[发明专利]一种提高双馈式变流器低电压穿越性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及风电变流器领域，具体涉及一种提高双馈式风电变流器应对低电压穿越性能的控制方法。

背景技术

石油价格飞涨，环保意识加强，使得人们越来越重视可再生能源，风力发电作为最有竞争力的可再生能源发电方式之一，获得迅猛发展，占全球发电量的比重越来越大，风力发电的稳定性和可靠性越来越受到重视。世界各国电网公司相继出台了严格的风电场接入电网技术规定，包括电网故障穿越能力。当电网出现短暂跌落时，风机能够并网发电，甚至通过发无功支撑电网恢复，直到电网正常，即业内所说的低电压穿越技术。

风电变流器作为风机机组与电网柔性连接的关键部件，在机组应对电网低电压穿越时起着至关重要的作用。双馈式风力机组是目前市场主流机型之一，电气拓扑如图1所示。

双馈发电机的定子直接连接电网，这种直接耦合使得电网电压变化直接反映在发电机定子端电压上，导致定子磁链出现直流分量，不对称跌落故障时还会出现负序分量。定子磁链的直流分量和负序分量相对于以较高转速运转的发电机转子会形成较大的转差，从而感应出较大的感应电动势并产生较大的转子电流。作为与发电机转子直接连接的电机侧变流器，承担着电网低电压穿越的主要任务。电网侧变流器通过串联电感与电网连接，当电网电压突然变化时如果不加控制，同样存在过电流的风险。

针对电机侧变流器，正如专利CN101630850A所述，目前控制方案是检测转子电流超过阈值时封锁脉冲投入Crowbar电路，保护变流器比较敏感的电力电子器件，之后延时起动脉冲后重新加载；针对电网侧变流器，一般方案是检测电流超过阈值后短时封锁脉冲，延时起动脉冲后重新加载。封锁脉冲会造成系统功率突变，引起机械轴振动，多次反复封锁脉冲还可能引起系统不稳定。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种提高双馈式风电变流器应对低电压穿越性能的控制方法。在双馈式风电变流器低电压穿越期间，采用本发明方法可避免电网侧变流器封锁脉冲，推后或避免电机侧变流器投入Crowbar电路，提高机组的电网低电压穿越性能，优化变流器电气设计。

双馈式风电变流器的电网侧和电机侧拓扑结构相同，都采用基于全控电力电子开关（例如IGBT、IGCT等）的三相通用逆变器方式，由直流母线、三相逆变桥和串联电感组成。

本发明根据双馈式变流器过电流程度采用特定的脉冲序列进行控制，当双馈式变流器过电流不是很严重时，过电流相根据电流的方向在整个开关周期内输出0电压或全直流母线电压，不过流的两相输出正常的脉冲宽度调制信号，一定程度抑制过电流增长。当双馈式变流器过电流再大时，过电流相根据电流的方向在整个开关周期内输出0电压或全直流母线电压，不过流的两相输出与过流相相反的控制信号，对过电流进行最大程度抑制。

本发明原理如下：

规定流出逆变器方向为正，设逆变器输出点的三相电压为V_ca、V_cb、V_cc，控制对象双馈式风电变流器的三相电动势为V_sa、V_sb、V_sa，三相串联电感为L_a、L_b、L_c。列写该状态下的时域数学方程为：