專利名稱：雙饋風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)及穩(wěn)定控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種動力發(fā)電控制技術(shù)，特別涉及一種雙饋風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)及 穩(wěn)定控制方法。
背景技術(shù)：
近年來風力發(fā)電占供電比重增長迅速，雙饋感應發(fā)電機(doubly fed induction generator,DFIG)具有有功、無功功率獨立調(diào)節(jié)的能力及勵磁變頻器所需容量小等優(yōu)點，在 風力發(fā)電系統(tǒng)中得到了廣泛應用。隨著風力機組容量的不斷增大，風力機組與電網(wǎng)之間的 相互影響便顯得十分重要了，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，風力發(fā)電機組脫網(wǎng)，風電機在故障期間 不能維持電網(wǎng)的電壓和頻率，這對系統(tǒng)的穩(wěn)定性很不利，電網(wǎng)安全運行準則要求風力發(fā)電 機組具有一定的低電壓運行能力。DFIG在電網(wǎng)電壓瞬間跌落的情況下，定子磁鏈不能跟隨電壓突變，會產(chǎn)生直流分 量。由于積分量的減小，電子磁鏈幾乎不發(fā)生變化，而轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較大的滑差， 這樣便會引起轉(zhuǎn)子回路的過壓、過流。過壓會損壞發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組，而過流會損害變流 器；此時，網(wǎng)側(cè)變流器輸出受到限制，能量在直流側(cè)積累會造成直流側(cè)電壓升高會導致直流 側(cè)電壓升高、機側(cè)變流器的電流以及有功、無功都會產(chǎn)生振蕩，很可能會燒毀直流電容。為 了保護直流側(cè)電容、轉(zhuǎn)子側(cè)的變流器以及穩(wěn)定機端電壓、有功、無功采用過壓、過流保護措 施勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對電網(wǎng)發(fā)生故障，風力發(fā)電機組脫網(wǎng)，風力發(fā)電機組在低電壓運行時 系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題，提出了一種雙饋風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)及穩(wěn)定控制方法，保護風力發(fā) 電機在電網(wǎng)故障狀況下的直流側(cè)電容，提高雙饋風力發(fā)電機變流器直流側(cè)電壓的安全穩(wěn)定 性，保護了網(wǎng)側(cè)變流器。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種雙饋風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)，電網(wǎng)通過第二變壓器，一 路直接進發(fā)電機，一路依次通過第一變壓器、網(wǎng)側(cè)變流器、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器到發(fā)電機，發(fā)電機 輸出到齒輪箱驅(qū)動風力機，網(wǎng)側(cè)變流器與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器之間并聯(lián)直流母線電容器，Crowbar 保護電路串聯(lián)第一控制電路接轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，第二控制電路接網(wǎng)側(cè)變流器，直流側(cè)儲能電 池通過雙向DC/DC電池側(cè)變流器連接到直流母線電容器，通過第三控制電路控制電池變流 器實現(xiàn)儲能電池的充放電。所述第三控制電路包括直流電壓控制器、電流控制器和PWM控制器，直流電壓控 制器采集外部電壓信號輸出作為參考電壓輸入電流控制器，電池電流信號同時輸入電流控 制器，兩信號在電流控制器內(nèi)部比較處理后輸出，在經(jīng)PWM控制器后產(chǎn)生電池側(cè)變流器的 脈沖控制信號。一種雙饋風力發(fā)電機組穩(wěn)定控制方法，包括雙饋風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)，穩(wěn)定控 制方法具體包括如下步驟1)、檢測雙饋電機轉(zhuǎn)子側(cè)電流Irabc及直流側(cè)電壓Vdc；
2)、當雙饋電機端電壓Vgabc跌落時，檢測單元檢測到電機轉(zhuǎn)子電流Irabc過流，一般 設定過流限值為1. 5Irabc，則投入crowbar保護電路，雙饋電機以鼠籠式電機方式運行。3)、檢測到直流側(cè)電壓Vdc，一般設定過壓限值為1.2Vdc，過電壓時，則儲能電池 充電。4)、當檢測到轉(zhuǎn)子電流Irabc回落到過流限值1. 5Irabc以下時，退出crowbar保 護電路。5)、當檢測到負荷需求大于風電有功輸出時，一般設定大于1. 05Pout，儲能電池放 H1^ ο本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明雙饋風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)及穩(wěn)定控制方法，可 以在電網(wǎng)發(fā)生故障時，風力發(fā)電機組不脫網(wǎng)運行，保護風力發(fā)電機直流側(cè)電容，提高雙饋 風力發(fā)電機變流器直流側(cè)電壓的安全穩(wěn)定性，為風電發(fā)電低電壓穿越提供保障，進一步促 進風力發(fā)電更好的發(fā)展。


圖1為本發(fā)明雙饋風力發(fā)電機組控制結(jié)構(gòu)框圖2為本發(fā)明雙饋風力發(fā)電機組變流器直流環(huán)節(jié)儲能元件的控制原理圖。
具體實施例方式帶有crowbar保護控制電路、直流側(cè)儲能電池及控制電路的雙饋風力發(fā)電機組結(jié) 構(gòu)框圖如圖1所示，電網(wǎng)通過第二變壓器4，一路直接進發(fā)電機3，一路依次通過第一變壓器 7、網(wǎng)側(cè)變流器6、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器5到發(fā)電機3，發(fā)電機3輸出到齒輪箱2驅(qū)動風力機1，網(wǎng)側(cè) 變流器6與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器5之間并聯(lián)直流母線電容器14，Crowbar保護電路13串聯(lián)第一控 制電路12接轉(zhuǎn)子側(cè)變流器5，第二控制電路8接網(wǎng)側(cè)變流器6，直流側(cè)儲能電池9通過雙向 DC/DC電池側(cè)變流器11連接到直流母線電容器14，通過控制變流器11可實現(xiàn)儲能電池9 的充放電。在雙饋電機背靠背變流器直流側(cè)加儲能電池9及雙向DC/DC電池側(cè)變流器11的 硬件電路下，提出儲能電池9的控制方法，使電池既可以發(fā)送有功功率，又可以在必要條件 下吸收有功功率，故障時可以把多余的能量儲存在儲能電池9中。電池側(cè)變流器11的數(shù)學模型儲能電池9雙向DC/DC變流器11連接在儲能電池 9和直流電容14之間，用來支撐直流側(cè)電壓Vdc，根據(jù)基爾霍夫電壓和節(jié)點電流方程可得
di
其中，^ = (1-，、和“分別是流入轉(zhuǎn)子側(cè)變流器5和電網(wǎng)側(cè)變流器6中的電流，
,是電池側(cè)變流器11的占空比，尺和k分別是連接到電池側(cè)的電阻和電感。 在穩(wěn)定狀態(tài)，由于直流母線電壓Vdc控制在預定的參考值，轉(zhuǎn)子側(cè)、網(wǎng)側(cè)和電池側(cè)
4變流器之間的功率流動可以是平衡的。因此，流過直流電容器電流為零。一旦發(fā)生擾動，這 種平衡將被破壞，使直流電壓產(chǎn)生波動。這種波動可以通過電池充電或放電來抑制。儲能電池9的數(shù)學模型電池9的輸出電壓及電流與電池的充電狀態(tài)(SOC)有關(guān)， 可以看做是一個非線性電壓源，電池的充電狀態(tài)是電流和時間的非線性函數(shù)，其數(shù)學表達 式如下
權(quán)利要求
一種雙饋風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)，電網(wǎng)通過第二變壓器(4)，一路直接進發(fā)電機(3)，一路依次通過第一變壓器(7)、網(wǎng)側(cè)變流器(6)、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(5)到發(fā)電機(3)，發(fā)電機(3)輸出到齒輪箱(2)驅(qū)動風力機(1)，網(wǎng)側(cè)變流器(6)與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(5)之間并聯(lián)直流母線電容器(14)，Crowbar保護電路(13)串聯(lián)第一控制電路(12)接轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(5)，第二控制電路(8)接網(wǎng)側(cè)變流器(6)，其特征在于，直流側(cè)儲能電池(9)通過雙向DC/DC電池側(cè)變流器(11)連接到直流母線電容器(14)，通過第三控制電路(10)控制電池變流器(11)實現(xiàn)儲能電池(9)的充放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙饋風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第三控制電路 (10)包括直流電壓控制器、電流控制器和PWM控制器，直流電壓控制器采集外部電壓信號 輸出作為參考電壓輸入電流控制器，電池電流信號同時輸入電流控制器，兩信號在電流控 制器內(nèi)部比較處理后輸出，在經(jīng)PWM控制器后產(chǎn)生電池側(cè)變流器(11)的脈沖控制信號。
3.一種雙饋風力發(fā)電機組穩(wěn)定控制方法，包括雙饋風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)，其特征在 于，穩(wěn)定控制方法具體包括如下步驟1)、檢測雙饋電機轉(zhuǎn)子側(cè)電流Irabc及直流側(cè)電壓Vdc；2)、當雙饋電機端電壓Vgabc跌落時，檢測單元檢測到電機轉(zhuǎn)子電流Irabc過流，一般 設定過流限值為1. 5Irabc,則投入crowbar保護電路(13)，雙饋電機以鼠籠式電機方式運 行；3)、檢測到直流側(cè)電壓Vdc，一般設定過壓限值為1.2Vdc，過電壓時，則儲能電池(9)充電；4)、當檢測到轉(zhuǎn)子電流Irabc回落到過流限值1.5Irabc以下時，退出crowbar保護電 路(13)；5)、當檢測到負荷需求大于風電有功輸出時，一般設定大于1.05Pout，儲能電池(9)放
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙饋風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)及穩(wěn)定控制方法，在雙饋電機背靠背變流器直流側(cè)加儲能電池，直流側(cè)儲能電池通過雙向DC/DC電池側(cè)變流器連接到直流母線電容器，通過第三控制電路控制電池變流器實現(xiàn)儲能電池的充放電。使電池既可以發(fā)送有功功率，又可以在必要條件下吸收有功功率，故障時可以把多余的能量儲存在儲能電池中。為風電發(fā)電低電壓穿越提供保障，提高雙饋風力發(fā)電機變流器直流側(cè)電壓的安全穩(wěn)定性。進一步促進了風力發(fā)電更好的發(fā)展。
文檔編號H02J3/38GK101950973SQ20101029548
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者張華杰, 李東東, 符楊 申請人:上海電力學院