[发明专利]考虑变流器功率约束后双馈风机的高电压穿越控制方法

说明书

本发明涉及一种考虑变流器功率约束后双馈风机的高电压穿越控制方法，双馈风电机组遇到系统高压时，主控将对风电机组功率的控制权让出给变流器，变流器开展控制，同时投入并联在直流母线上的直流卸荷Chopper电路开展高穿控制；在高电压结束后主控恢复对风电机组功率的控制权。本发明解决了暂态过程中因为出现过压导致直流母线电压波动、网侧电流畸变等问题，保证了故障穿越期间风电系统的安全运行。

技术领域

本发明涉及新能源发电单元并网技术领域，特别是一种考虑变流器功率约束后双馈风机的高电压穿越控制方法。

背景技术

与电压跌落类似，电压骤升也会在风电机组定子侧、转子侧激起一系列电磁暂态变化。双馈风电机组定子侧与电网直接连接，电网电压骤升会引起双馈电机定子和转子磁链的变化，由于磁链守恒不能突变，定子和转子绕组中会出现暂态直流分量。因感应电机的转子高速旋转，直流暂态分量将会导致定转子电路中感应电压和电流的升高，严重时会超过电力电子器件和电机的安全限定值，造成设备的损坏；同时暂态过程会造成双馈风电机组电磁转矩的波动，这将给齿轮箱造成机械冲击，影响风电系统的寿命。当电网电压骤升时，因变流器功率限制，网侧变流器的输出电流会减小，功率不平衡造成电网多余的能量通过网侧对直流母线电容充电，引起直流母线电压的上升。

双馈电机的定子电压和磁链方程分别为：

式中，U_s、U_r分别为定、转子电压矢量；I_s、I_r分别为定、转子电流矢量；ψ_s、ψ_r分别为定子、转子磁链矢量；L_s、L_r分别为定子、转子绕组自感；L_m为定转子绕组互感；R_s、R_r分别为定子、转子绕组电阻。

令电网电压在时间t＝t₀时发生骤升，双馈风电机组的定子电压矢量方程为：

式中，U_se为正常运行时定子电压幅值；p＝(U_s-U_se)/U_se为电网电压升高比例；ω_s为同步转速率。

根据磁链守恒定律，虽然定子电压幅值发生骤升，但是定子磁链幅值并不会发生突变。为了便于分析，先假设双馈风电机组转子开路，即转子侧变流器不能提供励磁电压，则由式(2)和式(3)可得定子磁链的变化率为：

根据式(2)的电压骤升前后的条件，对式(4)进行求解，得电网电压骤升情况下定子磁链方程为：

从式(2)中可看出，电网电压骤升后，定子磁链由强制分量和自由分量组成。强制分量即交流分量以同步速度旋转，其幅值与电网电压骤升后的幅值成正比；自由分量即直流分量则以定子时间常数逐渐衰减至零。

忽略定子电流，在t＞t0时，可得到电网电压骤升瞬间双馈风电机组转子上的感应电压为：

式中，s为双馈风电机组转子转差率。

由上述分析可知，双馈风电机组定子侧直接与电网相连，对电网故障非常敏感，当电网电压骤升时，转子绕组产生冲击电流，该冲击电流由定子磁链中的直流分量感应而出。若不采取及时的保护，将造成转子侧变流器损坏，甚至导致电容器被击穿。

发明内容