[发明专利]一种变流器直流侧卸荷电路的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于风力发电变流器的直流侧卸荷电路的控制方法。

背景技术

随着风电装机容量的增加，风力并网发电系统对电网的影响越来越大，从维持电力系统稳定的角度出发，要求风电机组在电网电压跌落时能够保持不脱网运行。目前，GB/T9963-2011《风电场接入电力系统技术规定》提出了风电场低电压穿越（LVRT）能力的要求，要求风电变流器具备LVRT能力。

对于基于同步发电机的全功率变流器，当电网电压发生跌落故障时，为保持输出功率不变，网侧变流器输出电流增加，当达到最大限制时，全功率变流器电机侧输入功率会大于电网侧输出功率，直流母线电压升高。对于基于双馈感应发电机的双馈变流器，由于故障瞬间双馈异步发电机磁链不能突变，定子电流增大，由于定子、转子的强耦合关系，使得转子产生巨大的能量冲击，并通过转子侧变流器流入直流母线，由于电网电压跌落限制了网侧变流器的功率输送能力，导致直流母线电压迅速升高。所以需要采取一定措施抑制直流母线电压升高，保证变流器不间断运行。在直流母线并联卸荷装置是一种常用的方法。卸荷电路通常由功率开关器件和卸荷电阻构成，通过功率器件控制卸荷电阻的投入与切出，抑制直流母线过电压。

目前常用卸荷电路控制方式仅以直流母线电压作为卸荷投切的判定条件，未考虑实际工况下卸荷电阻卸荷能力上限，电网电压跌落故障频繁发生时容易导致卸荷电阻因频繁工作而烧毁。CN201774451U《双馈风电变流器直流卸荷电路》给出了硬件卸荷电路的实现方式，但未提供卸荷电路的控制方法和卸荷电阻的保护方法。CN101136582A《一种全功率变流器直流侧卸荷电路的控制方法》提出一种通过采集输入有功功率、输出无功功率和直流侧电压，求取功率的偏差作为输入量，通过PI调节控制卸荷投入占空比的方案，此种方式改善了卸荷动作对母线电压的影响，但是响应速度慢，并且同样没有对卸荷电阻提供必要的保护。

发明内容

为了克服现有变流器直流侧卸荷电路控制方法无法有效保护卸荷电阻，导致卸荷电阻寿命缩短乃至烧毁的问题。本发明提出一种变流器直流侧卸荷电路的控制方法，实现卸荷电阻的保护。本发明可应用于基于同步发电机的全功率变流器和基于双馈感应发电机的双馈变流器。

当电网发生电压跌落故障导致母线电压上升时，网侧变流器的直流母线电压外环调节器作用，通过增大网侧向电网输出的有功电流，抑制母线电压升高。但是，因母线电压外环响应速度慢，或当母线电压外环调节器已经饱和后，母线电压会不受控制地上升。此时就需要直流侧卸荷电路参与，通过卸荷电阻释放母线上的一部分能量，以抑制母线电压。

本发明使用卸荷控制器对由卸荷开关和卸荷电阻构成的卸荷电路进行控制。卸荷控制器采集直流母线电压值，所采集的直流母线电压值首先经过低通滤波器滤除直流母线电压中的高频纹波成分，然后输入电压滞环比较器，电压滞环比较器的输出值作为卸荷开关状态控制条件一。同时，卸荷控制器读取当前卸荷开关状态，并根据当前卸荷开关状态计算卸荷电阻的能量累积值，能量累积值的计算结果作为能量滞环比较器的输入，能量滞环比较器的输出值作为卸荷开关状态控制条件二。当同时满足卸荷开关状态控制条件一和条件二时，由控制器输出控制信号，投入卸荷电阻，否则切出卸荷电阻。

所述的低通滤波器可以是共用变流器控制器的模拟滤波器，也可以是数字滤波器。所述的低通滤波器为巴特沃兹低通滤波器，截至频率的选择以可以滤除电网侧和电机侧变流器的开关频率附近纹波为目标。

所述的电压滞环比较器的滞环范围可根据实际情况进行调整，滞环上限最大值受母线电容和电网侧电机侧变流器功率器件耐压值限制，需留有足够余量，滞环下线最小值必须大于变流器正常运行时的母线电压值，同样要保留余量。通常情况下，滞环应尽可能窄，以减小卸荷电路动作时母线电压的波动范围。

所述的能量累积值的计算方法如下：

首先计算一个控制周期T内卸荷电阻累加或者减少的能量值。卸荷处于投入状态时，母线电压V_dc通过卸荷开关加在卸荷电阻R两端，因为卸荷电流很大，卸荷电流在卸荷电阻R上产生的能量远大于卸荷电阻自然散热释放的能量，故卸荷单周期累加的能量值Q_in近似为：