[发明专利]双馈风力发电高电压穿越控制结构及其发电机、发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种双馈风力发电高电压穿越控制结构及具有所述双馈风力发电高电压穿越控制结构的双馈风力发电机、双馈风力发电系统。

背景技术

随着风电场规模和风力发电容量的不断扩大，当电网出现故障时，如果风力发电机与电网解列，若不能像常规能源那样在电网故障的情况下对电网提供频率和电压的支撑,则可能导致严重的连锁反应,并对电网的稳定运行造成严重影响。在实际风电场系统中，单相对地故障可能产生电网电压骤升，风电场负载的突然撤除也可能产生电网电压骤升，投入大的电容补偿器也可能引起电网电压骤升。目前使用的大多是双馈风力发电机，其定子和电网相联，而转子通过变流器与电网相联，因此，与电网电压跌落故障类似，当电网电压骤升故障发生时，其暂态过程也会对双馈发电机的定、转子形成电流、电压冲击。为了规避这些问题并保护变流器，可使风电机组自动离网，当故障恢复后再并网运行，但是这种离网策略已不能满足当今大规模风电场发电的并网准则要求。当前，大多风电并网准则都要求风电场具有低电压穿越（LVRT）能力，随着风力发电装机容量的不断扩大和并网准则完善，具有高电压穿越（HVRT）能力也会逐步成为对风电场的必然要求。澳大利亚率先制定了并网风力发电机的高电压穿越（HVRT）准则，当高压侧电网电压骤升至额定电压的130%时，风电机组应维持60ms而不脱网，并提供足够大的故障恢复电流。显然，这一准则要求风力发电机必须能够抵御和穿越高电压的能力。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供双馈风力发电高电压穿越控制结构及具有所述双馈风力发电高电压穿越控制结构的双馈风力发电机、双馈风力发电系统，其提出了变阻尼的控制方案，从而在抑制电网电压骤升下转子过电压的同时，最大限度地抑制了转子过电流，不仅实现了双馈风力发电机的HVRT，还提高了双馈风力发电机的HVRT性能。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：双馈风力发电高电压穿越控制结构，其用于在电网电压骤升下抑制双馈风力发电机的转子的过电压，所述双馈风力发电高电压穿越控制结构包括第一坐标转换单元、第二坐标转换单元、第三坐标转换单元、锁相环、定子磁链计算单元、前馈解耦单元、第一微分单元、第二微分单元、第一积分单元、第二积分单元、电压空间矢量调制单元、第一加法器、第二加法器、第三加法器、第四加法器、第五加法器，所述第一坐标转换单元用于根据转差角度θ_sr将所述双馈风力发电机的转子侧三相交流电流i_a、i_b、i_c从三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系的d轴励磁反馈电流i_rd、q轴转矩反馈电流i_rq；所述锁相环接收所述双馈风力发电机的定子侧的三相交流电压U_sa、U_sb、U_sc并由此输出电网电压角度θ_s、定子电压矢量U_s；所述第二坐标转换单元用于根据所述电网电压角度θ_s将所述双馈风力发电机的定子侧三相交流电流i_A、i_B、i_C从三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系的定子d轴电流i_sd、定子q轴电流i_sq；所述定子磁链计算单元用于对所述定子d轴电流i_sd、所述定子q轴电流i_sq、所述d轴励磁反馈电流i_rd以及所述q轴转矩反馈电流i_rq进行定子磁链计算产生定子d轴磁链                                                、定子q轴磁链；所述第一微分单元用于对所述转子电角度θ_r进行微分算法得到转速反馈值；所述第一加法器用于相加所述转子电角度θ_r与所述电网电压角度θ_s得到转差角度θ_sr；所述第二微分单元用于对所述转差角度θ_sr进行微分算法得到转差角速度；所述前馈解耦单元用于对所述定子d轴磁链、所述定子q轴磁链、所述d轴励磁反馈电流i_rd、所述q轴转矩反馈电流i_rq、所述定子电压矢量U_s、所述转速反馈值、以及所述转差角速度进行前馈解耦计算得到d轴前馈解耦补偿项V_rdc、q轴前馈解耦补偿项V_rqc；所述第二加法器用于相加所述d轴励磁反馈电流i_rd与d轴励磁反馈电流期望值i^*_rd；所述第三加法器用于相加所述q轴转矩反馈电流i_rq与q轴转矩反馈电流期望值i^*_rq；所述第一积分单元用于对所述第二加法器的输出进行积分运算；所述第二积分单元用于对所述第三加法器的输出进行积分运算；所述第四加法器用于相加所述第一积分单元的输出、所述d轴前馈解耦补偿项V_rdc以及所述d轴励磁反馈电流i_rd得到转子侧d轴电压分量；所述第五加法器用于相加所述第二积分单元的输出、所述q轴前馈解耦补偿项V_rqc以及所述q轴转矩反馈电流i_rq得到转子侧q轴电压分量；所述第三坐标转换单元用于根据所述转差角度θ_sr将所述转子侧d轴电压分量、所述转子侧q轴电压分量从两相旋转坐标系转换到三相静止坐标系的转子侧α轴电压分量、转子侧β轴电压分量；所述电压空间矢量调制单元用于对所述转子侧α轴电压分量、所述转子侧β轴电压分量进行电压空间矢量调制并由此控制所述双馈风力发电机的转子侧变流器的逆变器模块中的功率管；