[发明专利]双馈风力发电系统低电压穿越控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及双馈风力发电系统低电压穿越控制方法，属于风力发电新能源领域。

背景技术

风力发电技术由于其无污染和可再生性，在全球范围电网中展现出强劲的势头。在众多风力发电方案中，变速恒频双馈交流发电系统和永磁直驱发电系统由于各自的优异特性，是目前主流的风力发电电气解决方案。永磁直驱系统由于需要使用大量的永磁体以及全功率变换器，高昂的造价使它难以普及。双馈发电系统造价低廉，但由于发电机定子与电网直接电气相连，当电网电压突然跌落时，由于变流器有限的直流母线电压无法与转子侧感应的巨大瞬态电压匹配，造成整个系统由于过流而跳闸保护，导致风力发电机组突然与电网脱离。这种突然的脱网，不但需要电压恢复后的重新并网等一系列过程，而且这个瞬态过程对外电网也是一种冲击，有可能引起其他风力发电机组纷纷跳闸，恶性循环冲击，造成整个电网震荡，最终导致整个风电场解裂。这就是双馈风力发电系统的电网非友好型问题。因此针对解决双馈风力发电系统的电压突然跌落后系统的保护以及减少对电网的冲击成为迫在眉睫的问题。

由于当前电网对发电系统的鲁棒性和电能的质量要求日益严格，因此在双馈风力发电系统中采用低电压穿越技术是解决上述问题的关键技术。低电压穿越技术指在电网电压降落和恢复的过程中，系统通过附加硬件设备或软件的方法，防止风机的脱网以及变流器和控制器的毁坏。硬件的方法主要指在转子与变流器之间添加并联保护电路(Crow Bar)。这种技术虽然部分有效，但存在较多的缺点：首先，额外的硬件保护装置增加制造成本；其次，保护电路的投切本身对系统造成有害冲击；另外，转子的短路运行使电机从电网吸收大量无功，导致电压降落更加剧烈。纯软件的方法指在不改变硬件系统结构的基础上，通过人工智能修改控制策略，达到低电压穿越的效果。虽然目前提出的软件控制方法较多，但都无法达到实际应用的效果。

发明内容

为此，本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种双馈风力发电系统低电压穿越控制方法，它能够真正的实现消除定子电压的突降和突升造成的暂态瞬变磁通，并抑制负序电流，从而在保护转子侧变流器的同时又避免风机发电系统脱网，同时也能防止电压恢复时暂态磁通叠加造成转子侧感应双倍的超高危险电压，实现了电网友好型智能低电压穿越。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双馈风力发电系统低电压穿越控制方法，包括以下步骤：

1)检测电机的零频瞬态分量磁通；

2)当发现电机有零频瞬态分量磁通突发的情况时，则控制转子侧变流器和网侧变流器，衰减其零频瞬态磁通分量；

3)控制转矩电流和电网无功补偿电流，以抑制有害电压的生长并防止有害电流形成。

本发明在定子侧电网电压跌落和恢复的暂态过程中，通过合理控制电网及转子侧的背靠背电流变换器，实现以下两个重要功能：1.转子回路没有危险性的高电压，没有危险性的大电流，2.定子回路不脱离电网，不对电网形成第二次冲击，从而达到平稳穿越低电压的目的。

本发明的优点是：完全依靠以人工智能为基础的软件算法实现，不要求传统标准的双馈发电系统增加其他硬件或装置，能显著提升系统性能降低系统成本。本发明方法控制的是与定子零频瞬态分量磁通相对应的转子电流，不会产生任何附加的机械瞬态转矩，不会对机械系统有任何冲击。

附图说明

图1是双馈系统硬件结构图；

图2是传统双馈系统变流器转子侧和网侧控制框图；

图3是双馈系统转子侧变流器控制框图；

图4是双馈系统网侧变流器控制框图；

图5是磁通观测模块及其矢量图；

图6是磁通观测器实现框图；

图7是模糊控制模块及电流切换流程；

图8是谐振PI(PI-R)调节器结构图。

具体实施方式

本发明是一种双馈风力发电系统低电压穿越控制方法，包括以下步骤：

1)检测电机的零频瞬态分量磁通；

2)当发现电机有零频瞬态分量磁通突发的情况时，则控制转子侧变流器和网侧变流器，衰减其零频瞬态磁通分量；

3)控制转矩电流和电网无功补偿电流，以抑制有害电压的生长并防止有害电流形成。

其中：

控制转子侧变流器的详细步骤为：

1)根据定子电压和电流反馈，通过磁通观测器得到定子磁通的正序分量、负序分量以及零频暂态分量；

2)将上述磁通分量、定子电压幅值及其变化速率，输入到模糊控制器进行模糊控制，得到转子转差频率的无功电流给定值和有功电流给定值，以及转子转速频率的无功电流给定值和有功电流给定值；