一种双馈风电机组故障穿越控制方法和系统与流程

本发明属于电力技术领域，具体涉及一种双馈风电机组故障穿越控制方法和系统。

背景技术：

能源是支撑人类文明进步的物质基础，是现代社会发展不可或缺的基本条件。开发包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等的可再生能源是当今世界能源发展大趋势，寻求发展安全、清洁的可替代能源、探索可持续发展的能源模式已成为世界各国能源发展重要趋势和战略的重要组成部分。目前，风电的开发利用技术日益成熟、商业化应用广泛，不断引起世界各国的重视。变速风电机组因为能够大幅提高风能转换效率，减小机组承受机械应力，实现机械部分与电气部分解耦，而且还能实现有功功率和无功功率解耦控制，提高并网系统调节能力及稳定性，成为目前商业化运行的主力机型之一。但是随着基于电力电子技术的非同步电源大规模并网，受电力电子设备无惯性、过载能力弱、抗电网扰动能力差等限制，其控制能力对外部电网环境具有较强的依赖性。使得风电与电网之间的交互作用越来越复杂，电力系统能源结构、电磁特性、机电特性等均发生巨大变化。

当电网发生短路时，风电接入系统阻抗将发生变化，因为电力电子设备无惯性及控制策略影响，风电场并网点电压相位将产生较大跳变，影响风电机组锁相控制的准确度，从而破坏基于电压空间矢量定向的dq轴功率解耦控制条件，增加了风电机组有功和无功控制环路耦合性，影响机组故障穿越能力。目前，各国风电并网导则均要求风电机组在一定频率偏差、持续时间与电压跌落水平下不脱网运行，且对机组有功、无功特性作了明确要求。对于电网短路故障时双馈风电机组暂态特性的变化，现阶段常用的研究方法主要有时域仿真和解析计算两类，研究中通常认为故障过程仅伴随电压幅值的变化，而不考虑电压相位的动态。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种双馈风电机组故障穿越控制方法和系统。该方法和系统提出一种基于电压相位跳变值的双馈风电机组转子电压直接补偿故障穿越控制策略，提高双馈风电并网系统在机端电压相位发生跳变时的故障穿越能力。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种双馈风电机组故障穿越控制方法，其改进之处在于：

采集双馈风电机组的机端电压；

根据所述机端电压和预设的阈值，确定双馈风电机组进入预设的故障穿越控制模式或进入正常控制模式；

所述故障穿越控制模式包括，根据所述机端电压的相位跳变值，确定双馈风电机组的转子控制电压。

本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述根据所述机端电压的相位跳变值，确定所述双馈风电机组的转子控制电压，包括：

根据所述机端电压的相位跳变值，实时计算转子控制电压的补偿量；

确定不考虑相位跳变的转子控制电压；

根据所述不考虑相位跳变值的转子控制电压和所述补偿量，确定所述双馈风电机组的转子控制电压。

本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述基于所述机端电压的相位跳变值，实时计算转子控制电压的补偿量，如下式所示：

其中，s为机组转差率，lm为定转子互感，ls为定子电感，us为机端电压有效值，δurd(δθ)为基于相位跳变值的转子d轴控制电压补偿量，δurq(δθ)为基于相位跳变值的转子q轴控制电压补偿量，δθ为相位跳变值。

本发明提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述相位跳变值δθ按下式计算：

δθ＝θ1-θ2(2)

其中，θ2为双馈风电机组的快速锁相环输出的相位，θ1为双馈风电机组的慢速锁相环输出的相位。

本发明提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述根据所述不考虑相位跳变值的转子控制电压和所述补偿量，确定所述双馈风电机组的转子控制电压，如下式所示：

其中，urd为不考虑相位跳变的转子d轴控制电压，urq为不考虑相位跳变的转子q轴控制电压，urd1为增加补偿量后的转子d轴控制电压，urq1为增加补偿量后的转子q轴控制电压。

本发明提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述0.9pu。

本发明提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述采集双馈风电机组的机端电压之前，还包括：

设计基于电压相位跳变值的双馈风电机组故障穿越控制策略；

确定所述基于电压相位跳变值的双馈风电机组故障穿越控制策略在双馈风电机组控制系统中正常运行；

所述控制策略包括：根据双馈风电机组的机端电压确定采用的控制模式，所述控制模式包括故障穿越控制模式和正常控制模式。

一种双馈风电机组故障穿越控制系统，其改进之处在于，包括：电压采集模块和控制模式确定模块；

所述电压采集模块，用于采集双馈风电机组的机端电压；

所述控制模式确定模块，用于根据所述机端电压和预设的阈值，确定所述双馈风电机组进入预设的故障穿越控制模式或进入正常控制模式；

所述故障穿越控制模式包括根据所述机端电压的相位跳变值，确定双馈风电机组的转子控制电压。

本发明提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，还包括故障穿越控制模块，所述故障穿越控制模块包括；补偿量计算子单元、常规电压确定子单元和控制电压确定子单元；

所述补偿量计算子单元，用于基于所述机端电压的相位跳变值，实时计算转子控制电压的补偿量；所述常规电压确定子单元，用于确定不考虑相位跳变的转子控制电压；

所述控制电压确定子单元，用于根据所述不考虑相位跳变值的转子控制电压和所述补偿量，确定所述双馈风电机组的转子控制电压。

本发明提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，所述系统还包括策略设计模块和确认模块；

所述策略设计模块，用于设计基于电压相位跳变值的双馈风电机组故障穿越控制策略；

所述确认模块，用于确定所述基于电压相位跳变值的双馈风电机组故障穿越控制策略在双馈风电机组控制系统中正常运行；

所述控制策略包括：根据双馈风电机组的机端电压确定采用的控制模式，所述控制模式包括故障穿越控制模式和正常控制模式。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明提供了一种双馈风电机组故障穿越控制方法和系统，根据采集的双馈风电机组的机端电压和预设的阈值，确定双馈风电机组进入预设的故障穿越控制模式或进入正常控制模式，并根据机端电压的相位跳变值，确定双馈风电机组的转子控制电压。本发明提供的故障穿越控制模式考虑到了电压相位的动态影响，并且不影响系统稳定运行状态，有效提高机端电压相位跳变时机组控制的准确性，保证双馈风电机组实现故障穿越。

附图说明

图1为本发明提供的一种双馈风电机组故障穿越控制方法流程示意图；

图2为本发明提供的一种双馈风电机组故障穿越控制方法详细流程示意图；

图3为本发明提供的一种双馈风电机组故障穿越控制方法的控制框图；

图4为本发明提供的一种双馈风电机组故障穿越控制系统的基本结构示意图；

图5为本发明提供的一种双馈风电机组故障穿越控制系统的详细结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本发明提供的一种双馈风电机组故障穿越控制方法流程示意图如图1所示，包括：

步骤1：采集双馈风电机组的机端电压；

步骤2：根据机端电压和预设的阈值，确定双馈风电机组进入预设的故障穿越控制模式或进入正常控制模式；

故障穿越控制模式包括，根据机端电压的相位跳变值，确定双馈风电机组的转子控制电压。

具体的，双馈风电机组故障穿越控制方法如图2所示，包括：

步骤101、设计基于电压相位跳变值的双馈风电机组转子电压直接补偿故障穿越控制策略，包括：

双馈风电机组基于机端电压状态确定采用何种控制模式，控制模式包括：正常控制模式和基于电压相位跳变值的双馈风电机组转子电压直接补偿故障穿越控制模式。

其中，双馈风电机组转子电压直接补偿故障穿越控制模式的控制框图如图3所示，包括：

1)机端电压相位跳变时确定相位偏差

基于电压相位跳变值的双馈风电机组转子电压直接补偿故障穿越控制策略，转子控制电压直接补偿中，锁相环pll2为快速锁相环，锁相环pll1为正常的慢速锁相环。可得当机端电压相位跳变时产生的锁相偏差为：

δθ＝θ1-θ2(1)

式中：θ2为锁相环pll2输出相位；θ1为锁相环pll1输出相位；δθ为机端电压相位跳变时的锁相偏差。

2)机端电压相位跳变时确定转子控制电压补偿量

转子控制电压直接补偿中，当机端电压相位发生跳变时，为了增加机组控制的准确性，机组提供的转子控制电压补偿量为：

其中，s为机组转差率，lm为定转子互感，ls为定子电感，us为机端电压有效值，δurd(δθ)为基于相位跳变值的转子d轴控制电压补偿量，δurq(δθ)为基于相位跳变值的转子q轴控制电压补偿量。

3)机端电压相位跳变时确定转子控制电压

转子控制电压直接补偿中，当机端电压相位发生跳变时，根据式(2)故障穿越过程中，双馈风电机组转子控制电压可用式(3)表示。

其中，urd为不考虑相位跳变的转子d轴控制电压，urq为不考虑相位跳变的转子q轴控制电压，urd1为增加补偿量后的转子d轴控制电压，urq1为增加补偿量后的转子q轴控制电压。

步骤102、确定所述基于电压相位跳变值的双馈风电机组转子电压直接补偿故障穿越控制策略在双馈风电机组控制系统中正常运行，包括：

双馈风电机组按照预先设计的基于电压相位跳变值的双馈风电机组转子电压直接补偿故障穿越控制模式和正常控制模式运行，保证双馈风电机组两种控制模式均可有效运行。

步骤103、基于检测机端电压信号判断双馈风电机组控制模式，包括：

实时测量机端电压变化即定子电压us，作为判断机组控制模式选择的参考条件；判断机端电压范围，当机端电压测量值us小于预设的阈值时，双馈风电机组进入低电压穿越运行模式，反之双馈风电机组正常运行。其中，该阈值可设为0.9pu。

步骤104、双馈风电机组进入基于电压相位跳变值的双馈风电机组转子电压直接补偿故障穿越控制，包括：

机组进入故障穿越运行模式，传统故障穿越控制策略与转子控制电压直接补偿模块同时被激活，该基于电压相位跳变值的双馈风电机组转子电压直接补偿故障穿越控制策略一方面判断机端电压幅值变化，得出不考虑相位跳变的转子控制电压；另一方面检测机端电压相位变化，利用公式(1)～(3)根据相位偏差，实时修改增加的转子控制电压补偿量，保证机组故障穿越控制的准确性与有效性，实现机端电压相位跳变时的双馈风电机组故障穿越。

步骤105、双馈风电机组正常运行控制。

实施例2：

基于同一发明构思，本发明还提供了一种双馈风电机组故障穿越控制系统，由于这些设备解决技术问题的原理与双馈风电机组故障穿越控制方法相似，重复之处不再赘述。

该系统基本结构如图4所示，包括：电压采集模块和控制模式确定模块；

其中，电压采集模块，用于采集双馈风电机组的机端电压；

控制模式确定模块，用于根据机端电压和预设的阈值，确定双馈风电机组进入预设的故障穿越控制模式或进入正常控制模式；

其中故障穿越控制模式包括根据机端电压的相位跳变值，确定双馈风电机组的转子控制电压。

其中，双馈风电机组故障穿越控制系统详细结构如图5所示，该系统还包括故障穿越控制模块，故障穿越控制模块包括；补偿量计算子单元、常规电压确定子单元和控制电压确定子单元；

补偿量计算子单元，用于基于机端电压的相位跳变值，实时计算转子控制电压的补偿量；

常规电压确定子单元，用于确定不考虑相位跳变的转子控制电压；

控制电压确定子单元，用于根据不考虑相位跳变值的转子控制电压和补偿量，确定双馈风电机组的转子控制电压。

其中，基于机端电压的相位跳变值，实时计算转子控制电压的补偿量，如下式所示：

其中，s为机组转差率，lm为定转子互感，ls为定子电感，us为机端电压有效值，δurd(δθ)为基于相位跳变值的转子d轴控制电压补偿量，δurq(δθ)为基于相位跳变值的转子q轴控制电压补偿量，δθ为相位跳变值。

其中，相位跳变值δθ按下式计算：

δθ＝θ1-θ2(2)

其中，θ2为双馈风电机组的快速锁相环输出的相位，θ1为双馈风电机组的慢速锁相环输出的相位。

其中，根据不考虑相位跳变值的转子控制电压和补偿量，确定双馈风电机组的转子控制电压，如下式所示：

其中，urd为不考虑相位跳变的转子d轴控制电压，urq为不考虑相位跳变的转子q轴控制电压，urd1为增加补偿量后的转子d轴控制电压，urq1为增加补偿量后的转子q轴控制电压。

其中，阈值包括：0.9pu。

该系统还包括：策略设计模块和确认模块；

策略设计模块，用于设计基于电压相位跳变值的双馈风电机组故障穿越控制策略；

确认模块，用于确定基于电压相位跳变值的双馈风电机组故障穿越控制策略在双馈风电机组控制系统中正常运行；

控制策略包括：根据双馈风电机组的机端电压确定采用的控制模式，控制模式包括故障穿越控制模式和正常控制模式。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。