[发明专利]一种低电压故障快速检测方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电领域，具体涉及一种应用于双馈式风力发电系统的低电压故障快速检测方法。

背景技术

风力发电机在应对电网故障能力方面存在较大缺陷。电网发生故障导致风力发电机机端电压跌落，造成发电机定子电流增加。由于转子与定子之间的强耦合，快速增加的定子电流会导致转子电流上升。转子电流上升超过变频器能够承受的最大电流时，变频器将退出运行，导致机组脱网。另外，由于风力机调节速度较慢，故障前期风力机吸收的风能不会明显减少，而发电机组由于机端电压降低，不能正常向电网输送电能，即有一部分能量无法输人电网，这些能量由系统内部消化，将导致电容充电、直流电压快速升高、电机转子加速、电磁转矩突变等一系列问题。而国家电网要求，风力发电机组应具有低电压穿越能力，即当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。变频器必须在电网故障情况下采用一定的方法来协助整个风力发电机组完成低电压穿越，采取措施的前提是变频器先检测到电网电压故障，因此低电压故障检测速度直接影响机组的低电压穿越能力。已有研究针对电网电压跌落故障检测提出解决方案，专利“一种双馈风力发电系统低电压穿越控制方法和装置”（CN201110392986.8）及专利“双馈风电机组低电压穿越方法”（CN201210029338.0）中均涉及故障检测算法。以上专利的故障检测方法是采用转子电流或电网电压作为故障检测判据。

从发电机的角度来看，双馈电机定子侧与电网直接连接，定子电流上升是直接影响，由于转子与定子之间的强耦合，快速增加的定子电流会导致转子电流上升，因此，转子电流上升是间接的，检测算法存在一定延时。

采用电网电压检测判据，该检测方法虽然能够正确实现对电压跌落故障的检测，但检测算法需要将交流电压瞬时值转化为直流量，仍存在一定延时。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种低电压故障快速检测方法，其主要应用于双馈式风力发电系统，可提高风电机组低电压穿越能力。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种低电压故障快速检测方法，包括如下步骤：

（1）实时检测双馈电机定子电流和变频器直流母线电压瞬时值；

（2）当定子电流或直流母线电压超过设定的门槛值时，进入步骤（3）；

（3）若变频器处于正常启动状态，则判定电网电压跌落故障发生。

上述定子电流的门槛值I_{ds_lim}满足公式：

0.85I_{ds_max}>I_{ds_lim}>1.2I_{ds_nom}

其中，I_{ds_max}为系统允许最大定子电流，I_{ds_nom}为额定定子电流。

上述直流母线电压的门槛值U_{dc_lim}满足公式：

0.85U_{dc_max}>U_{dc_lim}>1.2U_{dc_nom}

其中，U_{dc_max}为系统允许最大直流母线电压，U_{dc_nom}为系统正常运行时额定直流母线电压。

采用上述方案后，本发明采用电机双馈电机定子电流和变频器直流母线电压瞬时值作为电网电压跌落判定依据，即当变频器已正常启动时，控制系统检测到直流电压超过设定门槛值或双馈电机定子电流超过设定门槛值时，认为电网电压跌落发生，控制系统开始执行低电压穿越控制逻辑。本发明检测方法应用于双馈式变频器低电压穿越控制策略，可提高电网电压故障检测速度，提高风力发电机组的低电压穿越能力。

附图说明

图1是本发明所应用的双馈式风力发电系统的整体框图；

图2是本发明进行低电压故障检测的逻辑图；

其中，箭头代表数据流方向。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供一种低电压故障快速检测方法，应用于双馈式风力发电系统，可配合图1所示，其中，Udc表示变频器直流母线电压，Ids表示双馈电机定子电流；所述检测方法包括如下步骤：

（1）实时检测双馈电机定子电流和变频器直流母线电压瞬时值；

（2）当定子电流或直流母线电压超过设定的门槛值时，进入步骤（3）；

（3）若变频器处于正常启动状态，则判定电网电压跌落故障发生。