[发明专利]无刷双馈风力发电机不对称电压故障磁链跟踪低电压穿越方法

说明书

技术领域

本发明与无刷双馈风力发电机在并网点电压故障情况下的低电压穿越方法有关，更详细地说是当电网故障引起无刷双馈风力发电机并网点相对相短路、相对相对地短路和单相对地短路等三种不对称故障情况下的可在αβ静止坐标系用软件实现的磁链跟踪控制的低电压穿越的控制方法。

背景技术

能源问题已成为当今社会发展的突出问题，而风力发电是解决当前突出问题的重要手段，也是目前世界上增长速度最快的能源。风力发电机组经常位于人类活动比较少的高山、荒野、海岛等边远地区，又受无规律的风力以及强阵风的作用，加之所处自然环境交通不便，一旦出现故障，修复十分困难。故对其可靠性的要求远远高于其它电气及机械设备。因此研制高可靠性的风力发电机及其控制技术对于风电技术的发展具有十分重要的现实意义。

无刷双馈电机是近年来广受瞩目的一种新型电机，其结构是定子上有两套绕组，即功率绕组PW和控制绕组CW，前者与电网相连，后者和变流器相连；转子采用特殊的笼型绕线或者磁阻结构，转子上没有电刷和滑环，大大提高了工作可靠性，特别适合用在变速恒频风力发电领域。

双馈发电机是目前变速恒频风力发电领域的主流机型之一，由于该电机所需变流器的容量仅为其额定容量的1/3-1/2，因而大大降低了系统总体造价，受到人们的青睐。但该电机转子上存在电刷和滑环，其间的滑动接触造成系统可靠性降低，且由于电刷磨损需要定期更换，进而维户成本十分高。和双馈发电机相比，无刷双馈发电机的运行行为与其类似，除了具有双馈发电机的所有优点外，还有以下独特优点：在无刷的情况下实现双馈运行，极大地提高了系统的可靠性，减小了维护成本，更能满足无维护的工作环境；由于无刷双馈发电机的漏电感较大，所以故障电流较小，更容易实现低电压穿越；在同样的电枢直径下，无刷双馈发电机的等效极数可以做到常规传统双馈发电机的两倍，非常适合作为低速风力发电机使用。由于上述优点，近几年来对于无刷双馈电机的研究，无论是对电机本体，还是对其作为风力发电机使用时的控制方式都取得了快速发展。

随着电力系统中以变速恒频风力发电机为主体的大型风力发电机组所占比例的快速增加，由于风能的随机性和不可控性所导致的电力系统的稳定性问题日益凸显。为了保证电力系统稳定运行，电力部门对并网风力发电机在外部电网故障、特别是电网电压骤降故障下的不间断运行能力、即低电压穿越能力提出了更高的要求。低电压穿越是对并网风力发电机在电网出现电压跌落时仍然能够保持并网运行的一种特定的运行功能要求。不同国家和地区所提出的低电压穿越要求不尽相同。我国国家电网公司对风电场低电压穿越能力的规定(GB/T19963-2011)是指风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20％额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力，风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90％时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。此外该标准对于对称电压跌落情况下的动态无功支撑能力也有具体要求，例如对于总装机容量在百万千瓦以上的风电场群，当电力系统发生三相对称短路故障引起并网点电压处于20％-90％区间内时，风电场应能够通过注入无功电流支撑电压恢复。

实现新型无刷双馈风力发电机低电压穿越的关键是在低电压穿越期间将控制绕组的电流限制在允许的范围之内，以保证其所接变流器的安全运行。由于对称及不对称两类故障情况下电机内部的电磁现象不同，导致控制方法不同，而电网对两类故障情况下风力发电机无功支撑能力的要求也不同，因此相关的低电压穿越控制方法的研究也围绕着两种故障情况分别展开。