[发明专利]一种基于直流母线电压调节的风机高电压穿越控制系统

说明书

本发明公开了一种基于直流母线电压调节的风机高电压穿越控制系统，包括信号采集模块、电网电压正负序分离模块、电网电压锁相模块、直流母线电压给定单元、无功电流给定模块、直流母线电压控制单元、直流母线电压保护单元和网侧电流控制单元；通过采集到的直流母线电压、电网三相电压和网侧电抗器电流信号进行滤波处理，然后经过相应的处理，最终可得到控制网侧变流器的功率开关的PWM信号，并可监测直流母线电压，当超过安全门限制，则开通直流母线斩波电路。本发明可以实现在电网有高电压故障情况下将发电机发出的电能全部馈入电网，实现风力发电机组的高电压故障穿越。

技术领域

本发明涉及风力发电变流控制技术领域，具体的是一种基于直流母线电压调节的风机高电压穿越控制系统。

背景技术

风能是一种清洁的可再生能源，近年来风力发电技术飞速发展，机组容量不断增大，风电装机容量迅速攀升。由于大规模风电并网，风电在电网的渗透率不断提高，为了保证电力系统的稳定可靠运行，国家相关部门和行业协会相继出台一系列风电接入电网的行业标准，要求风力发电机组具备较强的故障穿越能力。其中，风电机组的高电压穿越能力是风机鼓掌穿越能力中的一项重要内容。

当电网发生故障导致风电机组并网点出现过电压时，风电机组通过变流器向电网馈入有功功率的能力将减弱。当电网电压过压不严重时，机组有可能直接穿越故障。但是在过电压较为严重时，由于风机惯性较大，如果不采用针对性的控制策略，机组极有可能因变流器过压或过流而脱网。在极端情况下，机组可能会出现超速，带来传动链的超负荷运行，全功率变流器甚至可能出现损坏。因此，全功率变流器需要针对电网高电压故障设计专门的控制策略，提升机组的高电压故障穿越能力。

现在的风电变流器一般选用高耐压大电流IGBT或IGCT等半导体器件作为功率开关，为了让变流器高效率、安全可靠地实现电能变换，变流器正常工作时选用的直流母线电压一般会留有比较大的安全余量。当电网电压正常时，直流母线电压满足变流器向电网并网发电的需求。但是当电网发生高电压故障时，由于直流母线电压不够高，网侧变流器将受最大调制比的限制无法全部将发电机发出的电能馈入电网。也有很多研发人员提出了很多解决办法，其中很多采用开通直流母线斩波装置（chopper电路）来泄能，也有很多采用针对性的控制策略，但是这些控制策略控制过程较为复杂，并且会带来直流母线电压被动提升甚至失控等不利影响。

发明内容

为了实现常规风电机组高电压故障穿越，本发明提出了一种基于直流母线电压调节的全功率风电变流器高电压穿越系统，该方法可以实现在电网有高电压故障情况下将发电机发出的电能全部馈入电网，实现风力发电机组的高电压故障穿越。

本发明的技术方案如下：

一种基于直流母线电压调节的风机高电压穿越控制系统，包括信号采集模块、电网电压正负序分离模块、电网电压锁相模块、直流母线电压给定单元、无功电流给定模块、直流母线电压控制单元、直流母线保护控制单元和网侧电流控制单元。

所述信号采集模块，用于采集直流母线电压、电网三相电压和网侧变流器电抗电流信号并进行信号滤波处理；

所述电网电压正负序分离模块，用于将所述电网三相电压进行正负序分离，计算得到电网正序电压和电网负序电压。

所述电网电压锁相模块，采用电网正序电压对电网电压进行锁相，得到电网电压相位角和电网电压矢量旋转速度。

所述直流母线电压给定单元，根据电网电压正负序分离模块得到的正序电压判断电网是否发生过电压故障。

所述直流母线电压给定单元判断电网是否发生过电压故障的具体方式为：当电网没有发生过电压故障时，设定直流母线电压为正常直流母线电压给定值；当电网发生过高电压故障时，根据电网正序电压幅值提升直流母线电压给定值。

进一步的，直流母线电压给定单元输出的给定电压与直流母线电压之间的偏差，为母线电压偏差。