[发明专利]双馈感应风力发电机系统低电压穿越的装置及方法

权利要求书

1.一种双馈感应风力发电机系统低电压穿越的装置，其特征在于，它主要由双馈感应风力发电机，转子励磁变换器，撬棒保护装置，du/dt电感，LCL滤波器和系统控制器等组成；其中，双馈感应风力发电机的转子三相绕组通过du/dt电感与转子励磁变换器一侧相连，转子励磁变换器的另一侧通过LCL滤波器与并网变压器连至电网；撬棒保护装置的三相输入端通过du/dt滤波器与双馈感应风力发电机的转子三相绕组相连接，在连接上与转子励磁变换器构成并联关系；系统控制器与转子励磁变换器和撬棒保护装置相连接；转子励磁变换器由网侧变换器、直流母线电容和转子侧变换器组成。

2.根据权利要求1所述双馈感应风力发电机系统低电压穿越的装置，其特征在于，所述撬棒保护装置包括三相不控整流桥、撬棒电阻和开关等；其中，三相不控整流桥是大功率二极管构成的全桥式不控整流电路，撬棒电阻是由电阻                                                与并联有斩波器的电阻串联构成的电阻支路，电阻的阻值小于电阻；三相不控整流桥的正输出端与撬棒电阻的一端相连，撬棒电阻的另一端通过开关与三相不控整流桥的负输出端相连。

3.一种应用权利要求1所述装置的双馈感应风力发电机系统低电压穿越的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）当电网低电压发生导致双馈感应风力发电机转子电流上升到等于或大于设定上限值时，系统控制器封锁转子侧变换器脉冲并导通撬棒保护装置开关，即投入撬棒保护装置，同时将转子侧变换器的有功功率指令设为零，并将转子电流环PI调节器积分项输入设为零；

（2）撬棒保护装置开关导通后，网侧变换器在满足必要的有功功率需求外，尽其所能地向电网提供无功功率支持；同时通过对撬棒电阻等效阻值的实时调节，可以在直流母线电压波动不大的情况下，较好地抑制住转子电流的冲击，并较快地使转子电流衰减到安全范围内，从而获得较理想的低电压穿越性能；

（3）当双馈感应风力发电机转子电流衰减到小于或等于设定下限值，系统控制器关断撬棒保护装置开关即切除撬棒保护装置，同时开启转子侧变换器脉冲，转子侧变换器恢复工作并迅速为电网提供一定无功功率，协助电网恢复；

（4）电网电压恢复并且撬棒保护装置被切除后，将转子电流环PI调节器积分项输入恢复为指令电流和反馈电流的差值，网侧变换器缓慢恢复额定无功功率指令，同时转子侧变换器缓慢恢复额定无功功率指令和有功功率指令，随后系统恢复额定运行状态。

4.根据权利要求3所述的双馈感应风力发电机系统低电压穿越的方法，其特征在于，所述步骤（2）通过以下子步骤来实现：

（1）根据双馈感应风力发电机系统的额定转子电流幅值和最大允许直流母线电压，确定分别为以三相转子电流最大幅值和直流母线电压为变量的函数和；

函数和分别为和的正关系线性函数和负关系线性函数，即

；

其中，为从du/dt电感与转子励磁变换器连接端测得的三相转子电流信号分别取绝对值后的最大值，即三相转子电流最大幅值，为额定转子电流幅值，为最大允许直流母线电压，为从转子励磁变换器直流母线电容两端测得的直流母线电压，为额定直流母线电压；

（2）采用加权的方法对函数和进行综合运算处理，得到变电阻信号；

变电阻信号可由以下公式得到：

；

其中，为考虑转子电流影响的权重系数；

（3）将上述变电阻信号计算公式得到的结果做输出限幅，进而得到等效撬棒电阻阻值，实现撬棒电阻阻值的实时调节：将变电阻信号计算公式得到的结果做输出限幅，输出下限值为0，输出上限值为1，得到最终用于计算等效撬棒电阻阻值的变电阻信号，进而得到等效撬棒电阻的阻值为

；

其中，、和撬棒电阻的关系如图2所示，其阻值选取过程如下：

首先，撬棒电阻阻值的设计首先要满足故障发生时转子电流的最大值小于器件所允许的安全电流，即

；                      

由此式可以计算出撬棒电阻的最小值，即：

；

其次，撬棒电阻上的电压应该小于直流母线可以承受的电压值，即：

        ；         

由此式可运算出撬棒电阻的最大值：

       ； 

上述四式中， 为单相总漏感，，分别为定子相漏感和转子相漏感，为定子相电压峰值，，分别为转子速旋转角速度和同步旋转角速度 

将电阻取为撬棒电阻的最小值，将电阻取为撬棒电阻的最大值与最小值的差值，即，；此时，撬棒电阻阻值理论上能取到从到的不同值。