[发明专利]基于反电流跟踪的双馈风机低电压穿越控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及双馈异步风力发电机低电压穿越(LVRT)控制领域，具体涉及一种基于反电流跟踪的双馈风机低电压穿越控制方法及系统。 

背景技术

短路故障是电网常见的故障之一，在传统的并网导则中，风机在电网电压跌落时，可以与电网断开连接。但随着风力发电在能源结构中所占比例的升高，迅速断开风场会对电网产生很大的冲击，不利于电网的安全稳定运行和电压恢复。因此，新的电网准则要求风电场在电网跌落故障下，仍能实现不脱网运行，并能对电网提供一定的无功支撑。这就是所谓的低电压穿越(LVRT)要求。 

双馈异步风力发电机简称双馈风机，双馈风力发电机组的变流器只流过转差功率的能量，并且可实现有功、无功的独立调节，是当今风能开发利用的主流发电机类型。双馈风机定子直接与电网相连，抗电网扰动能力相对较弱。由于磁链不能突变，故障瞬间定子磁链中将感生出直流分量，不对称故障还会有负序分量，而定、转子之间存在强耦合，转子磁链的暂态分量会在转子侧感应出较高的感应电动势。较高的感应电动势会超过直流母线电压，产生大的电压差，进而产生大的电流对直流电容充电，导致直流母线电压的飙升，最终导致停机事故或者烧毁变流器。而且，定、转子电流的大幅波动会造成电机转矩脉动，对主轴、齿轮箱等设备产生很大的扭转切应力冲击。 

现有的双馈风机低电压穿越方案可以分为轻度故障时改进控制策略和严重故障时增加硬件两种方式。 

增加硬件较为常用的方法是故障发生后在转子侧投入撬棒(Crowbar)电阻并封锁转子侧变流器。Crowbar电阻接入时，双馈风机从电网吸收功率，很难实现快速向电网提供功率支持、帮助电网恢复。并且不恰当的Crowbar投切时刻还会导致Crowbar电阻频繁动作，进而引起电机转矩脉动，或导致高电压穿越问题。 

相比较而言，改进控制策略无需增加硬件，且在故障期间可对暂态分量进行控制，减小电磁振荡和转矩脉动。目前，典型的改进控制策略有灭磁控制、磁链跟踪控制策略、虚拟阻抗控制策略和正向电流跟踪控制策略等。灭磁控制是在定子功率外环和转子电流内环的双闭环矢量控制的基础上，通过转子电流在漏感上激励的磁场去抵消定子磁链中的直流和负序分量。该策略没有充分利用直流母线电压，转子侧仍然有较大的电流，并且需要准确地磁链观测和相序分离，存在较大转矩脉动。磁链跟踪控制利用转子电流控制转子磁链去部分控制定子磁链。其结构复杂，需要同时对定、转子磁链进行准确地观测，并且改变了原有转子电流内环的结构，不利于控制策略的切换。虚拟阻抗在灭磁控制的基础上，针对灭磁控制电压利用率不高而电流过高的缺点，利用虚拟的漏感提高转子电压，从而减小转子电流。但其存在和灭磁控制同样的缺点。正向电流跟踪，在图2所示参考方向下，直接将定子电流作为转子电流的指令值。其控制效果较差，需要很高的直流母线电压。 

发明内容

针对现有技术存在控制策略结构复杂、存在转矩脉动的问题，本发明提供了一种基于反电流跟踪的双馈风机低电压穿越控制方法及系统，其目的在于利用一种简单可靠的控制策略，充分利用转子侧变流器的电压和电流裕量实现低电压穿越运行，消除转矩脉动。电压、电流裕量是指在如式(13)限制条件下，电压、电流可以继续升高而不超过允许值的裕量。 

基于反电流跟踪的双馈风机低电压穿越控制方法，涉及的双馈风机采 用定子功率外环和转子电流内环的双闭环矢量控制，该方法具体为：当电网发生电压跌落故障，将双馈风机的转子电流内环指令值切换为以风机的当前定子电流乘以跟踪系数k的指令值； 

一种双馈风机低电压穿越控制系统，包括采样模块、定子功率外环、转子电流内环和空间矢量脉宽调制器，定子功率外环的输出端连接转子电流内环的输入端，转子电流内环的输出端连接空间矢量脉宽调制器的输入端，空间矢量脉宽调制器的输出端连接双馈风机的转子变流器；采样模块的输入端连接双馈电机，采样模块的转子电流输出端连接转子电流内环的反馈端，采样模块的功率输出端连接定子功率外环的反馈端；在此基础上，增设了指令生成切换模块，指令生成切换模块串接于定子功率外环和转子电流内环之间，采样模块的定子电流输出端连接指令生成切换模块的输入端，当电网发生短路故障时，采样模块触发指令生成切换模块将当前定子电流乘以跟踪系数k的值作为转子电流内环的指令值；