[发明专利]一种双馈风电机组机侧变流器IGBT器件结温波动抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源发电用大功率电力电子器件热管理技术领域，涉及一种双馈风电机组机侧变流器IGBT器件结温波动抑制方法。

背景技术

近年来，双馈风力发电机组已成为我国大容量风力发电场的主要机型之一。变流器作为机组电气系统中的关键部件，成本高，且是故障频率最高的电气部件之一，特别是双馈风电机组运行在同步转速点附近，由于机侧变流器输出频率低，增大了IGBT器件的运行周期，使得其结温波动增大，导致交变热应力大幅度变化可对器件造成不可逆转的冲击，加速其老化和失效过程。目前针对该问题国内外并未见可行的解决方案报道，已有一些与变流器结温控制相关的方法主要集中在从调制策略出发的热管理方法上，如通过调节功率模块开关频率和改变调制方式，控制变流器结温波动。但对双馈风电机组机侧变流器运行于同步转速点附近的结温大幅波动问题，现有从调制策略抑制结温波动的方法并无显著效果。

因此，为了提高双馈风力发电机组机侧变流器运行可靠性，急需一种抑制其同步转速点附近IGBT器件结温波动的控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双馈风电机组机侧变流器IGBT器件结温波动抑制方法，该方法能够有效地根据机组所在运行工况，通过机组控制策略辨识并控制电机在同步转速点附近区域的转速，有效减少机组在该区域的运行时间，实现对机侧变流器IGBT器件结温波动的抑制。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双馈风电机组机侧变流器IGBT器件结温波动抑制方法，包括以下步骤：

1)通过安装在双馈风电机组上的数据采集设备采集机组当前转速、定子电信号、转子电信号，计算当前机组转差率s、定子有功功率P_s；

2)判断转差率s所属范围，当s∈[-0.05,0.05]，进入附加转速控制外环，否则，进入功率控制外环；

3)在转速控制外环内，首先以两个边界点转速构建两段恒转速区和一段转速突变区，然后判断机组处于超同步或次同步运行状态，最后通过判断定子出力P_s，确定转速控制信号ω_m^*，对机组转速进行控制；

4)在功率控制外环内，利用基于定子磁链定向矢量控制方法，根据最大功率跟踪控制原理计算定子功率控制信号P_s^*，控制机组输出功率。

进一步，在步骤3)中，转速控制外环给定信号的获取方法为：首先判断机组处于超同步或次同步运行状态，然后判断定子出力P_s、给定转速ω_m^*大小；

当s>0，P_s<P_sB且ω_m^*≠ω_C，转速给定ω_m^*＝ω_A，否则ω_m^*＝ω_C；当s<0，P_s>P_sB且ω_m^*≠ω_A，转速给定ω_m^*＝ω_C，否则ω_m^*＝ω_A；其中，ω_A、ω_C分别为s＝-0.05、s＝0.05时机组转速大小，P_sB为同步转速点的机组定子有功功率。

进一步，在步骤4)中，最大功率跟踪控制下功率外环给定信号的获取方法为：

机组最佳功率P_opt可表示如下：

式中，ω_m为发电机转速；ω_w为风力机转速；N为齿轮箱的增速比；k_w＝0.5ρAC_pmax(R/λopt)³是与风力机相关的常量，其中λ_opt、C_pmax分别代表该机组的最佳叶尖速比及其所对应的风能利用系数，ρ为空气密度，A＝πR²为风力机扫风面积，其中R为叶片半径；

双馈电机定子有功功率参考值P_s^*计算表达式如下：