风电变流器低电压穿越的控制方法及装置与流程

本发明实施例涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电变流器低电压穿越的控制方法及装置。

背景技术：

对于风电机组而言，风电机组所在电网的电压工作情况直接影响风电机组的工作状态，现有技术中，当风电机组所在电网由于扰动或者故障，电压跌落至预设阈值时，风电机组进入到低电压工作区域，此时，风电机组会根据估算的磁量参数对变流器网侧进行控制，以使得变流器网侧处于低电压穿越控制模式。

然而，在实施本技术方案的过程中发现现有技术中的控制方法存在以下缺陷：由于用于控制变流器网侧处于低电压穿越控制模式下的控制参数为估算参数，因此，变流器对电网故障的响应时间较慢，进而会降低对变流器网侧控制的精确程度，进而容易使得变流器以及风电机组脱网运行，降低了风电机组运行的安全可靠性。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种风电变流器低电压穿越的控制方法及装置，可以有效地克服现有技术中存在的降低对变流器网侧控制的精确程度的问题，使得变流器在电网故障时并网运行，保证了风电机组运行的安全可靠性。

本发明实施例的一方面提供了一种风电变流器低电压穿越的控制方法，包括：

获取变流器电网侧的相电压有效值/正序电压D轴分量，并获取所述变流器电网侧的前馈电压DQ轴分量；

若所述相电压有效值/正序电压D轴分量小于预设的穿越起始电压值，则确定所述变流器进入低电压穿越模式；

根据所述前馈电压DQ轴分量按照预设的低电压控制策略对变流器进行控制，以保证所述变流器稳定运行。

本发明实施例的另一方面提供了一种风电变流器低电压穿越的控制装置，包括：

采集模块，用于获取变流器电网侧的相电压有效值/正序电压D轴分量，并获取所述变流器电网侧的前馈电压DQ轴分量；

确定模块，用于若所述相电压有效值/正序电压D轴分量小于预设的穿越起始电压值，则确定所述变流器进入低电压穿越模式；

控制模块，用于根据所述前馈电压DQ轴分量按照预设的低电压控制策略对变流器进行控制，以保证所述变流器稳定运行。

本发明提供的风电变流器低电压穿越的控制方法及控制装置，通过获取变流器电网侧的相电压有效值/正序电压D轴分量，若相电压有效值/正序电压D轴分量小于穿越起始电压值时，则可以准确判断变流器进入低电压穿越模式，克服了现有技术中存在的降低对变流器网侧控制的精确程度，并且在确认变流器进入低电压穿越模式时，根据前馈电压DQ轴分量对变流器进行控制，可以有效地减少了变流器对电网故障的响应时间，进一步保证了能够快速、有效地实现采用低电压控制策略在电网发生低电压故障时对变流器进行控制，使得变流器可以稳定工作，避免了变流器以及风电机组脱网运行情况的产生，提高了风电机组运行的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种风电变流器低电压穿越的控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的获取变流器电网侧的正序电压D轴分量的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的按照预设的低电压控制策略对变流器进行控制的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的根据所述电网电压确定电压目标值的流程示意图一；

图5为本发明实施例提供的根据所述电网电压确定电压目标值的流程示意图二；

图6为本发明实施例提供的按照预设的低电压控制策略对所述变流器进行控制的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的获取容性无功电流给定值的流程示意图；

图8为本发明实施例提供的停止按照所述低电压控制策略对所述变流器进行控制的流程示意图；

图9为本发明实施例提供的控制所述变流器脱网运行的流程示意图；

图10为本发明实施例提供的变流器进入低电压穿越模式的时间-电压示意图；

图11为本发明实施例提供的变流器电网的系统结构图；

图12为本发明实施例提供的正序电压D轴分量计算的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的风电变流器低电压穿越的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明实施例提供的一种风电变流器低电压穿越的控制方法的流程示意图；参考附图1可知，本实施例提供了一种风电变流器低电压穿越的控制方法，该包括：

S101：获取变流器电网侧的相电压有效值/正序电压D轴分量，并获取变流器电网侧的前馈电压DQ轴分量；

其中，相电压有效值可以通过先获得变流器电网侧的交流三相电网电压，根据相电网电压确定相电压有效值；同样的，正序电压D轴分量也可以通过对交流三相电网电压进行分析处理获得，前馈电压DQ轴分量可以采用预设的计算方法对电网电压进行处理获得。

S102：若相电压有效值/正序电压D轴分量小于预设的穿越起始电压值，则确定变流器进入低电压穿越模式；

当获取变流器电网侧的相电压有效值时，则可以根据相电压有效值确定变流器是否进入低电压穿越模式；或者，也可以在获取变流器电网侧的正序电压D轴分量时，则可以根据正序电压D轴分量确定变流器是否进入低电压穿越模式；另外，需要说明的是，低电压穿越模式为预先设置的，该模式为：当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。

具体的，穿越起始电压值为预先设置的，而具体的数值范围本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，例如，可以将穿越起始电压值设置为0.9p.u；该穿越起始电压值作为判断变流器进入低电压穿越模式的最大网侧电压值，例如，当相电压有效值大于穿越起始电压值时，即大于0.9p.u时，则可以确认变流器未进入低电压穿越模式；相反的，当相电压有效值较小时，且小于预设的穿越起始电压值时，则可以确定变流器进入低电压穿越模式；或者，当正序电压D轴分量大于穿越起始电压值时，则可以确认变流器未进入低电压穿越模式；相反的，当正序电压D轴分量较小时，且小于预设的穿越起始电压值时，则可以确定变流器进入低电压穿越模式。

通过将相电压有效值和正序电压D轴分量与预设的穿越起始电压值进行分析比较，可以准确、有效地判断变流器是否进入低电压穿越模式，在相电压有效值或者正序电压D轴分量小于穿越起始电压值时，则可以确定变流器进入低电压穿越模式，有效提高了对变流器控制的精确度和可靠性，并且扩大了该控制方法的适用范围。

S103：根据前馈电压DQ轴分量按照预设的低电压控制策略对变流器进行控制，以保证变流器稳定运行。

根据前馈电压DQ轴分量对变流器进行有效控制，可以使得变流器迅速响应低电压控制策略，有效地减低了变流器电网侧的响应时间，进而保证了对变流器控制的稳定可靠性。

本实施例提供的风电变流器低电压穿越的控制方法，通过获取变流器电网侧的相电压有效值/正序电压D轴分量，若相电压有效值/正序电压D轴分量小于穿越起始电压值时，则可以准确判断变流器进入低电压穿越模式，克服了现有技术中存在的降低对变流器网侧控制的精确程度，并且在确认变流器进入低电压穿越模式时，根据前馈电压DQ轴分量对变流器进行控制，可以有效地减少了变流器对电网故障的响应时间，进一步保证了能够快速、有效地实现采用低电压控制策略在电网发生低电压故障时对变流器进行控制，使得变流器可以稳定工作，避免了变流器以及风电机组脱网运行情况的产生，提高了风电机组运行的安全可靠性。

图2为本发明实施例提供的获取变流器电网侧的正序电压D轴分量的流程示意图，参考附图2可知，本实施例对于具体获取变流器电网侧的正序电压D轴分量的具体实现方式不做限定，其中，较为优选的，将获取变流器电网侧的正序电压D轴分量，设置为具体包括：

S1011：获取变流器电网侧的电网电压；

其中，变流器电网侧的电网电压可以通过电压传感器获得，获得的电网电压为三相交流电网电压；需要说明的是，本实施例还可以根据电网电压来获得相电压有效值，具体的，可以根据公式：获得相电压有效值，其中，T为电压波形周期，u(t)为不同时刻下的电网电压，需要注意的是，当前T也可以是半个周期，T值可以任意选取，通过上述公式获取相电压有效值，有效地保证了相电压有效值获取到精确度；在获取到相电压有效值之后，还可以通过相电压有效值来判断变流器是否进入到低电压穿越模式。

S1012：对电网电压进行正向同步旋转变换，获得正向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量；

其中，正向同步旋转变换为逆时针旋转变换，通过对电网电压进行正向旋转变换后，可以获得正向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量和Q轴电压分量，由于上述过程为采用正序电压D轴分量判断变流器是否进入低电压穿越模式，因此，此处可以只获得正向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量，以通过该正向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量计算获得正序电压D轴分量；当上述过程采用正序电压Q轴分量判断变流器是否进入低电压穿越模式时，此处则可以只获得旋转DQ坐标系Q轴电压分量。

S1013：对电网电压进行反向同步旋转坐标变换，获得反向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量和Q轴电压分量，根据反向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量和Q轴电压分量获得负序电压D轴分量和负序电压Q轴分量，对负序电压D轴分量和负序电压Q轴分量进行滤波处理，获得经过低通滤波后的负序电压D轴分量和负序电压Q轴分量；

具体的，在获取到电网电压后，对电网电压进行反向同步旋转坐标变换，得到反向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量和Q轴电压分量，之后，根据以下公式对反向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量和Q轴电压分量进行变化，获得负序电压D轴分量和负序电压Q轴分量：

其中，为负序电压D轴分量，为负序电压Q轴分量，为反向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量，为反向同步旋转DQ坐标系下的Q轴电压分量，为预先获取的经过低通滤波后的正序电压D轴分量，为预先获取的经过低通滤波后的正序电压Q轴分量，θ为预先获取的电压矢量相位角。

在获得负序电压D轴分量和负序电压Q轴分量之后，对上述电压进行低通滤波处理，得到滤波后的负序电压D轴分量和Q轴分量。

S1014：获取电网电压的电压矢量相位角；

S1015：根据正向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量和低通滤波后的负序电压D轴分量、低通滤波后的负序电压Q轴分量和电压矢量相位角确定正序电压D轴分量。

本实施例上述具体确定正序电压D轴分量的实现过程不做限定，较为优选的，可以将根据正向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量、低通滤波后的负序电压D轴分量、低通滤波后的负序电压Q轴分量和电压矢量相位角确定正序电压D轴分量，设置为具体包括：

根据以下公式确定正序电压D轴分量：

其中，为正序电压D轴分量，为正向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量，为低通滤波后的负序电压D轴分量，为低通滤波后的负序电压D轴分量，θ为电压矢量相位角。

通过上述关系式，可以准确获得正序电压D轴分量，进一步提高了正序电压D轴分量确定的精确程度，进而提高了该控制方法使用的精确度和可靠性，有利于市场的推广与应用。

图3为本发明实施例提供的按照预设的低电压控制策略对变流器进行控制的流程示意图，参考附图3可知，本实施例对于按照预设的低电压控制策略对变流器进行控制的具体实现过程不做限定，较为优选的，将按照预设的低电压控制策略对变流器进行控制设置为具体包括：

S1031：获取变流器电网侧的电网电压，根据电网电压确定电压目标值；

电压目标值为通过预设的算法对电网电压进行分析处理后获得，该电压目标值用于对变流器电网侧进行控制，以保证变流器稳定运行。

S1032：按照预设的调制算法对电压目标值进行分析处理，获得电压控制信号；

预设的调制算法可以为空间矢量脉宽调制算法SVPWM，通过上述调制算法对目标电压进行分析处理后，可以获得PWM电压控制信号。

S1033：根据电压控制信号对变流器进行控制。

将PWM电压控制信号发送至变流器电网侧，并通过该PWM电压控制信号对变流器进行控制，进而可以有效地保证变流器在进入到低电压穿越模式后，仍然可以稳定运行，提高了风电机组运行的稳定可靠性，进而提高了该控制方法的实用性。

图4为本发明实施例提供的根据电网电压确定电压目标值的流程示意图一；在上述实施例的基础上，继续参考附图4可知，由于在对电网电压进行分析处理后，可以获得正序电压D轴分量，而与正序电压D轴分量相对应的，电压目标值也会包括两相同步旋转坐标系下的D轴电压目标值，此时，将根据电网电压确定电压目标值，具体包括：

S10311：对电网电压依次进行Clarke变换和两相静止坐标系到两相旋转坐标系变换，获得电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量；

由于电网电压为通过电压传感器直接从变流器电网侧获取，因此电网电压为三相交流电，将三相交流电经过Clarke变换之后，会得到两相过程电网电压，其中，两相过程电网电压也称两相静止坐标系下电压，将两相过程电网电压经过两相静止坐标系到两相旋转坐标系变换之后，可以获得两相同步旋转坐标系下的两相D轴电网电压。

S10312：获取两相同步旋转坐标系下的Q轴电流分量、滤波器的电感值、变流器电网侧电压的角速度以及D轴电流PI控制器输出的控制器D轴电压分量，其中，D轴电流PI控制器、滤波器均与变流器相连接；

其中，两相同步旋转坐标系下的Q轴电流分量可以通过电流传感器采集、并进行坐标变换获得，滤波器的电感值可以通过电感表测量获得，变流器电网侧电压的角速度可以通过角速度传感器或者通过软件锁相环测量获得，控制器D轴电压分量可以直接通过读取D轴电流PI控制器的数据获得。

S10313：根据电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量、两相同步旋转坐标系下的Q轴电流分量、滤波器的电感值、变流器电网侧电压的角速度以及D轴电流PI控制器输出的D轴电压分量确定两相同步旋转坐标系下的D轴电压目标值。

本实施例对于根据电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量、两相同步旋转坐标系下的Q轴电流分量、滤波器的电感值、变流器电网侧电压的角速度以及D轴电流PI控制器输出的D轴电压分量确定两相同步旋转坐标系下的D轴电压目标值的具体实现过程不做限定，其中，较为优选的，将根据电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量、两相同步旋转坐标系下的Q轴电流分量、滤波器的电感值、变流器电网侧电压的角速度以及D轴电流PI控制器输出的D轴电压分量确定两相同步旋转坐标系下的D轴电压目标值，设置为具体包括：

根据以下公式确定两相同步旋转坐标系下的D轴电压目标值；

U_{d_ref}＝U_gd+U_{pi_d}-ωLi_gq，其中，U_{d_ref}为两相同步旋转坐标系下的D轴电压目标值，U_gd为电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量，U_{pi_d}为D轴电流PI控制器输出的D轴电压分量，ω为变流器电网侧电压的角速度，L为滤波器的电感值，i_gq为网侧电流在两相同步旋转坐标系下的Q轴电流分量。

其中，需要说明的是，在将电网电压依次进行Clarke变换和两相静止坐标系到两相旋转坐标系变换，获得电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量之后，通过该对电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量进行前馈计算，具体的，可以通过公式：U_{d_ff}＝K₁*U_d获得前馈电压D轴分量，其中，K₁为前馈系数，U_d为电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量，通过上述公式可以准确、有效地获得前馈电压D轴分量，该前馈电压D轴分量与上述公式中的电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量近似相等，因此，可以通过获得电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量的方式来获得前馈电压D轴分量；采用相类似的方式，还可以通过公式U_{q_ff}＝K₂*U_q获得前馈电压Q轴分量，其中，K₂为前馈系数，U_q为电网电压在两相同步旋转坐标系下的Q轴电压分量，通过上述公式可以准确、有效地获得前馈电压Q轴分量，需要注意的是，对于前馈系数K₁和K₂而言，较为优选的取值为1。

通过上述公式，可以准确有效地获得两相同步旋转坐标系下的D轴电压目标值，进而提高了对变流器控制的精确程度，进一步提高了该控制方法使用的稳定可靠性，有利于市场的推广与应用。

图5为本发明实施例提供的根据电网电压确定电压目标值的流程示意图二；参考附图5可知，在对电网电压进行分析处理后，还可以获得正序电压Q轴分量，而与正序电压Q轴分量相对应的，电压目标值也会包括两相同步旋转坐标系下的Q轴电压目标值，此时，将根据电网电压确定电压目标值，设置为还包括：

S10314：对电网电压依次进行Clarke变换和两相静止坐标系到两相旋转坐标系变换，获得两相同步旋转坐标系下的Q轴电压分量；

S10315：两相同步旋转坐标系下的D轴电流分量、两相同步旋转坐标系下的D轴电流分量以及Q轴电流PI控制器输出的Q轴电压分量，其中，Q轴电流PI控制器与变流器相连接；

本实施例中的步骤S10314与S10315的具体实现过程以及实现效果与上述实施例中的步骤S10311与S10312的具体实现过程以及实现效果相类似，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。

S10316：两相同步旋转坐标系下的Q轴电压分量、两相同步旋转坐标系下的D轴电流分量、滤波器的电感值、变流器电网侧电压的角速度以及Q轴电流PI控制器输出的Q轴电压分量确定两相同步旋转坐标系下的Q轴电压目标值。

需要说明的是，本步骤中的电感值和角速度与上述实施例中的S10312中获得的电感值与角速度相同；另外，本实施例对于具体根据两相同步旋转坐标系下的Q轴电压分量、两相同步旋转坐标系下的D轴电流分量、滤波器的电感值、变流器电网侧电压的角速度以及Q轴电流PI控制器输出的Q轴电压分量确定两相同步旋转坐标系下的Q轴电压目标值的实现过程不做限定，其中，较为优选的，将根据两相同步旋转坐标系下的Q轴电压分量、两相同步旋转坐标系下的D轴电流分量、滤波器的电感值、变流器电网侧电压的角速度以及Q轴电流PI控制器输出的Q轴电压分量确定两相同步旋转坐标系下的Q轴电压目标值，设置为具体包括：

根据以下公式确定两相同步旋转坐标系下的Q轴电压目标值；

U_{q_ref}＝U_gq+U_{pi_q}+ωLi_gd，其中，U_{q_ref}为两相同步旋转坐标系下的Q轴电压目标值，U_gq为两相同步旋转坐标系下的Q轴电压分量，U_{pi_q}为Q轴电流PI控制器输出的Q轴电压分量，ω为变流器电网侧电压的角速度，L为滤波器的电感值，i_gd为网侧电流在两相同步旋转坐标系下的D轴电流分量。

其中，需要说明的是，在将电网电压依次进行Clarke变换和两相静止坐标系到两相旋转坐标系变换，获得两相同步旋转坐标系下的Q轴电压分量之后，通过该对两相同步旋转坐标系下的Q轴电压分量进行前馈计算，可以获得前馈电压Q轴分量，该前馈电压D轴分量与上述公式中的两相同步旋转坐标系下的Q轴电压分量近似相等，因此，可以通过获得电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量的方式来获得前馈电压Q轴分量。

通过上述实现过程可知，不仅可以通过两相同步旋转坐标系下的D轴电压目标值对变流器电压进行准确有效控制，还可以通过两相同步旋转坐标系下的Q轴电压目标值对变流器进行有效控制，并且还可以准确、有效地确定前馈电压DQ轴分量，便于将前馈电压DQ轴分量反馈至电网中的电流环操作，进一步提高了对变流器控制的精确度和可靠性，保证了变流器运行的安全可靠性，有效地提高了该控制方法的实用性。

图6为本发明实施例提供的按照预设的低电压控制策略对变流器进行控制的流程示意图，图7为本发明实施例提供的获取容性无功电流给定值的流程示意图；参考附图6-7可知，本实施例对于按照预设的低电压控制策略对变流器进行控制的具体实现过程不做限定，其中，较为优选的，将按照预设的低电压控制策略对变流器进行控制设置为还包括：

S201：断开变流器电网侧外部的无功电流给定，并存储变流器电网侧断开瞬间的无功电流给定值；

在确认变流器进入低电压穿越模式后，断开变流器电网侧外部的无功电流给定，在断开瞬间时，记录并存储变流器电网侧的无功电流给定值，该无功电流给定值用于在变流器退出低电压穿越模式时，控制变流器电网侧的电流信息按照该无功电流给定值进行恢复，以保证变流器稳定运行。

S202：获取容性无功电流给定值，将容性无功电流给定值与预设的容性无功限定值进行分析比较；

本实施例对于获取容性无功电流给定值的具体实现方式不做限定，其中，较为优选的，参考附图7可知，将获取容性无功电流给定值，设置为具体包括：

S2021：获取容性无功电流注入斜率以及变流器电网侧的额定电压；

S2022：根据正序电压D轴分量、额定电压以及容性无功电流注入斜率确定容性无功电流给定值。

其中，对于根据正序电压D轴分量、额定电压以及容性无功电流注入斜率确定容性无功电流给定值的具体实现方式不做限定，较为优选的，将根据正序电压D轴分量、额定电压以及容性无功电流注入斜率确定容性无功电流给定值，设置为具体包括：

根据公式：容性无功电流给定值＝(正序电压D轴分量-额定电压)*容性无功电流注入斜率，确定容性无功电流给定值。

通过上述计算公式，可以准确有效地获得容性无功电流给定值，进一步提高了对变流器进行控制的稳定可靠性。

S203：若容性无功电流给定值大于容性无功限定值，则使得容性无功电流给定值等于容性无功限定值。

容性无功限定值为预先设置的，当获得容性无功电流给定值之后，将容性无功电流给定值与容性无功限定值做比较，若容性无功电流给定值大于容性无功限定值时，为了避免容性无功电流给定值的无限增大，保证变流器的正常运行，将容性无功电流给定值设置为等于容性无功限定值。

S204：若容性无功电流给定值小于或等于容性无功限定值，则获取有功电流给定值；

S205：将有功电流给定值与预设的最大有功工作电流限定值进行分析比较；

其中，最大有功工作电流限定值是通过以下公式获取的：

其中，I_max为变流器电网侧最大工作电流限定值，I_{q_ref}为容性无功电流给定值。

S206：若有功电流给定值小于或等于最大有功工作电流限定值，则根据容性无功电流给定值和有功电流给定值对变流器进行控制。

S207：若有功电流给定值大于最大有功工作电流限定值，则使得有功电流给定值等于最大有功工作电流限定值。

若有功电流给定值大于最大有功工作电流限定值时，为了避免有功电流给定值的无限增大，保证变流器的正常运行，将有功电流给定值设置为等于最大有功工作电流限定值。

通过上述控制过程，有效地实现了优先启动无功控制的策略，使得变流器在电网电压故障情况下，尽量采用向网侧逆变功率的控制方式，可以实现在满足无功电流需求的情况下，尽量通过变流器电网侧的逆变器向变流器电网馈送能量，减小变流器电网中的制动单元和制动电阻的负担，进而保证了变流器的稳定运行。

图8为本发明实施例提供的停止按照低电压控制策略对变流器进行控制的流程示意图；参考附图8可知，在根据容性无功电流给定值和有功电流给定值对变流器进行控制之后，方法还包括：

S301：实时获取变流器电网侧的正序电压D轴分量；

在对变流器进行控制之后，为了了解变流器的工作状态，实时获取正序电压D轴分量，根据正序电压D轴分量可以获得变流器的工作状态，以进一步确定对变流器的控制策略。

S302：将正序电压D轴分量与预设的穿越退出电压值进行分析比较，其中穿越退出电压值大于穿越起始电压值；

其中，穿越退出电压值为预先设置的，该电压值为触发低电压穿越的退出控制的网侧电压值，并且，为了避免变流器电网侧出现反复进入到低电压穿越模式的情况，将该穿越退出电压值设置为大于穿越起始电压值，进而可以保证对变流器电网侧控制的稳定可靠性。

S303：若正序电压D轴分量大于穿越退出电压值，则控制容性无功电流给定值按照预设斜率恢复至预先存储的无功给定值，并停止按照低电压控制策略对变流器进行控制。

其中，斜率为预先设置的，具体的数值本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，在此不再赘述；当正序电压D轴分量大于穿越退出电压值时，则说明此时的变流器电网侧已经退出低电压穿越模式，此时，为了保证变流器的正常运行，可以将变流器电网侧回复外部的无功电流给定，并使得容性无功电流给定值回复至预先存储的无功给定值，并停止采用低电压控制策略对变流器电压进行控制。

通过上述控制过程，可以有效地实现在变流器电网侧进入低电压穿过模式时，采用低电压控制策略在电网发生低电压故障时对变流器进行控制；在变流器退出低电压穿越模式时，停止采用低电压控制策略对变流器进行控制，保证了变流器的稳定运行，进一步提高了该控制方法的实用性。

图9为本发明实施例提供的控制变流器脱网运行的流程示意图，参考附图9可知，在确定变流器进入低电压穿越模式之后，方法还包括：

S401：获取变流器进入低电压穿越模式的持续时间；

该持续时间可以通过定时器获得，定时器在变流器进入低电压穿越模式时启动，在变流器退出低电压穿越模式时停止。

S402：将持续时间与预设的脱网运行阈值时间进行分析比较；

脱网运行阈值时间为预先设置的，该脱网运行阈值时间满足国标低电压运行范围标准，本领域技术人员可以根据具体的设计需求设置脱网运行阈值时间的具体数值。

S403：若持续时间大于脱网运行阈值时间，则控制变流器脱网运行。

参考图10可知，假设转折点1坐标为(t₁，U₁)，转折点2坐标为(t₂，U₂)，则在转折点1、转折点2连线上，电压U_x的允许跌落时间t_x满足另则其中t_x即为脱网运行阈值时间；

如果判断计数器计时时间大于脱网运行阈值时间t_x，则可以发出低电压穿越超时信号，风电机组可以选择停机保护。

当持续时间大于脱网运行阈值时间时，则说明此时的变流器在低电压穿越时间较长，为了避免对变流器电网侧的器件造成损伤，允许变流器脱网运行，进而有效地避免了对变流器电网侧器件的损伤程度，有效地提高了该控制方法的实用性，有利于市场的推广与应用。

具体应用时，本领域技术人员可以在变流器电网侧安装电压传感器，网侧三相交流侧安装电流传感器，通过电压传感器和电流传感器检测变流器电网侧的电网电压和电流信息，然后，对电压传感器测量的电网电压经过变换后，可以得到网侧三相电压有效值、正序电压D轴分量、同步旋转坐标系DQ轴电压分量以及前馈电压DQ轴分量，本领域技术人员可以采用上述任意一个电压值判断变流器电网侧的电压扰动情况，即判断变流器是否进入低电压状态，以作为控制是否开启低电压穿越的标致，另外，还可以将上述的前馈电压DQ轴分量反馈至电流环参与控制，使得电流环可以快速的响应电压瞬间跌落，不至于由于响应速度慢出现过流等问题；此外，变流器电网侧的逆变器可以采用直流电压外环、电流内环的双闭环控制结构，经过DQ旋转坐标系的变换得到电流DQ轴分量，分别对电流DQ轴分量进行闭环控制。

为了更加清楚本技术方案的控制流程，参考附图11-12可知，附图11中的直流母线电压外环PI控制器的输入为给定直流母线电压值与反馈直流母线电压值(实测)的误差，输出为有功电流给定值；无功电流控制器的输入为外部无功给定、正序电压D轴分量，输出为无功电流给定值；上述有功和无功电流给定值经过相应的电流PI控制器，输出电压给定值经过相应调制算法输出PWM控制信号对IGBT进行控制，输出相应的逆变电压。

经过电压传感器采样，获得相电网电压或线电网电压，经过双同步旋转坐标的变换和计算得到正序电压D轴分量和正序电压Q轴分量，其中，通过对正序电压Q轴分量进行计算，还可以得到电压矢量相位角。

其中，通过以下公式获得正序电压D轴分量和正序电压Q轴分量：

其中，为正序电压D轴分量；为正序电压Q轴分量；为负序电压D轴分量；为负序电压Q轴分量；为正向同步旋转(逆时针)DQ坐标系D轴电压分量；为正向同步旋转(逆时针)DQ坐标系Q轴电压分量；为反向旋转(顺时针)DQ坐标系D轴电压分量；为反向旋转(顺时针)DQ坐标系Q轴电压分量；为经过低通滤波后的正序电压D轴分量；为经过低通滤波后的正序电压Q轴分量；为经过低通滤波后的负序电压D轴分量；为经过低通滤波后的负序电压Q轴分量；需要说明的是，通过上述公式，可以准确、有效地获得正序电压Q轴分量和正序电压D轴分量。

通过获得的正序电压D轴分量可以判断变流器电网侧的工作状态，若确定变流器进入到低电压穿越控制模式，则需要获取前馈电压DQ轴分量，具体的，将经过电压传感器采集到的电网电压，经过同步旋转坐标变换得到DQ旋转坐标系下的电压DQ轴分量，此分量经过计算得到前馈电压DQ轴分量，将前馈电压DQ轴分量反馈至电流环，以增加电流环的瞬态响应速度。

其中，前馈电压DQ轴分量获取的具体过程包括：

首先，将电网电压通过Clarke变换，将网侧电压变换为两相静止坐标系电压，变换公式有两种如下：

或者，

其中，U_a、U_b以及U_c为电压传感器所采集的电网电压，U_α和U_β为两相静止坐标系电压，然后通过两相静止到两相同步旋转坐标变换，得到网侧电压的两相旋转坐标系下DQ轴电压：

相对应的，时域下变流器电网侧电压及变流器电网侧电压的关系式如下：

其中，U_gd、U_gq分别为电网电压d轴、q轴分量；i_gd、i_gq分别是逆变器输出电流的d轴、q轴分量；U_cd、U_cq分别是逆变器三相全桥电路交流端输出电压的d轴、q轴分量；ω为电网电压的角速度，R为电网的电阻值，L为电网的电感值。

常规控制中，U_gd、U_gq不反馈至控制系统，而低电压穿越控制系统要求对电压的扰动快速响应，否则会由于电流环响应速度不够导致过流问题，所以在低电压穿越控制系统中，将电网电压d轴、q轴分量U_gd、U_gq反馈至电流环作为前馈电压量参与电流环的控制，加入前馈控制后；同时在时域下，参数对整个电网电压d轴、q轴分量的影响较小，因此可以忽略不计，进而使得等式(1)变形为等式(2)：

其中，U_gd、U_gq作为前馈电压加入电流环的控制，使得电流环快速响应电压扰动，即在低电压瞬间发生的情况下，仍能使得电流环快速稳定的工作，而不出现过流失控的问题。

在确认变流器进入到低电压穿越控制模式时，启动无功优先控制策略，首先满足无功电流给定值，即优先判断容性无功电流给定值与容性无功限定值的关系，若满足容性无功限定值的关系，则判断有功电流给定值与最大有功工作电流限定值的关系，有效地实现了将变流器电网中剩余的电流裕量最大能力的发有功电流，无功电流控制器屏蔽外部无功给定，根据电压跌落值与额定值的误差值提供容性无功电流给定，以对扰动电压进行反向调整；通过无功优先，尽量发有功控制方式，可以在满足无功电流需求的情况下，尽量通过网侧逆变器向电网馈送能量，减小制动单元和制动电阻的负担。

在判断容性无功电流给定值与容性无功限定值的关系，若容性无功电流给定值较大时，则对容性无功电流给定值进行限幅，同样的，对于有功电流给定值而言，直流母线电压外环PI控制器输出有功电流给定值，在有功电流给定值较大时，对有功电流给定值进行限幅，使得有功电流给定值小于逆变器的最大工作电流，由于电压跌落和有功电流限制幅度，当直流母线电压升高并超出设定值时，可以控制变流器电网中的制动单元开启，使与其连接的制动单元相连接的制动电阻发热，对直流电容储存的能量泄荷，以使直流电压稳定在安全工作范围。

具体的，当变流器网侧电压跌落时，有功电流给定值需要抬升才能满足有功功率向网侧馈送的要求，其中，网侧有功功率的计算公式为当电压跌落到一定值，由于功率模块IGBT最大工作电流的限制，有功电流受限无法继续抬升，此时机侧逆变器向直流母线支撑电容注入的能量不能全部馈送至变流器网侧，导致直流母线电容电压出现抬升，由于直流母线电压耐压值的限制，不能允许直流母线电压无限抬升，当直流母线电压达到一定值时，为保证直流支撑电容安全工作防止击穿，通过启动制动单元，将直流电容上多余的能量通过制动电阻发热的方式消耗，从而起到泄荷的作用，将直流母线电压稳定在安全工作电压以下。

图13为本发明实施例提供的风电变流器低电压穿越的控制装置的结构示意图，参考附图13可知，本实施例提供了一种风电变流器低电压穿越的控制装置，该控制装置包括：

采集模块1，用于获取变流器电网侧的相电压有效值/正序电压D轴分量，并获取变流器电网侧的前馈电压DQ轴分量；

其中，对于采集模块1的具体形状结构不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，例如，可以将采集模块1设置为电压传感器等等；另外，本实施例中采集模块1的操作步骤的实现过程以及实现效果与上述实施例中步骤S101的实现过程以及实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。

确定模块2，用于若相电压有效值/正序电压D轴分量小于预设的穿越起始电压值，则确定变流器进入低电压穿越模式；

其中，对于确定模块2的具体形状结构不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，在此不再赘述；另外，本实施例中确定模块2的操作步骤的实现过程以及实现效果与上述实施例中步骤S102的实现过程以及实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。

控制模块3，用于根据前馈电压DQ轴分量对变流器进行控制按照预设的低电压控制策略对变流器进行控制，以保证变流器稳定运行。

其中，对于控制模块3的具体形状结构不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，在此不再赘述；另外，本实施例中控制模块3的操作步骤的实现过程以及实现效果与上述实施例中步骤S103的实现过程以及实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。

本实施例提供的风电变流器低电压穿越的控制装置，通过采集模块1获取变流器电网侧的相电压有效值/正序电压D轴分量，并且在确定模块2若相电压有效值/正序电压D轴分量小于穿越起始电压值时，则可以准确判断变流器进入低电压穿越模式，克服了现有技术中存在的降低对变流器网侧控制的精确程度，并且在确定模块2确认变流器进入低电压穿越模式时，控制模块3根据前馈电压DQ轴分量对变流器进行控制，可以有效地减少了变流器对电网故障的响应时间，进一步保证了能够快速、有效地实现采用低电压控制策略在电网发生低电压故障时对变流器进行控制，使得变流器可以稳定工作，避免了变流器以及风电机组脱网运行情况的产生，提高了风电机组运行的安全可靠性。

在上述实施例的基础上，继续参考附图13可知，采集模块1，具体用于：

获取变流器电网侧的电网电压；

对电网电压进行正向同步旋转变换，获得正向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量；

对电网电压进行反向同步旋转坐标变换，获得反向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量和Q轴电压分量，根据反向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量和Q轴电压分量获得负序电压D轴分量和负序电压Q轴分量，对负序电压D轴分量和负序电压Q轴分量进行滤波处理，获得经过低通滤波后的负序电压D轴分量和负序电压Q轴分量；

获取电网电压的电压矢量相位角；

根据正向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量、低通滤波后的负序电压D轴分量、低通滤波后的负序电压Q轴分量和电压矢量相位角确定正序电压D轴分量。

其中，较为优选的，将采集模块1，设置为具体用于：

根据以下公式确定正序电压D轴分量：

其中，为正序电压D轴分量，为正向同步旋转DQ坐标系下的D轴电压分量，为低通滤波后的负序电压D轴分量，为低通滤波后的负序电压D轴分量，θ为电压矢量相位角。

本实施例中采集模块1的操作步骤的实现过程以及实现效果与上述实施例中步骤S1011-S1015的实现过程以及实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。

采集模块1通过上述关系式，可以准确获得正序电压D轴分量，进一步提高了正序电压D轴分量确定的精确程度，进而提高了该控制装置使用的精确度和可靠性，有利于市场的推广与应用。

在上述实施例的基础上，继续参考附图13可知，控制模块3，具体用于：

获取变流器电网侧的电网电压，根据电网电压确定电压目标值；

按照预设的调制算法对电压目标值进行分析处理，获得电压控制信号；

根据电压控制信号对变流器进行控制。

本实施例中控制模块3的操作步骤的实现过程以及实现效果与上述实施例中步骤S1031-S1033的实现过程以及实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。

将PWM电压控制信号发送至变流器电网侧，并通过该PWM电压控制信号对变流器进行控制，进而可以有效地保证变流器在进入到低电压穿越模式后，仍然可以稳定运行，提高了风电机组运行的稳定可靠性，进而提高了该控制装置的实用性。

在上述实施例的基础上，继续参考附图13可知，在电压目标值包括两相同步旋转坐标系下的D轴电压目标值时，将控制模块3设置为用于：

对电网电压依次进行Clarke变换和两相静止坐标系到两相旋转坐标系变换，获得电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量；

获取两相同步旋转坐标系下的D轴电流分量、滤波器的电感值、变流器电网侧电压的角速度以及D轴电流PI控制器输出的D轴电压分量，其中，D轴电流PI控制器、滤波器均与变流器相连接；

根据电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量、两相同步旋转坐标系下的Q轴电流分量、滤波器的电感值、变流器电网侧电压的角速度以及D轴电流PI控制器输出的D轴电压分量确定两相同步旋转坐标系下的D轴电压目标值。

其中，将控制模块设置为具体用于：

根据以下公式确定两相同步旋转坐标系下的D轴电压目标值；

U_{d_ref}＝U_gd+U_{pi_d}-ωLi_gq，其中，U_{d_ref}为两相同步旋转坐标系下的D轴电压目标值，U_gd为电网电压在两相同步旋转坐标系下的D轴电压分量，U_{pi_d}为D轴电流PI控制器输出的D轴电压分量，ω为变流器电网侧电压的角速度，L为滤波器的电感值，i_gq为网侧电流在两相同步旋转坐标系下的Q轴电流分量。

本实施例中控制模块3的操作步骤的实现过程以及实现效果与上述实施例中步骤S10311-S10313的实现过程以及实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。

控制模块3通过上述公式，可以准确有效地获得D轴电压目标值，进而提高了对变流器控制的精确程度，进一步提高了该控制装置使用的稳定可靠性，有利于市场的推广与应用。

在上述实施例的基础上，继续参考附图13可知，在电压目标值包括两相同步旋转坐标系下的Q轴电压目标值时，将控制模块3设置为还用于：

对电网电压依次进行Clarke变换和两相静止坐标系到两相旋转坐标系变换，获得两相同步旋转坐标系下的Q轴电压分量；

获取两相同步旋转坐标系下的D轴电流分量、两相同步旋转坐标系下的D轴电流分量以及Q轴电流PI控制器输出的Q轴电压分量，其中，Q轴电流PI控制器与变流器相连接；

根据两相同步旋转坐标系下的Q轴电压分量、两相同步旋转坐标系下的D轴电流分量、滤波器的电感值、变流器电网侧电压的角速度以及Q轴电流PI控制器输出的Q轴电压分量确定两相同步旋转坐标系下的Q轴电压目标值。

其中，将控制模块设置为具体用于：

根据以下公式确定两相同步旋转坐标系下的Q轴电压目标值；

U_{q_ref}＝U_gq+U_{pi_q}+ωLi_gd，其中，U_{q_ref}为两相同步旋转坐标系下的Q轴电压目标值，U_gq为两相同步旋转坐标系下的Q轴电压分量，U_{pi_q}为Q轴电流PI控制器输出的Q轴电压分量，ω为变流器电网侧电压的角速度，L为滤波器的电感值，i_gd为网侧电流在两相同步旋转坐标系下的D电流分量。

本实施例中控制模块3的操作步骤的实现过程以及实现效果与上述实施例中步骤S10314-S10316的实现过程以及实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。

通过上述实现过程可知，不仅可以通过两相同步旋转坐标系下的D轴电压目标值对变流器电压进行准确有效控制，还可以通过两相同步旋转坐标系下的Q轴电压目标值对变流器进行有效控制，并且还可以准确、有效地确定前馈电压DQ轴分量，便于将前馈电压DQ轴分量反馈至电网中的电流环操作，进一步提高了对变流器控制的精确度和可靠性，保证了变流器运行的安全可靠性，有效地提高了该控制装置的实用性。

在上述实施例的基础上，继续参考附图13可知，还可以将控制模块3设置为还用于：

断开变流器电网侧外部的无功电流给定，并存储变流器电网侧断开瞬间的无功电流给定值；

获取容性无功电流给定值，将容性无功电流给定值与预设的容性无功限定值进行分析比较；

对于容性无功电流给定值的获取而言，较为优选的，将控制模块3，设置为具体用于：

获取容性无功电流注入斜率以及变流器电网侧的额定电压；

根据正序电压D轴分量、额定电压以及容性无功电流注入斜率确定容性无功电流给定值。

其中，较为优选的，将控制模块设置为具体用于：

根据公式容性无功电流给定值＝(正序电压D轴分量-额定电压)*容性无功电流注入斜率确定容性无功电流给定值。

若容性无功电流给定值大于容性无功限定值，则使得容性无功电流给定值等于容性无功限定值；

若容性无功电流给定值小于或等于容性无功限定值，则获取有功电流给定值；

将有功电流给定值与预设的最大有功工作电流限定值进行分析比较；

其中，较为优选的，将控制模块3设置为具体用于：通过以下公式获取最大有功工作电流限定值：

其中，I_max为变流器电网侧最大工作电流限定值，I_{q_ref}为容性无功电流给定值。

若有功电流给定值小于或等于最大有功工作电流限定值，则根据容性无功电流给定值和有功电流给定值对变流器进行控制；

若有功电流给定值大于最大有功工作电流限定值，则使得有功电流给定值等于最大有功工作电流限定值。

本实施例中控制模块3的操作步骤的实现过程以及实现效果与上述实施例中步骤S201-S207、步骤S2021-S2022的实现过程以及实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。

通过上述控制过程，有效地实现了优先启动无功控制的策略，使得变流器尽量采用有功控制方式，可以实现在满足无功电流需求的情况下，尽量通过变流器电网侧的逆变器向变流器电网馈送能量，减小变流器电网中的制动单元和制动电阻的负担，进而保证了变流器的稳定运行。

在上述实施例的基础上，继续参考附图13可知，本实施例将控制装置设置为：

采集模块1，还用于在根据容性无功电流给定值和有功电流给定值对变流器进行控制之后，实时获取变流器电网侧的正序电压D轴分量；

确定模块2，还用于将正序电压D轴分量与预设的穿越退出电压值进行分析比较，其中穿越退出电压值大于穿越起始电压值；

控制模块3，还用于若正序电压D轴分量大于穿越退出电压值，则控制容性无功电流给定值按照预设斜率恢复至预先存储的无功给定值，并停止按照低电压控制策略对变流器进行控制。

本实施例中采集模块1、确定模块2以及控制模块3的操作步骤的实现过程以及实现效果与上述实施例中步骤S301-S303的实现过程以及实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。

通过上述控制过程，可以有效地实现在变流器进入低电压穿过模式时，采用低电压控制策略在电网发生低电压故障时对变流器进行控制；在变流器退出低电压穿越模式时，停止采用低电压控制策略对变流器进行控制，保证了变流器的稳定运行，进一步提高了该控制装置的实用性。

在上述实施例的基础上，继续参考附图13可知，本实施例还可以将控制装置设置为：

采集模块1，还用于在确定变流器进入低电压穿越模式之后，获取变流器进入低电压穿越模式的持续时间；

确定模块2，还用于将持续时间与预设的脱网运行阈值时间进行分析比较；

控制模块3，还用于若持续时间大于脱网运行阈值时间，则控制变流器脱网运行。

本实施例中采集模块1、确定模块2以及控制模块3的操作步骤的实现过程以及实现效果与上述实施例中步骤S401-S403的实现过程以及实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。

当持续时间大于脱网运行阈值时间时，则说明此时的变流器在低电压穿越时间较长，为了避免对变流器电网侧的器件造成损伤，允许变流器脱网运行，进而有效地避免了对变流器电网侧器件的损伤程度，有效地提高了该控制装置的实用性，有利于市场的推广与应用。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。