[发明专利]用于双馈式风力发电系统低电压穿越的撬棒电阻设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于双馈式风力发电系统低电压穿越的撬棒电阻设计方法，属于风力发电技术领域。

背景技术

对采用双馈发电机(以下简称DFIG)的并网风力发电系统，当电网因短路故障出现电压跌落时，会导致发电机定子、转子磁链出现直流分量，进而在发电机转子侧感应出较大的感应电动势。当转子侧感应电动势超过转子侧变流器的电压控制能力时，就会导致转子侧出现较大的短路电流，严重时可能造成转子侧变流器和发电机的损坏。因此，在电网短路期间，风力发电系统会采取一些必要的保护措施来保障自身的安全，这一过程称为风力发电系统的低电压穿越过程(以下简称LVRT)。

转子侧的短路电流常可作为评价双馈式风力发电系统LVRT能力的一个重要指标。作为一种有效的短路电流抑制手段，转子侧撬棒(Crowbar)电路得到了较为广泛的应用。一种典型的含有转子侧撬棒电路的双馈式风力发电系统结构如图1所示。图中，转子侧撬棒电路由晶闸管和撬棒电阻构成。当该风力发电系统正常工作时，晶闸管处于关断状态，而一旦检测到电网发生较为严重的电压跌落时，就迅速封锁转子侧变流器，同时开通转子侧撬棒电路中的晶闸管，使得撬棒电阻串入DFIG的转子侧，从而起到限制短路电流的作用。

然而，由图1可知，在电网电压跌落瞬间，转子侧变流器只能依靠封锁其开关器件的触发脉冲来保护自身，也就是说它并不能立即从物理上与DFIG完全断开。所以这时如果转子侧短路电流在撬棒电阻上产生的压降较大，转子侧变流器中与开关器件反并联的续流二极管就可能导通。又由于直流母线电容的存在，续流二极管的导通将导致DFIG转子电压发生畸变，如图2(a)所示.。这一现象在本文中被称为直流母线箝位效应。由图2(b)还可看出，直流母线箝位效应的出现将会使DFIG的短路电流比不考虑该效应时大，进而严重影响转子侧撬棒电路的性能。

目前虽然也有一些针对转子侧撬棒电路在LVRT过程中的研究工作，例如：

1、G.Tsourakis，C.D.Vournas.Simulation of Low Voltage Ride Through Capability ofWind Turbines with Doubly Fed Induction Generator[C]//EWEC2006 proceedings，Athens，Greece，2006：1-9。

2、J Niiranen.Voltage dip ride through of a doubly-fed generator equipped with an active撬棒[C]//Nordic Wind Power Conference，2004，Goteborg，Sweden：1-8。

3、姚骏，廖勇.基于撬棒保护控制的交流励磁风电系统运行分析[J].电力系统自动化，2007，31(23)：79-83。

4、蒋雪冬，赵舫.应对电网电压骤降的双馈感应风力发电机撬棒控制策略[J].电网技术，2008，32(12)：84-89。

但上述工作着重于验证图1所示系统在某些特定的工作点附近运行时，撬棒电路的有效性。由于忽视了LVRT过程中直流母线箝位效应对短路电流的重要影响，使得撬棒电路的设计不能达到预期的效果；另一方面撬棒电阻参数设计的理论依据分析也存在不足，仅仅给出了一些经验性结果。因此，推导出理论设计公式，发明一种能够计入直流母线箝位效应的撬棒电阻参数设计方法十分重要。

发明内容

本发明的目的是推导出理论设计公式，提出一种能够计入直流母线箝位效应的撬棒电阻参数设计的方法。

本发明提出的用于双馈式风力发电系统低电压穿越的撬棒电阻设计方法，包括以下各步骤：

(1)获取风力发电系统中双馈发电机的定子与转子匝数比K_u、转子电阻R_r(单位Ω)、转子额定电流I_rrate以及转子电流上限I_rulim(单位A)；

(2)根据上述转子额定电流I_rrate以及转子电流上限I_rulim(单位A)，计算转子电流过载倍数k＝I_rulim/I_rrate；

(3)获取转子侧变流器的直流母线电压U_dc0(单位V)；