專利名稱：電網(wǎng)電壓對稱跌落時雙饋電機(jī)低電壓穿越的分段控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)電壓對稱跌落時雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電壓電流的抑制方法，屬于雙饋風(fēng)力發(fā)電的低電壓穿越技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來雙饋電機(jī)成為大型風(fēng)電場的主選機(jī)型，其變換器為25 35%的額定容量，能實現(xiàn)四象限功率運(yùn)行，和全功率系統(tǒng)相比，雙饋電機(jī)的變換器尺寸小、重量輕、損耗少、成本低。但雙饋電機(jī)對電網(wǎng)電壓的波動非常敏感，若電網(wǎng)電壓突然跌落，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組過壓過流、運(yùn)行轉(zhuǎn)差增大、電磁轉(zhuǎn)矩變小、電機(jī)鐵心飽和等，在無保護(hù)情況下會損壞變換器。若雙饋風(fēng)電機(jī)組不具備低電壓穿越能力，輕微電網(wǎng)故障就會引起機(jī)組切機(jī)，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組承擔(dān)的功率份額缺失，造成系統(tǒng)潮流的大幅變化，帶來穩(wěn)定問題。
低電壓穿越指在風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時，風(fēng)機(jī)能夠保持不脫網(wǎng)運(yùn)行，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而“穿越”這個低電壓時間(區(qū)域)。一般來說，雙饋電機(jī)變換器設(shè)計為25 35%的額定容量，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落幅度小于25%時，可以通過勵磁控制方法實現(xiàn)穿越，其效果與變流器和電機(jī)參數(shù)等有關(guān)；當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落幅度大于75%時,勵磁控制已經(jīng)無能為力，必須采取crowbar硬件保護(hù)措施。但crowbar動作期間，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器失去控制能力，雙饋電機(jī)的工作狀態(tài)類似于鼠籠電機(jī)，滑差越大，從電網(wǎng)吸收的無功越多。若crowbar保護(hù)時間過長,會導(dǎo)致DFIG從系統(tǒng)吸收大量無功,不利于電網(wǎng)恢復(fù)，因此，crowbar必須及時退出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能有效實現(xiàn)雙饋電機(jī)的故障穿越，同時向電網(wǎng)注入退磁電流和無功電流，縮短crowbar保護(hù)時間，有助于電網(wǎng)快速恢復(fù)的電網(wǎng)電壓對稱跌落時雙饋電機(jī)低電壓穿越的分段控制方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種電網(wǎng)電壓對稱跌落時雙饋電機(jī)低電壓穿越的分段控制方法，其特征是控制步驟如下
1)分別檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓；
2)將實時檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓瞬時值與各自的上限值相比較，根據(jù)比較結(jié)果確定crowbar電路的邏輯控制信號，若轉(zhuǎn)子電流或直流母線電壓其中之一超過限值，則邏輯控制信號輸出為高電平，即啟動第I階段控制，即crowbar保護(hù)控制；
3)啟動crowbar保護(hù)后，轉(zhuǎn)子電流和母線電壓會迅速下降，繼續(xù)檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓，然后與各自的下限值相比較，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流和母線電壓小于各自的下限值時，邏輯控制信號的輸出為低電平，crowbar電路退出運(yùn)行，恢復(fù)勵磁控制，進(jìn)行第II階段控制，即退磁和無功控制。所述crowbar啟動的上限值為I. 8倍轉(zhuǎn)子額定電流或I. 2倍直流母線額定電壓；所述恢復(fù)勵磁控制時的下限值為I. 5倍轉(zhuǎn)子額定電流和I. I倍直流母線額定電壓。檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓，是利用電流霍爾傳感器實時檢測雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組三相電流，利用電壓霍爾傳感器實時檢測雙PWM變換器的直流母線電壓。本發(fā)明能有效實現(xiàn)雙饋電機(jī)的故障穿越，同時向電網(wǎng)注入退磁電流和無功電流，縮短ciwbar保護(hù)時間，減少了雙饋電機(jī)內(nèi)部的電磁振蕩，增強(qiáng)了系統(tǒng)的低電壓穿越能力，有助于電網(wǎng)快速恢復(fù)；本發(fā)明將有助于制造商對現(xiàn)有的雙饋風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行低電壓穿越控制，并指導(dǎo)變流器的優(yōu)化設(shè)計。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明電網(wǎng)電壓對稱跌落時雙饋電機(jī)低電壓穿越的crowbar保護(hù)電路圖； 圖2是本發(fā)明crowbar控制和勵磁控制切換的邏輯電平輸出控制圖；
圖3是本發(fā)明轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系上切換控制的同步等效矢量電路 圖4是本發(fā)明故障恢復(fù)時勵磁控制(退磁和無功控制)原理框 圖5是本發(fā)明定子過渡磁鏈的計算框 圖6是本發(fā)明無退磁控制時的轉(zhuǎn)子開路電壓 圖7是本發(fā)明有退磁控制時的轉(zhuǎn)子電壓 圖8是本發(fā)明crowbar和退磁分段控制時的轉(zhuǎn)子電壓 圖9是本發(fā)明crowbar和勵磁控制(退磁和無功控制)時的轉(zhuǎn)子電壓 圖10是本發(fā)明無功控制時的定子無功電流和有功電流圖。
具體實施例方式本實施例提供一種電網(wǎng)電壓對稱跌落時雙饋電機(jī)低電壓穿越的分段控制方法，具體應(yīng)用的環(huán)境是基于仿真軟件Matlab/Simulink,驗證了上述雙饋電機(jī)低電壓穿越的分段控制方法，提高了系統(tǒng)的低電壓穿越能力，有助于電網(wǎng)的快速恢復(fù)。仿真中所使用的雙饋電機(jī)參數(shù)為額定功率4kW，定子電壓310V，額定頻率50Hz，定子電阻I. 405 Ω，轉(zhuǎn)子電阻
I.395 Ω，Crowbar 保護(hù)電阻 5 Ω，定子漏感 0. 005839H,轉(zhuǎn)子漏感 0. 005839H,互感 0. 1722H,極對數(shù)2。具體實施步驟如下
①分別檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓；
本實施例中，由于是在Matlab/Simulink軟件中進(jìn)行,轉(zhuǎn)子電流和母線電壓分別由電流檢測模塊和電壓檢測模塊實現(xiàn)。也可以采用電流霍爾傳感器實時測量雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組三相電流，采用電壓霍爾傳感器實時測量雙PWM變換器的直流母線電壓。②將實時檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓瞬時值與各自的上限值相比較，根據(jù)比較結(jié)果確定crowbar電路的邏輯控制信號，若轉(zhuǎn)子電流或直流母線電壓其中之一超過限值，則邏輯控制信號輸出為高電平，即啟動第I階段控制，即crowbar保護(hù)控制；如圖I所示，crowbar電路主要由三相不可控整流橋電路組成,其輸出端和全控器件S(IGBT)、crowbar電阻相連。
本實施例中，上限值設(shè)置要保證轉(zhuǎn)子電流不至于損壞轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器，crowbar啟動的上限值為I. 8倍轉(zhuǎn)子額定電流或I. 2倍直流母線額定電壓。③啟動crowbar保護(hù)后，轉(zhuǎn)子電流和母線電壓會迅速下降，繼續(xù)檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓，然后與各自的下限值相比較，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流和母線電壓小于各自的下限值時，邏輯控制信號的輸出為低電平，crowbar電路退出運(yùn)行，恢復(fù)勵磁控制，進(jìn)行第II階段控制，即退磁和無功控制。本實施例中，下限值設(shè)置要保證轉(zhuǎn)子電壓的最大值不超過變頻器的可控范圍，恢復(fù)勵磁控制時的下限值為I. 5倍轉(zhuǎn)子額定電流和I. I倍直流母線額定電壓。本實施例的實施結(jié)果
圖6為電網(wǎng)電壓在G=Is發(fā)生全跌落時的轉(zhuǎn)子開路電壓波形，跌落前的電機(jī)轉(zhuǎn)速為1993. 7r/min,剛跌落時峰值分別為385. 2V, -392. 8V ；· 圖7為施加退磁控制后的轉(zhuǎn)子電壓，其峰值分別為178. 7V，-169. 4V。相比可見，退磁控制可以大幅度地降低轉(zhuǎn)子電壓，抑制電機(jī)的電磁振蕩。由圖8可見,在G=Is時電網(wǎng)電壓全跌落,采用主動crowbar保護(hù)，使定子磁鏈和轉(zhuǎn)子電壓快速衰減，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流小于轉(zhuǎn)子最大額定工作電流(I. 5p. u.)，且直流母線電壓降低到安全值(I. Ip. u.)以下時，crowbar退出保護(hù),恢復(fù)轉(zhuǎn)子勵磁實行退磁控制,這樣可以明顯縮短crowbar保護(hù)時間。由圖9可見，在 =1 I. 03s期間crowbar啟動， =1· 03s后crowbar退出運(yùn)行，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器同時向轉(zhuǎn)子繞組注入退磁和無功控制電流；
圖10為故障前后定子電流的有功和無功分量，故障前運(yùn)行在單位功率因數(shù)，故障恢復(fù)時，向電網(wǎng)注入無功電流。
權(quán)利要求
1.一種電網(wǎng)電壓對稱跌落時雙饋電機(jī)低電壓穿越的分段控制方法，其特征是控制步驟如下 1)分別檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓； 2)將實時檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓瞬時值與各自的上限值相比較，根據(jù)比較結(jié)果確定crowbar電路的邏輯控制信號，若轉(zhuǎn)子電流或直流母線電壓其中之一超過限值，則邏輯控制信號輸出為高電平，即啟動第I階段控制，即crowbar保護(hù)控制； 3)啟動crowbar保護(hù)后，轉(zhuǎn)子電流和母線電壓會迅速下降，繼續(xù)檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓，然后與各自的下限值相比較，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流和母線電壓小于各自的下限值時，邏輯控制信號的輸出為低電平，crowbar電路退出運(yùn)行，恢復(fù)勵磁控制，進(jìn)行第II階段控制，即退磁和無功控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電網(wǎng)電壓對稱跌落時雙饋電機(jī)低電壓穿越的分段控制方法，其特征是所述crowbar啟動的上限值為I. 8倍轉(zhuǎn)子額定電流或I. 2倍直流母線額定電壓；所述恢復(fù)勵磁控制時的下限值為I. 5倍轉(zhuǎn)子額定電流和I. I倍直流母線額定電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電網(wǎng)電壓對稱跌落時雙饋電機(jī)低電壓穿越的分段控制方法，其特征是檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓，是利用電流霍爾傳感器實時檢測雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組三相電流，利用電壓霍爾傳感器實時檢測雙PWM變換器的直流母線電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電網(wǎng)電壓對稱跌落時雙饋電機(jī)低電壓穿越的分段控制方法，包括分別檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓；將實時檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓瞬時值與各自的上限值相比較，根據(jù)比較結(jié)果確定crowbar電路的邏輯控制信號，若轉(zhuǎn)子電流或直流母線電壓其中之一超過限值，則邏輯控制信號輸出為高電平，即啟動第Ⅰ階段控制；啟動crowbar保護(hù)后，繼續(xù)檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線電壓，然后與各自的下限值相比較，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流和母線電壓小于各自的下限值時，邏輯控制信號的輸出為低電平，crowbar電路退出運(yùn)行，恢復(fù)勵磁控制，進(jìn)行第Ⅱ階段控制。本發(fā)明能有效實現(xiàn)雙饋電機(jī)的故障穿越，同時向電網(wǎng)注入退磁電流和無功電流，縮短crowbar保護(hù)時間。
文檔編號H02J3/38GK102916441SQ20121038907
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者吳國祥, 吳國慶, 倪紅軍, 茅靖峰, 張旭東 申請人:南通大學(xué)