[发明专利]一种基于撬棒的低压穿越控制系统

权利要求书

1.一种协同控制的低压穿越控制系统，其特征在于，包括三相电网(1)、网侧变压器(9)、转子侧变换器(6)、网侧变换器(5)、双馈感应电机(8)、直流电容(4)、撬棒保护电路(7)和主控制模块(13)；所述三相电网(1)分别与网侧变压器(9)、电压检测模块(2)、电流检测模块(3)和双馈感应电机(8)连接，直流电压检测模块(12)和直流电容(4)连接，所述电压检测模块(2)的输出端与主控制模块(13)相连接，所述主控制模块(13)的输出端分别与转子侧变换器(6)通过直流电容(4)与网侧变换器(5)连接，所述转子侧变换器(6)分别与双馈感应电机(8)、直流电容(4)连接，所述直流电容(4)依次连接网侧变换器(5)和网侧变压器(9)，所述撬棒保护电路(7)与双馈感应电机(8)连接的同时与转子侧变换器(6)并联；所述撬棒保护电路(7)包括二极管整流桥、卸荷电阻、动态电阻R_PDR和与其串联的全控型器件IGBT；

检测模块包括三相电压检测模块(2)、三相电流检测模块(3)、直流电压检测模块(12)；所述三相电压检测模块(2)的两端和三相电流检测模块(3)的两端分别与三相电网(1)和主控制模块(13)相连接，所述直流电压检测模块(12)分别与直流电容(4)和主控制模块(13)相连接；所述三相电压检测模块(2)、三相电流检测模块(3)、直流电压检测模块(12)均采用霍尔传感器；一种协同控制的低压穿越控制系统还包括第一驱动电路(11)和第二驱动电路(10)；所述第一驱动电路(11)的输入端与主控制模块(13)连接，所述第一驱动电路(11)的输出端与转子侧变换器(6)连接；所述第二驱动电路(10)的输入端与主控制模块(13)相连接，所述第二驱动电路(10)的输出端与网侧变换器(5)连接；

协同控制的低压穿越控制系统通过灭磁与撬棒协同控制方法实现低压穿越，包括以下步骤：

步骤a1、三相电网(1)通电，三相电网(1)正常运行；

步骤a2、实时判断三相电网(1)电压是否发生跌落故障，若是，执行步骤a3；若否，继续执行a2；

步骤a3、通过检测模块分别采集三相电网(1)发生故障时的电流电压；检测双馈感应电机(8)转子电流是否急剧增大；检测直流电容(4)直流电压是否急剧增大；

步骤a4、将故障采集到的电压电流送入主控制模块(13)，当检测到的转子电流小于设定的电流阈值时，采用灭磁方法来进行低压穿越；当检测到的转子电流大于所设定的电流阈值时，若直流侧电压不超过所设定的电压阈值，主动撬棒电路介入并切断转子侧变换器；若直流电压也大于所设定的直流电压阈值时，并联动态电阻投入使用，使其并联主动撬棒组成撬棒电路，达到低压穿越的目的；

灭磁控制方法，包括以下步骤：

步骤b1、根据双馈感应电机(8)工作原理得出转子和定子的电压磁链基本方程，如下：

式中u_s和u_r分别为定子电压和转子电压，R_s和R_r表示定、转子电阻，ψ_s和ψ_r分别为定子磁链和转子磁链，i_s和i_r表示为定子电流和转子电流，L_s和L_r分别为定子电感和转子电感，L_m为定转子互感；

将式(1)进行坐标变换，转换到同步旋转dq坐标系下的方程，如下：

式中u_sq、u_sd、i_sq、i_sd、ψ_sq、ψ_sd分别为两相旋转坐标系下的定子电压、定子电流和定子磁链，u_rq、u_rd、i_rq、i_rd、ψ_rq、ψ_rd分别为两相旋转坐标系下的转子电压、转子电流和转子磁链，ω_s为转差频率，ω₁为电网频率；

步骤b2、采用定子磁链定向于同步旋转坐标系d轴，ψ_sq＝0，定子和转子磁链方程如下：

步骤b3、将式(3)所示的定子磁链方程微分处理定子电流表达式，并代入(2)式，得出定子磁链状态方程为：

步骤b4、在电流环控制侧加入补偿电流由此得到改进后的定子磁链状态方程如下：

式中K_ref为调整系数；

步骤b5、采用定子磁链定向于同步旋转坐标系d轴，ψ_sq＝0，控制转子d轴的电流减小即可，得到特征方程如下：

得到特征根为：

根据(7)式得出，通过减小转子电流的给定值，使得定子磁链系统的特征根的负实部增大，即定子磁链的暂态分量衰减速度加快；调整系数K_ref，调整补偿电流的大小，加快系统响应速度；

撬棒的控制方法，包括以下步骤：

步骤c1、根据双馈感应电机(8)得出定、转子电流方程，如下：

步骤c2、通常情况下，转子电感和定子电感阻值相等，由网侧变压器(9)可看出转子电流和定子电流方向相反，大小相同；定、转子阻抗表达式为：

式中L₁为定、转子漏感之和，由此计算出定、转子时间常数如下：

步骤c4、综上可以得到转子电流表达式为：

式中，p为跌落深度；

步骤c5、由(12)可求得撬棒电阻的最大值和最小值：

所设定的i_th为电流阈值。