[发明专利]双馈风力发电机低电压穿越控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及属于新能源利用与控制和电工、电力电子的交叉技术领域，具体涉及一种双馈风力发电机低电压穿越控制系统。

背景技术

目前，能源消耗在全球范围内迅猛增长，其中矿物燃料能源的消耗仍将占据主导地位，随之会引发环境、健康、经济和能源安全等诸多问题。在过去20年里，可再生能源技术在成功地降低了成本的同时，其可靠性和性能也取得了很大突破。其中风能作为可再生的、无污染的清洁能源受到人类越来越多的重视。

双馈感应电机由于其具有风能利用率高、所需变流器承受功率小、功率因数高等独特的技术优势而成为研究热点与发展方向。

变速恒频双馈风力发电系统中发电机使用绕线式异步发电机，具有定、转子两套绕组，其定子直接与电网相联，转子连接于一个三相电力电子变换器，该变换器又分为网侧变换器和机侧变换器，机侧变换器实现双馈电机的交流励磁与转矩输出，网侧变换器的主要功能是保持直流母线电压的稳定、输入电流正弦及可调的输入功率因数，机侧与网侧的控制和运行是独立的。

由于大电机再加速、大电机启动及电网故障引起的电压跌落将致使双馈电机转子侧过电流及过电压进而对机侧变流器的正常运行构成很大威胁，传统情况下，此时将把双馈电机从电网中脱离出来，以规避由于过流引起的变流器损坏。但是现代风电系统并网规范中要求并网风电机组具备低电压穿越能力。所谓低电压穿越即要求联网运行的风电机组在一定幅度和一定持续时间的电网电压故障下不得脱网运行且需向故障电网提供电压和频率的协调控制以协助电网恢复。目前常用的双馈电机故障穿越策略有：采用转子短路保护技术，选用新型的拓扑结构技术，采用改进的励磁控制算法。当橇棒电路投入运行之后，双馈电机实际运行在笼型电机的状态，其要从电网吸收无功，加大了电网恢复的难度，且增加了系统的成本；新型拓扑结构需要改进系统的原理结构，而改造的成本相对较高；改进励磁控制算法的可操作性比较差。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提出一种不需要增加系统硬件投入，在电网跌落情况下，双馈风力发电机不脱网且能抑制转子电流，避免触发橇棒等保护电路，且能为电网恢复提供无功支持的双馈风力发电机低电压穿越控制系统。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

双馈风力发电机低电压穿越控制系统，其特征在于：包括有安装于电机转子上的电流传感器和光电编码器、安装于电机定子上的电压传感器，所述的电流传感器、光电编码器、电压传感器分别通过一个电平转换电路接入DSP处理器，DSP处理器将电网的三相电流信号、三相电压信号以及电机的转速信号经过运算后通过PWM端口输出至IPM模块的驱动端口，IPM模块的电压输出端连接电机转子，电机定子通过接触器与电网相连；

DSP处理器内部的具体控制方法如下：

1）DSP处理器将三相电压信号经过锁相环电路得出电网当前角度及频率，将三相电压进行坐标变换得出同步旋转坐标系下的直流量；

2）DSP处理器将三相电流信号经过坐标变换成两相旋转坐标系下的直流量，与给定电流量进行比较，将偏差量送入PI调节器，将PI调节器的输出与电网电压前馈补偿量及虚拟阻抗与变换电流量之积相比较之后再经过坐标反变换而产生PWM波，用以驱动IPM模块；

3）虚拟阻抗其值随闭环带宽变化，其关系表达式为α=ln9/t_rise，t_rise为上升时间。

在传统双馈电机电流控制环的基础上，引入了虚拟阻抗反馈，该反馈的涉入，可以增加双馈电机的阻尼，从而使得双馈电机在电网电压跌落的情况下，具有更好的抵抗性能。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明采用的基于虚拟阻抗的控制算法，可以有效地抑制故障下的转子侧冲击电流，减小对转动轴的机械应力，且能够为电网电压恢复提供一定无功支持。

2、本发明不需增加系统的硬件成本，易于实现，系统可靠性高。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为双馈风力发电机机侧控制系统框图。

图3为双馈风力发电机等效原理图。

图4为双馈风力发电机电流环控制结构图。

图5为双馈风力发电机电流环受扰动后加入阻尼及阻抗与不加入时的对比波特图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明进行进一步描述：