一步，若低电压穿越过程中，若机组发生任何大于或等于正常停机的故障，则立即跳出低电压穿越状态机，执行停机。

更进一步，所述变桨系统包括电网检测模块，所述电网检测模块监测到电网电压的跌落后，触发变桨系统内部延时继电器开始计时，若电网电压在延时时间继电器设置的时间内未恢复，直接切换至电池供电回路，由电池进行顺桨，使风力发电机组转速降至安全范围内。

本发明的技术构思为：本发明利用电网电压跌落，引起发电机电磁转矩减小，导致发电机转速上升，通过主控系统控制变桨系统的桨叶刹车和变桨电机刹车间接实现桨距角的控制