[发明专利]基于协调控制的双馈感应风机系统及其低电压穿越方法

摘要

本发明公开了一种基于协调控制的双馈感应风机系统及其低电压穿越方法，其特征在于，所述包括：双馈感应风机定子绕组、双馈感应风机转子、转子侧变流器、以及串联在转子与转子侧变流器之间的电感型超导故障限流器；其中，所述故障限流器包括并联连接的超导线圈和电力电子开关。通过结合电感型超导故障限流器和改进双馈感应风机转子侧变流器控制技术，利用超导故障限流器直接限制转子过电流，减小转矩振荡，同时在故障期间利用双馈感应电机本身的无功输出，从而提高双馈感应风机的低电压穿越能力；同时，通过故障期间对转子侧变流器电流的精确控制，确定了故障限流器的关键参数整定原则，有效减少了所用超导故障限流器的阻抗值，达到节省成本。

主权项

1.一种基于协调控制的双馈感应风机系统，其特征在于，包括：双馈感应风机定子绕组、双馈感应风机转子、转子侧变流器、以及串联在双馈感应风机转子与转子侧变流器之间的电感型超导故障限流器；其中，所述电感型超导故障限流器包括一个超导线圈及电力电子开关，所述超导线圈与电力电子开关以并联的方式连接；通过以下步骤进行双馈感应风机系统的低电压穿越：当系统发生故障即系统定子电压下降幅度超过额定电压的百分之十时，所述电感型超导故障限流器断开所述电力电子开关，以使所述超导线圈接入系统中抑制故障电流；并且转子侧变流器切换为电流协调控制模式，输出去磁电流偏置转子反电动势、输出无功电流支撑电网电压，以此实现电感型超导故障限流器与转子侧变流器的协同作用调高所述定子电压；设置延时时间，当系统故障修复即系统定子电压达到额定电压的百分之九十时，基于所述延时时间闭合所述电力电子开关，以将所述电感型超导故障限流器中的超导线圈断开与系统的连接，并且转子侧变流器恢复至无故障的传统矢量控制模式；其中，所述电流协调控制模式基于电流协调原则设置电流协调的顺序，所述电流协调原则为去磁电流具有最高优先级，其次是无功电流，最后在浅度故障下输出有功电流；当系统故障发生后，电感型超导故障限流器接入系统中，由无故障时的非感性耦合状态切换为限制阻抗状态，限制故障电流；同时转子侧变流器切换为去磁电流控制；定子自由磁链观测中，先由下式计算三相定子磁链：通过低通滤波器得到定子磁链自由分量，经dq变换得到磁链dq轴自由分量的ψ_sdn、ψ_sqn，均分别乘以系数得到转子侧变流器去磁电流的参考信号i^*_rdn、i^*_rqn；此时通过选取合适的超导线圈电感值，使转子侧变流器去磁电流幅值满足其中，I_rN为转子侧变流器连续输出电流额定值；由并网导则可知，在故障发生后双馈感应风机需要产生正序无功电流支撑电网电压；此时无功参考信号由0切换为暂态控制器，机端参考电压V^*_s减去机端实际电压V_s得到PI控制器的输入，输出为风电机组需要向系统注入的无功功率Q^*_s，通过PI控制器得到转子侧变流器无功电流补偿参考信号i^*_{rq_comp}，其满足：转子侧q轴总电流为去磁q轴电流与正序无功电流补偿项之和；在浅度电压暂降时，采用有功功率按风机定子正序等比例降低，将有功功率参考值P^*_s乘以风机定子电压正序值V_s⁺，再与实际功率输出值P_S作差，得到转子侧变流器正序有功电流参考值i^*_rd；所述转子侧变流器正序有功电流上限为：其中，所述L_SFCL为所述超导线圈电感值，I_rN为转子侧变流器连续输出电流额定值，L_s、L_m分别为定子自感和互感，σL_r为转子等效暂态电感。