一种双馈风电机组混合故障穿越方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及风电保护领域，具体地，设及一种双馈风电机组混合故障穿越方法。
【背景技术】
[0002] 为了应对能源危机和环境恶化，世界各国正积极的推动着可再生能源的开发和利 用，尤其是风力发电得到了广泛关注和快速的发展。风电的大规模应用既可W缓解能源危 机，又能减轻常规能源使用所带来的环境问题，从而减少二氧化碳气体的排放。然而，大规 模风电接入电网给电网安全运行带来了较大的挑战。为此，新的电网导则要求风电机组必 须具备低电压穿越能力。事实上，所有风电机组都存在低电压穿越的问题，但双馈风电机组 最具挑战性，运是因为其对电网扰动更加敏感。
[0003] 目前，较为成熟并商用的双馈风电机组故障穿越技术是擦棒(Crowbar)保护技术。 当电网电压跌落时，由于定子磁通的不能突变，因此直流分量的出现使得转子绕组中产生 过电流，从而造成变换器的破坏。而所谓的擦棒保护技术就是为转子故障电流提供旁路通 路，从而避免转子过电流对变换器的破坏W实现机组的不间断并网运行。
[0004] 如公开号为10231565IA的中国发明专利，该专利提供了一种擦棒电路及双馈感应 发电机穿越电网故障的装置及方法；当电网电压突变导致双馈感应发电机转子电流上升到 等于或大于设定的擦棒电路导通电流口限值时或导致双馈感应发电机组变流器母线电压 上升到等于或大于设定的擦棒电路导通电压口限值时，控制器关闭机侧变流器并通过擦棒 电路的驱动电路触发擦棒电路的开关电路导通，触发方式为从一个擦棒支路开始逐个增加 擦棒支路的导通个数，至双馈感应发电机转子电流下降到小于设定的擦棒电路导通电流口 限值和双馈感应发电机组变流器母线电压下降到小于设定的擦棒电路导通电压口限值为 止;当双馈感应发电机的转子电流衰减到等于或小于设定的擦棒电路关断电流口限值时且 双馈感应发电机组变流器母线电压衰减到等于或小于设定的擦棒电路关断电压口限值时， 控制器通过擦棒电路的驱动电路逐个关断擦棒电路的擦棒支路的开关电路并开启机侧变 流器，为电网迅速提供无功支持，帮助电网恢复。
[0005] 又如公开号为103178548A的中国发明专利，该专利提供了一种双馈风电机组的对 称故障穿越控制方法，该方法在双馈风电机组的电网故障下，当流入转子变换器的电流超 过其最大允许电流值时，所述双馈风电机组的转子化owbar电路投入运行，同时闭锁所述转 子变换器；在故障发生期间，当所述转子Crowbar电路投入Tr时长后且转子电流值小于 化owbar保护动作口槛值时，所述转子化owbar电路被切除，同时重启所述转子变换器;在故 障切除后，所述转子变换器通过恢复控制策略切换到有功功率工作模式，并停止向电网注 入无功电流。利用该方法能够克服现有故障穿越控制策略中存在的缺陷，从而提高双馈风 电机组的故障穿越能力。
[0006] 然而，上述的专利擦棒保护技术却存在如下缺点：
[0007] 1)擦棒投入后，双馈感应电机机侧变换器封锁，电机处于失控状态，运行于异步电 机状态之下。
[0008] 2)对双馈感应机组而言，擦棒保护本省也是一种扰动，应采取措施避免其启动的 机会。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双馈风电机组混合故障穿越方 法，该方法无需封锁转子侧变换器，双馈感应电机不失控，因此其能稳定系统转速，抑制系 统在故障期间转速过快增加，支撑电网电压，采用合适的控制策略减少硬件保护电路的启 动机会，从而加强双馈风电机组故障穿越的瞬态性能。
[0010] 为实现W上目的，本发明提供一种双馈风电机组混合故障穿越方法，其特征在于， 该方法通过串入双馈感应电机定子绕组的保护电路、并入变换器直流母线的直流卸荷电路 W及双馈感应电机转子电流故障控制模式协调控制来加强双馈风电机组故障穿越能力，步 骤包括：
[0011] 首先，利用电压故障检测器实时检测电网电压，用于双馈感应电机转子电流故障 控制模式的投入和退出运行。
[0012] 同时实时检测定子电流，和定子电流参考一起产生开关切换信号，实现所述串入 双馈电机定子绕组的保护电路的投入和退出运行；
[0013] 同时实时检测变换器直流母线电压，和参考电压一起产生开关信号，实现所述并 入变换器直流侧母线的直流卸荷电路的投入和退出。
[0014] 所述双馈感应电机转子电流故障控制模式包括:控制模式转换开关和在传统矢量 控制的基础上，在双馈感应电机转子电流控制环中的前馈电压补偿项中增加了反映定子电 压瞬态行为的项，其dq分量的表达式分别为：
[0016] 式中：Lm、Ls分别为互感和定子电感；
[0017] Uds为定子电压d轴分量；
[001引S为滑差；
[0019] ?1为同步角速度；
[0020] P为微分算子。
[0021] 所述双馈感应电机转子电流故障控制模式，仅在电网电压故障时投入运行，由电 网电压故障检测器发出指令实现其投入和退出运行。
[0022] 所述串入双馈感应电机定子绕组的保护电路包括:限流电路、旁路电路，其中，一 个限流电路与一个旁路电路并联，运个并联关系的电路有=组，分别串入=相定子绕组，其 一端与双馈感应电机定子绕组相接、另一端与电网相连。
[0023] 所述串入双馈感应电机定子绕组的保护电路中的限流电路，可W是电阻、电感、电 容或其中任意两种或=种的组合。
[0024] 所述串入双馈感应电机定子绕组的保护电路中的旁路电路，可W是双向晶闽管。
[0025] 所述方法实时检测定子电流，然后与参考电流比较，如果大于参考值，所述保护电 路逻辑控制信号输出为低电平，串入双馈感应电机定子绕组的保护电路的阻抗串入定子绕 组；否则，所述保护电路逻辑控制信号输出为高电平，旁路开关闭合，串入双馈感应电机定 子绕组的保护电路的阻抗被旁路。
[00%]所述并入变换器直流母线的直流卸荷电路包括:一个和第一二极管反并联的IGBT 即绝缘栅双极型晶体管的集电极接变换器直流侧母线正极;其另一端发射极接第二二极管 的阴极，该二极管并联一个卸荷电阻后接变换器直流侧母线负极;其第=端口极接控制信 号。
[0027] 所述方法实时检测变换器直流侧母线电压，减去参考值，通过滞环控制，如果差值 大于带宽上限值，输出高电平，启动并入变换器直流侧母线的直流卸荷电路;如果差值小于 带宽下限值，输出低电平，切除并入变换器直流侧母线的直流卸荷电路；如果差值在带宽 内，输出保持原状态。
[0028] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0029] 本发明利用混合故障穿越的措施，解决传统擦棒保护存在的电机失控带来的一系 列问题。本发明无需封锁转子侧变换器，电机不失控，能够稳定系统转速稳定性，限制系统 转速增加，防止机组故障期间吸收无功，从而支撑电压恢复。
【附图说明】
[0030] 通过阅读参照W下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0031] 图1为本发明的串入双馈感应电机定子绕组的保护电路示意图；
[0032] 图2为本实施例的串入双馈感应电机定子绕组的保护电路具体示意图；
[0033] 图3为本实施例的并入变换器直流母线的直流卸荷电路示意图；
[0034] 图4为本实施例的双馈感应电机转子电流故障控制模式示意图；
[0035] 图5(a)为双馈感应电机转子电流波形图，虚线表示基于擦棒保护的波形，实线表 示基于本发明输出的波形；
[0036] 图5(b)为双馈感应电机无功功率波形，虚线表示基于擦棒保护的波形，实线表示 基于本发明输出的波形。
[0037] 图5(c)为双馈感应电机转速波形，虚线表示基于擦棒保护的波形，实线表示基于 本发明输出的波形。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。W下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不W任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干变形和改进。运些都属于本发明 的保护范围。
[0039] 实施例：
[0040] 本实施例提供一种双馈风电机组混合故障穿越方法，其具体应用的环境基于仿真 软件PSCAD/EMTDC;仿真中所使用的双馈感应电机参数为:额定功率Pn = 2丽、额定电压Un = 690V、额定频率f = 50Hz，定子电阻Rs = 0.00488PU，定子漏感Lis = 0.1386pu，转子电阻Rr = 0.00549pu，转子漏感Lir = 0.149化11，互感Lm = 3.9527pu，惯性时间常数H = 3.5s，应间比为 0.45;仿真条件为:风速为13.5m/s;电压跌落80% ;故