专利名称：双馈风力发电机组控制系统及稳定控制方法
技术领域：
本发明涉及一种动力发电控制技术，特别涉及一种双馈风力发电机组控制系统及 稳定控制方法。
背景技术：
近年来风力发电占供电比重增长迅速，双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)具有有功、无功功率独立调节的能力及励磁变频器所需容量小等优点，在 风力发电系统中得到了广泛应用。随着风力机组容量的不断增大，风力机组与电网之间的 相互影响便显得十分重要了，一旦电网发生故障，风力发电机组脱网，风电机在故障期间 不能维持电网的电压和频率，这对系统的稳定性很不利，电网安全运行准则要求风力发电 机组具有一定的低电压运行能力。DFIG在电网电压瞬间跌落的情况下，定子磁链不能跟随电压突变，会产生直流分 量。由于积分量的减小，电子磁链几乎不发生变化，而转子继续旋转，产生较大的滑差， 这样便会引起转子回路的过压、过流。过压会损坏发电机的转子绕组，而过流会损害变流 器；此时，网侧变流器输出受到限制，能量在直流侧积累会造成直流侧电压升高会导致直流 侧电压升高、机侧变流器的电流以及有功、无功都会产生振荡，很可能会烧毁直流电容。为 了保护直流侧电容、转子侧的变流器以及稳定机端电压、有功、无功采用过压、过流保护措 施势在必行。
发明内容
本发明是针对电网发生故障，风力发电机组脱网，风力发电机组在低电压运行时 系统不稳定的问题，提出了一种双馈风力发电机组控制系统及稳定控制方法，保护风力发 电机在电网故障状况下的直流侧电容，提高双馈风力发电机变流器直流侧电压的安全稳定 性，保护了网侧变流器。本发明的技术方案为一种双馈风力发电机组控制系统，电网通过第二变压器，一 路直接进发电机，一路依次通过第一变压器、网侧变流器、转子侧变流器到发电机，发电机 输出到齿轮箱驱动风力机，网侧变流器与转子侧变流器之间并联直流母线电容器，Crowbar 保护电路串联第一控制电路接转子侧变流器，第二控制电路接网侧变流器，直流侧储能电 池通过双向DC/DC电池侧变流器连接到直流母线电容器，通过第三控制电路控制电池变流 器实现储能电池的充放电。所述第三控制电路包括直流电压控制器、电流控制器和PWM控制器，直流电压控 制器采集外部电压信号输出作为参考电压输入电流控制器，电池电流信号同时输入电流控 制器，两信号在电流控制器内部比较处理后输出，在经PWM控制器后产生电池侧变流器的 脉冲控制信号。一种双馈风力发电机组稳定控制方法，包括双馈风力发电机组控制系统，稳定控 制方法具体包括如下步骤1)、检测双馈电机转子侧电流Irabc及直流侧电压Vdc；
2)、当双馈电机端电压Vgabc跌落时，检测单元检测到电机转子电流Irabc过流，一般 设定过流限值为1. 5Irabc，则投入crowbar保护电路，双馈电机以鼠笼式电机方式运行。3)、检测到直流侧电压Vdc，一般设定过压限值为1.2Vdc，过电压时，则储能电池 充电。4)、当检测到转子电流Irabc回落到过流限值1. 5Irabc以下时，退出crowbar保 护电路。5)、当检测到负荷需求大于风电有功输出时，一般设定大于1. 05Pout，储能电池放 H1^ ο本发明的有益效果在于本发明双馈风力发电机组控制系统及稳定控制方法，可 以在电网发生故障时，风力发电机组不脱网运行，保护风力发电机直流侧电容，提高双馈 风力发电机变流器直流侧电压的安全稳定性，为风电发电低电压穿越提供保障，进一步促 进风力发电更好的发展。
图1为本发明双馈风力发电机组控制结构框图2为本发明双馈风力发电机组变流器直流环节储能元件的控制原理图。
具体实施例方式带有crowbar保护控制电路、直流侧储能电池及控制电路的双馈风力发电机组结 构框图如图1所示，电网通过第二变压器4，一路直接进发电机3，一路依次通过第一变压器 7、网侧变流器6、转子侧变流器5到发电机3，发电机3输出到齿轮箱2驱动风力机1，网侧 变流器6与转子侧变流器5之间并联直流母线电容器14，Crowbar保护电路13串联第一控 制电路12接转子侧变流器5，第二控制电路8接网侧变流器6，直流侧储能电池9通过双向 DC/DC电池侧变流器11连接到直流母线电容器14，通过控制变流器11可实现储能电池9 的充放电。在双馈电机背靠背变流器直流侧加储能电池9及双向DC/DC电池侧变流器11的 硬件电路下，提出储能电池9的控制方法，使电池既可以发送有功功率，又可以在必要条件 下吸收有功功率，故障时可以把多余的能量储存在储能电池9中。电池侧变流器11的数学模型储能电池9双向DC/DC变流器11连接在储能电池 9和直流电容14之间，用来支撑直流侧电压Vdc，根据基尔霍夫电压和节点电流方程可得
di
其中，^ = (1-，、和“分别是流入转子侧变流器5和电网侧变流器6中的电流，
,是电池侧变流器11的占空比，尺和k分别是连接到电池侧的电阻和电感。 在稳定状态，由于直流母线电压Vdc控制在预定的参考值，转子侧、网侧和电池侧
4变流器之间的功率流动可以是平衡的。因此，流过直流电容器电流为零。一旦发生扰动，这 种平衡将被破坏，使直流电压产生波动。这种波动可以通过电池充电或放电来抑制。储能电池9的数学模型电池9的输出电压及电流与电池的充电状态(SOC)有关， 可以看做是一个非线性电压源，电池的充电状态是电流和时间的非线性函数，其数学表达 式如下
权利要求
一种双馈风力发电机组控制系统，电网通过第二变压器(4)，一路直接进发电机(3)，一路依次通过第一变压器(7)、网侧变流器(6)、转子侧变流器(5)到发电机(3)，发电机(3)输出到齿轮箱(2)驱动风力机(1)，网侧变流器(6)与转子侧变流器(5)之间并联直流母线电容器(14)，Crowbar保护电路(13)串联第一控制电路(12)接转子侧变流器(5)，第二控制电路(8)接网侧变流器(6)，其特征在于，直流侧储能电池(9)通过双向DC/DC电池侧变流器(11)连接到直流母线电容器(14)，通过第三控制电路(10)控制电池变流器(11)实现储能电池(9)的充放电。
2.根据权利要求1所述双馈风力发电机组控制系统，其特征在于，所述第三控制电路 (10)包括直流电压控制器、电流控制器和PWM控制器，直流电压控制器采集外部电压信号 输出作为参考电压输入电流控制器，电池电流信号同时输入电流控制器，两信号在电流控 制器内部比较处理后输出，在经PWM控制器后产生电池侧变流器(11)的脉冲控制信号。
3.一种双馈风力发电机组稳定控制方法，包括双馈风力发电机组控制系统，其特征在 于，稳定控制方法具体包括如下步骤1)、检测双馈电机转子侧电流Irabc及直流侧电压Vdc；2)、当双馈电机端电压Vgabc跌落时，检测单元检测到电机转子电流Irabc过流，一般 设定过流限值为1. 5Irabc,则投入crowbar保护电路(13)，双馈电机以鼠笼式电机方式运 行；3)、检测到直流侧电压Vdc，一般设定过压限值为1.2Vdc，过电压时，则储能电池(9)充电；4)、当检测到转子电流Irabc回落到过流限值1.5Irabc以下时，退出crowbar保护电 路(13)；5)、当检测到负荷需求大于风电有功输出时，一般设定大于1.05Pout，储能电池(9)放
全文摘要
本发明涉及一种双馈风力发电机组控制系统及稳定控制方法，在双馈电机背靠背变流器直流侧加储能电池，直流侧储能电池通过双向DC/DC电池侧变流器连接到直流母线电容器，通过第三控制电路控制电池变流器实现储能电池的充放电。使电池既可以发送有功功率，又可以在必要条件下吸收有功功率，故障时可以把多余的能量储存在储能电池中。为风电发电低电压穿越提供保障，提高双馈风力发电机变流器直流侧电压的安全稳定性。进一步促进了风力发电更好的发展。
文档编号H02J3/38GK101950973SQ20101029548
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者张华杰, 李东东, 符杨 申请人:上海电力学院