[发明专利]一种风力发电系统背靠背变流器的容错控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种风力发电系统背靠背变流器的容错控制方法及系统，该方法在确定背靠背变流器六个桥臂中发生故障的桥臂后，将剩余的五个健康桥臂重构为五桥臂变流器，利用双向晶闸管将原故障桥臂对应相连接至健康桥臂，该健康桥臂被定义为公共桥臂；为了避免容错控制下公共桥臂过流，检测公共桥臂的电流，若公共桥臂电流大于电流预警值，调节发电机转速，从而控制公共桥臂上发电机侧与网侧对应相的相位差在120^。—240^。内，实现风力发电并网系统的正常运行。本发明涉及的容错控制方法能够实现系统在变流器故障下的不间断容错运行，同时可以保持公共桥臂不过流，具有良好的鲁棒性。

技术领域

本发明属于新能源发电领域，涉及一种风力发电系统变流器故障状态下的容错控制方法及系统。

背景技术

19世纪70年代以来，以煤炭、石油为主要燃料的国家已面临严重的环境污染，加上化石燃料有限、储量减少的双重危机日益加深，开发利用新能源已经成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分，而风能又是新能源中最具开发潜力的一种能源。在不断持续的能源紧张形势下，世界上很多国家尤其是发达国家，都在寻找一种可替代常规能源、对环境无污染的可持续发展新能源。太阳能、核能、潮汐能、风能等新能源的大规模开发利用将有效的缓解能源供应紧张所带来的压力。据不完全统计，世界风能资源高达每年53万亿千瓦时，世界的装机容量每年都以25％的速度增长，预计在未来的10年内，世界风能市场每年将递增20％左右。我国风能资源分布广泛，在内陆地区如内蒙古北部、甘肃、新疆及东南沿海、山东、辽宁半岛等均属于风资源丰富区。我国陆地上可开发的风能资源已达到2.53亿千瓦时，加上近海可开发的风能资源估计在10亿千瓦时以上，超过水能资源的2倍有余，而且我国产业化条件最为成熟的首推风力发电。因此，必须对风力发电的开发给予高度重视并将其列入能源优先开发计划之列，这将对调整我国能源结构、缓解环境污染等方面起到不可估量的作用，而且风力发电的重要性已得到世界上很多国家充分认可。

由于风力发电系统是高阶、多变量、参数时变的非线性系统，并长期处于沿海高原等复杂多变的工作环境中，大功率、高负荷连续运行，变流器是非常容易发生故障的环节，变流器的故障会引起生产过程停顿，甚至可能造成严重灾难。为了避免由于变流器故障而导致整个系统不稳定，对变流器引入容错控制，使变流器在出现某些故障情况下能够正常运行，一定程度地增加了系统的稳定性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种风力发电系统背靠背变流器的容错控制方法及系统，能够利用故障后变流器的剩余五个健康桥臂组成五桥臂变流器，实现背靠背变流器故障下的不间断容错运行，提高了系统鲁棒性。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种风力发电系统背靠背变流器的容错控制方法，所述背靠背变流器为六桥臂两电平结构，变流器的三个桥臂分别连接风力发电机侧三相绕组，另三个桥臂分别连接电网侧三相绕组，在发电机侧绕组和电网侧绕组之间连接有三组双向晶闸管，每相只连接一组双向晶闸管；所述容错控制方法包括：

系统正常运行时三组双向晶闸管均处于关断状态，采用SVPWM调制法获得正常状态下六个桥臂的开关信号控制系统运行；

当六个桥臂中任一桥臂发生故障时，切除故障桥臂，接通故障桥臂对应相的双向晶闸管将原故障桥臂对应相连接至健康桥臂，构成五桥臂变流器，将该健康桥臂定义为公共桥臂；检测公共桥臂的电流，若公共桥臂电流大于额定电流，调节发电机转速，将公共桥臂上发电机侧与电网侧对应相的相位差控制在120°-240°内，实现变流器在非过流状态下容错运行。

作为优选，在故障重构后，若公共桥臂电流小于额定电流，发电机侧采用矢量控制，转速由最佳叶尖速比确定，电网侧采用直接功率控制；获得给定电压信号后，根据五桥臂六相PWM调制法，对六相给定电压信号进行零序电压补偿，使得公共桥臂对应的两相补偿后的电压相等，从而获得五个桥臂的开关信号。