[发明专利]基于转子串电阻的双馈机组故障穿越方法

说明书

技术领域

本发明涉及风电保护领域，具体地，涉及一种基于转子串电阻的双馈机组故障穿越方法。

背景技术

为了应对能源危机和环境恶化，世界各国正积极的推动着可再生能源的开发和利用。其中风力发电已成为科研人员和商业企业关注的焦点。这是因为风能是一种可靠的、无限的、可再生的电力供应源。风电的大规模应用既可以缓解能源危机，又能减轻常规能源使用所带来的环境问题，从而减少二氧化碳气体的排放。

然而，大规模风电接入电网却给电网运行带来了较大的挑战。要想大规模的风电接入电网运行，风电机组必须具备低电压穿越能力。事实上，所有风电机组都存在低电压穿越的问题，但双馈机组最具挑战性，这是因为双馈机组对电网扰动更加敏感。

目前，较为成熟并商用的双馈机组低电压穿越技术是所谓的撬棒(Crowbar)保护技术。当电网电压跌落时，由于定子磁通的不能突变，因此直流分量的出现使得转子绕组中产生过电流，从而造成变换器的破坏。而所谓的撬棒保护技术就是为转子故障电流提供旁路通路，从而避免转子过电流对变换器的破坏以实现机组的不间断并网运行。

如公开号为102315651A的中国发明专利，该专利提供了一种撬棒电路及双馈型感应发电机穿越电网故障的装置及方法；当电网电压突变导致双馈型感应发电机转子电流上升到等于或大于设定的撬棒电路导通电流门限值时或导致双馈型感应发电机组变流器母线电压上升到等于或大于设定的撬棒电路导通电压门限值时，控制器关闭机侧变流器并通过撬棒电路的驱动电路触发撬棒电路的开关电路导通，触发方式为从一个撬棒支路开始逐个增加撬棒支路的导通个数，至双馈型感应发电机转子电流下降到小于设定的撬棒电路导通电流门限值和双馈型感应发电机组变流器母线电压下降到小于设定的撬棒电路导通电压门限值为止；当双馈型感应发电机的转子电流衰减到等于或小于设定的撬棒电路关断电流门限值时且双馈型感应发电机组变流器母线电压衰减到等于或小于设定的撬棒电路关断电压门限值时，控制器通过撬棒电路的驱动电路逐个关断撬棒电路的撬棒支路的开关电路并开启机侧变流器，为电网迅速提供无功支持，帮助电网恢复。

又如公开号为103178548A的中国发明专利，该专利提供了一种双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法，该方法在双馈风力发电机组的电网故障下，当流入转子变换器的电流超过其最大允许电流值时，所述双馈风力发电机组的转子Crowbar电路投入运行，同时闭锁所述转子变换器；在故障发生期间，当所述转子Crowbar电路投入τr时长后且转子电流值小于Crowbar保护动作门槛值时，所述转子Crowbar电路被切除，同时重启所述转子变换器；在故障切除后，所述转子变换器通过恢复控制策略切换到有功功率工作模式，并停止向电网注入无功电流。利用该方法能够克服现有故障穿越控制策略中存在的缺陷，从而提高双馈风力发电机组的故障穿越能力。

然而，上述的专利撬棒保护技术却存在如下缺点：

1）撬棒投入后，双馈感应电机机侧变换器封锁，电机处于失控状态，运行于异步电机状态之下；

2）在上述运行条件下，机组转速稳定性恶化，并向电网吸收大量无功，不利于机组的故障穿越；

3）对双馈机感应机组而言，撬棒保护本省也是一种扰动，应采取措施避免其启动的机会。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于转子串电阻的双馈机组故障穿越方法，该方法无需封锁转子侧变换器，双馈电机不失控，因此其能稳定系统转速，抑制系统在故障期间转速过快增加，支撑电网电压，采用合适的控制策略减少硬件保护电路的启动机会，从而加强双馈风电机组低电压穿越的瞬态性能。

为实现以上目的，本发明提供一种基于转子串电阻的双馈机组故障穿越方法，该方法利用串入双馈电机转子绕组的电阻电路、并入变换器直流侧母线的直流卸荷电路以及基于传统矢量控制技术改进的转子侧变换器控制策略协调控制来加强双馈机组低电压穿越能力，步骤包括：

首先，实时检测双馈电机定子电压以计算所述基于传统矢量控制技术改进的转子侧变换器控制策略的中前馈电压补偿项中体现定子瞬态的项；

同时实时检测转子电流，和转子参考电流一起产生开关切换信号，实现所述串入双馈电机转子绕组的电阻电路的投入和退出运行；

同时实时检测变换器直流侧母线电压，和参考值一起产生开关信号，实现所述并入变换器直流侧母线的直流卸荷电路的投入和退出。

优选地，所述基于传统矢量控制技术改进的转子侧变换器控制策略是在传统矢量控制的基础上，在前馈电压补偿项中增加了反映定子电压瞬态行为的项，其dq分量的表达式分别为：