[发明专利]一种低电压穿越用双馈式风力发电机组转子侧变流器及其快速重启方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种低电压穿越期间双馈式风力发电机组转子侧变流器快速重启方法。

背景技术

随着风电市场的迅猛发展，风力发电占全球总发电量的比重越来越大，风力发电的稳定性和可靠性越来越受到重视。世界各国电网公司也相继地出台了严格的风电场接入电网技术规定，包括电网故障穿越能力，即电网出现短暂的跌落时，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间。

由于双馈式风力发电机组的定子侧直接联接电网，这种直接耦合使得电网电压的降落直接反映在发电机定子端电压上，导致定子磁链出现直流分量，不对称故障时还会出现负序分量。定子磁链的直流分量和负序分量相对于以较高转速运转的发电机转子会形成较大的转差(转差频率分别在ω_s和2ω_s附近，ω_s为同步角频率)，从而感应出较大的感应电动势并产生较大的转子电流，导致转子回路中电压和电流大幅增加。同时，当电网电压骤降时，双馈式风力发电机组定子绕组发出功率的不突变又会导致定子侧产生很大的故障电流。由于转子绕组与定子绕组之间的强耦合，快速增加的定子电流会进一步引起转子回路的过压和过流。而且，大电流会导致发电机铁心饱和、电抗减小，实际转子电流还要进一步增大。另外，由于风力机调节速度较慢，故障前期风力机吸收的风能不会明显减少，而发电机组由于定子端电压降低，不能正常向电网输送电能，即有一部分能量被电网侧变流器传递到电网，而另一部分能量无法输入电网，这些能量将会导致直流侧电容快速充电、直流电压迅速升高。因电网跌落而引起的双馈式风力发电机组电磁响应的暂态过程会严重威胁到双馈式风力发电机组转子变流器的安全运行。

目前为了在电网故障期间，保护转子侧变流器，使双馈式风力发电机组具有低电压穿越能力，商用MW级双馈式风力发电机组大都装有有源撬棒电路。电网发生故障引起转子过流时，最基本的方法是将双馈式异步发电机转子侧变流器闭锁的同时，将有源撬棒回路接入转子绕组进行限流，待转子绕组电流降到一定值以下时断开有源撬棒电路，再次开启转子侧变流器以实现双馈式风力发电机组电网故障下的定子侧不离网可控运行。然而电网故障期间由于定子未离网，双馈式异步发电机转子会有较大感应电动势的存在，双馈式异步发电机的转子电压方程在定子电压矢量定向的同步旋转坐标系下可表示成：

转子端口电压由电阻压降、脉变电动势及旋转电动势组成。低电压期间由于双馈式异步发电机暂态过程的存在，导致转子端口电压的脉变电动势和旋转电动势部分偏大且不易通过计算得到，因此在断开有源撬棒电路再次开启转子侧变流器时可能会引起较大的冲击电流引起双馈式异步发电机转子二次过流。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，设计开发出了一种避免出现双馈式风力发电机组转子二次过流，提高转子侧变流器的快速控制性能，增强双馈式风力发电机组的低电压穿越能力的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低电压穿越用双馈式风力发电机组转子侧变流器，转子侧变流器内安装有转子端口电压检测装置，转子端口电压检测装置与转子侧变流器电连接。

低电压穿越用双馈式风力发电机组转子侧变流器的快速重启方法：

(1)在转子侧变流器重启前，检测双馈式异步发电机的转子端口电压，并将检测到的值经坐标变换，得到dq旋转坐标系下转子侧变流器重启前的转子端口电压瞬时值

(2)忽略定子电阻，通过公式i_{rdq_ref}＝U_sdq/(jω_s*L_m)近似计算出当前电网电压下实现双馈式风力发电机组转子同步所需要的转子电流指令i_{rdq_ref}，其中U_sdq为当前电网电压，L_m为定子与转子绕组间互感、ω_s为电网频率；

(3)通过转子电流闭环控制网络对转子电流进行跟踪控制，实现转子快速同步；将步骤(2)步计算得到的i_{rdq_ref}作转子电流调节器的输入给定，实际转子电流i_rdq做转子电流调节器的输入反馈，同时将步骤(1)步得到的转子端口电压瞬时值用作转子电流调节器输出的前馈补偿项；