[发明专利]基于转子串阻容的双馈风机低电压穿越能力优化装置

说明书

本发明公开了一种基于转子串阻容的双馈风机低电压穿越能力优化装置，在转子侧变流器与双馈风力发电机之间串联有阻容装置，阻容装置的结构为：电容C、电阻R₀的串联支路与开关S₁支路相并联；其中，开关S₁的两端分别为阻容装置与外部相连接的连接端；电容C的取值范围为：0.13mF≤C≤1.21mF，电阻R₀的取值范围为：0.038Ω≤R₀≤0.14Ω。当定子电压Us小于设定的定子额定电压时，判断为故障发生，则开关S₁开启；当定子电压Us等于定子额定电压时，则延迟一定时间再判断Uca＝Ucb＝0或Uca＝Ucc＝0或Ucb＝Ucc＝0是否成立，若是，进而将开关S₁闭合。本发明解决DFIG低电压穿越稳定可控和提供无功恢复电网电压的问题，同时转子串阻容装置的成本很低，有很好的实用性。

技术领域

本发明涉及双馈风机控制领域，特别是一种基于转子串阻容的双馈风机低电压穿越能力优化装置。

背景技术

双馈风力发电机的定子与电网直接相连，电网产生的故障将直接作用到机组本身。当电网因故障出现电压突降时，发电机定、转子磁链会出现暂态分量，进而在转子侧感应出较大的电动势。当转子侧感应电动势超过转子侧变流器的电压控制范围时，将导致转子过电流，严重时可能造成变流器和电机的损坏，甚至导致风机脱网。因此转子侧短路电流和转子侧电压常作为评价双馈式风力发电系统低电压穿越(low voltage ride through，LVRT)能力的重要指标。

目前国内外学者对LVRT能力的优化研究主要分为两类：一是优化控制方法，发挥变流器控制的最大能力；二是加入硬件电路，保护变流器、电机等关键部件，使机组不脱网。现有技术中都是基于三相对称故障下，强调控制方法对转子电流的抑制效果，对不对称的故障和母线直流电压的关注度不够。但考虑到实际发生的电力系统故障，不对称故障发生的更加频繁，危害更加严重。

上述两类LVRT能力优化的方法，在实际运用中，第二类中增加Crowbar保护电路并配合有效的控制方法是目前比较合理的方法。例如，电网故障中通过对Crowbar电路切除时刻进行优化，提高了双馈异步电机的LVRT能力；通过在定子侧串联阻抗元件LVRT能力进行优化。它们都是以Crowbar电路为基础进行优化，依然不能完全摆脱Crowbar电路故障期间不可控和吸收无功不利于电压恢复这两个主要问题。也有使用转子串联电阻和直流侧卸荷电路协调控制的故障穿越方法，摆脱了Crowbar电路故障期间不可控和不利于电压恢复的问题，但是并未考虑电网不对称故障这一常发生的情况。或者通过转子串联电容限制转子电压，进而抑制转子过电流的故障穿越方案，优化LVRT能力，但未对转子串联电容的原理进行详细论证，并且对转子过电流的关注度不够。

总之，目前没有采用转子侧串联电阻和电容改善DFIG(doubly fed inductiongenerator，双馈风力发电机)低电压穿越稳定可控的措施；采用的针对DFIG低电压穿越的装置大多数为撬棒电路装置，此装置在故障时存在不可控和不能提供无功快速恢复电网电压的缺点，同时其他装置(如串联网侧变换器或加无功补偿器等)虽然能在故障中摆脱不可控和不能提供无功，但添加这些装置等投入成本很大，阻碍了这些装置的实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于转子串阻容的双馈风机低电压穿越能力优化装置，采用了转子侧串电阻和电容的新装置实现DFIG低电压穿越稳定可控措施，基于电网电压发生不对称故障时DFIG低电压穿越的可控措施，基于电网电压发生不对称故障时DFIG低电压穿越的恢复电网电压措施，实现方便，只需要对转子侧增加阻容装置并加以控制即可。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：