[发明专利]一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法和系统。

背景技术

随着风力发电规模的不断扩大，风力发电系统对电网的影响已经越来越显著。在全功率风电系统中，发电机定子绕组通过全功率变流器接入电网，对电网波动的适应性好，并能实现并网有功功率和无功功率的独立控制，因此发电效率高，结构较为简单，运行稳定性好。参见图1，该图为目前典型的全功率风力发电系统的结构图。

该发电系统采用全功率双PWM变流器(包括机侧变流器100和网侧变流器300)连接发电机M和电网。其中，发电机M将发出的电能传送给机侧变流器100，机侧变流器100将发电机M发出的交流电进行整流，整流为直流电，然后直流电经过撬棒电路200后传送给网侧变流器300。网侧变流器300再将直流电逆变为与电网的频率和幅值相匹配的交流电后馈送给电网，从而实现风力发电的并网运行。

其中，撬棒电路200的主要功能是当直流母线电压上升时，消耗多余能量。

在风力发电系统中，电网电压跌落是电网最常见的故障。电网电压跌落主要是由于输电线路故障造成的，其故障类型有以下几种：单相接地故障，两相接地故障，两相相间短路故障以及三相短路故障。其中根据电网相电压幅值在跌落过程中的变化情况，又可以将电网电压跌落简单地归结为三相不平衡跌落和三相平衡跌落两大类。电网电压跌落的深度也不相同，最低可以跌落到零，持续时间从0.5个电网电压周期到数秒的时间不等。

当电网电压跌落时，为了保证系统运行的稳定性和安全性，全功率风机变流器的网侧变流器需要具有低电压穿越(LVRT，Low-Voltage Ride Through)功能。低电压穿越，是指在风机并网点电压跌落的时候，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(区域)。低电压穿越技术是风力发电系统中的一个非常关键的技术，关系着风电的大规模应用。

在全功率风力发电系统中，电网电压的瞬间跌落将导致网侧变流器输出功率减小，而此刻如果机侧变流器仍然实时响应总控转矩信号，能量的不匹配将导致直流母线电压的上升。这样将威胁到网侧变流器和机侧变流器的功率开关管器件的寿命。因此，在电网电压跌落时需要解决网侧变流器和机侧变流器的能量匹配问题。

目前，当电网电压跌落时，解决能量匹配问题主要有三种途径，分别是：

第一，从变流器设计入手，选择耐压和过流值较高的电力电子器件，并提高直流支撑电容的额定电压，但是耐压大和过流值高的器件的成本较高；

第二，减小发电机的电磁转矩设定值，从而允许转矩的暂时上升来存储风机部分输入能量，减小发电机的输出功率，有利于电压跌落时的功率平衡。但是，将会导致发电机的电磁转矩出现较大的波动，使风机和传动链的机械应力增大，影响风机寿命。

第三，利用撬棒电路消耗多余能量。但是由于电网电压跌落引起的电网直流母线电压的上升是暂态过程，需要确保撬棒电路在正确的时刻动作和脱离，否则系统故障前后的投切和稳定运行将会受到影响。

综上所述，目前全功率风机变流器低电压穿越的控制方法均存在一定问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法和系统，能够在不改变变流器器件，不改变发电机的电磁转矩的前提下，解决电网电压跌落引起的能量不匹配问题。

本发明提供一种全功率风机变流器低电压穿越的协同控制方法，包括以下步骤：

步骤A：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网发生三相平衡跌落或三相不平衡跌落时，对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号进行短暂强制封锁；

步骤B：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网跌落达到稳定时，解除对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号的封锁；

步骤C：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网由跌落开始恢复时，对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号进行短暂封锁；

步骤D：由当前电网电压的正序分量和负序分量判断电网恢复到正常稳定时，解除对网侧变流器中的功率开关管器件的驱动信号的封锁；

在步骤A、B、C和D中，通过比较直流母线电压与预定电压值来控制撬棒电路是否工作。

优选地，所述撬棒电路不工作的判据为：直流母线电压小于设定直流电压最小值；所述撬棒电路工作的判据为：直流母线电压大于设定直流电压最大值。