专利名称：实时计算crow-bar阻值提高双馈风电机组低电压穿越能力的方法
技术领域：
本发明属电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种基于实时计算crow-bar阻值提高双馈风电机组低电压穿越能力的方法。
背景技术：
近年来，DFIG逐渐成为并网风电场的主流机型，但由于其LVRT的实现难度较大，故在应对电网故障方面上存在不足。许多国内外专家学者对这一问题做了大量研究，并提出了多种DFIG的LVRT技术，其中最常用的方法是在系统中增加crow-bar保护电路。当电网发生严重故障时，Crow-bar阻值和退出时间对提高DFIG发电系统低压穿越能力十分关键。对于大值机端电压骤降而言，若在交流故障恢复前切除Crowbar，虽对电网恢复有利，但电网恢复时变换器将可能再次遭受过电流和过电压的危害；若在故障恢复后切除，虽可解决系统恢复时的过电流和过电压问题，但由于DFIG要吸收大量的无功功率，不利于交流电网恢复。配合快速短接保护而采用串联电阻有助于减小DFIG发电系统在故障不间断运行期间的无功功率吸收，但不能彻底抵消DFIG定子从电网所吸收的无功功率。当前crow-bar保护电路中的阻值均是事先指定的，实际运行的crow-bar保护电路更是没有实时计算阻值的先例。本发明基于电网短路故障的最大短路电流实时计算crow-bar电路的阻值通过高速电子变阻器投入保护电路，可控制网侧变换器使其短时补偿DFIG定子从电网吸收无功功率，能够保证电网故障清除期间整个机组不从电网吸收无功功率，有助于电网电压的迅速恢复。
发明内容
本发明目的是解决DFIG成功穿越电网故障引起电压骤降的问题，能够保证电网故障清除期间机组不从电网吸收无功功率，有助于电网电压的迅速恢复，并可保证变流器直流侧电压不越限。本发明采用以下的技术方案来实现，包括下述步骤I)根据典型运行方式离线整定crow-bar电路的初始阻值Rci = l4.lim/Ittoee_shOTt,其中Uuim为网侧变流器能承受的最大电压，Ithree^short为典型方式下电网侧近端发生三相短路时的电流有效值。2)转子侧利用Mallet算法实时计算转子电流的有效值，电网侧实时判断是否发生短路故障，如果电网发生短路故障转向步骤3)，否则持续检测电网侧是否发生短路故障；3)计算电网侧电压跌落的幅度ClelUeal，若ClelUeal > deIUfix则启动初始阻值为Rtl的crow-bar电路进行低电压穿越保护，delUfix为整定的网侧电压跌落幅度，同时封闭转子侧变流侧绝缘栅双极型功率管的脉冲，网侧变流器保持正常工作，否则返回步骤2)；4)实时计算crow-bar电路中的最大电阻值Re.max = I4.lim/Ir.max, I4.lim为网侧变流器能承受的最大电压，Ir.fflax为步骤2)采用Mallet算法实时计算的故障后半个周波内的最大短路电流。5)驱动高速电子变阻器快速将电阻将Rtl快速切换到R。..；6)根据电网侧发生的故障类型和故障元件的电压等级，查找对应短路故障类型的离线故障清除时间定值T
short, clerar 7) (Tshort^cierar_Tshort.ahead)时刻退出 crow-bar 电路，Tshort.ahead 为此处 Tshort. Jihead 为短路故障清除前提前退出crow-bar电路的时间整定值； 8)检测到短路故障消失后，开放转子侧变流器IGBT的脉冲，恢复风机的正常运行。本发明中，披露了一种实现DFIG成功穿越电压骤降的方法，该方法基于故障时实时计算的故障电流的最大值Iuax和网侧变流器能承受的最大电压Utlim计算实际短路故障需要投入的保护电阻R。. _ = ur.liffl/Ir.fflax,并结合离线整定的初始阻值Rtl实现整个故障期间的有效穿越，至于步骤4)中的Mallet算法已经是工程应用的成熟算法，不在此描述。3、有益效果该方法解决了传统crow-bar电路阻值不能实时匹配故障电流大小的难题，通过精确控制Crow-bar电路的切除时刻和所用串联电阻的数值，既能控制网侧变换器使其短时补偿DFIG定子从电网吸收无功功率，又可保障电网故障清除期间机组不从电网吸收无功功率，有助于电网电压的迅速恢复。
图I为本发明方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图1，对本发明方法进行详细描述。图I中步骤I描述的是获取crow-bar电路离线整定的Rci阻值，计算公式为Rtl =
Ur. Iim/1 three-short 0 three-short
为电网近端发生三相短路电流的最大值，I. lim为和网侧变流器能
承受的最大电压。图I中步骤2描述的在转子侧采集电流信号后利用Mallet算法计算其有效值，并在电网侧根据采集的电压和电流信号判断电网是否发生了短路故障，如果发生了短路故障转向步骤3，否则重复步骤2的工作。图I中步骤3描述的电网侧短路故障后的电压的跌落幅值ClelUeal是否大于整定的电压跌路幅值ClelUfix，若ClelUeal > deIUfix则立刻启动初始阻值为Rtl的crow-bar电路进行低电压穿越保护，否则返回步骤2。图I中步骤4描述的采用Mallet算法实时计算的故障后半个周波内的最大短路电流Ir.max，然后根据公式Imax = Ur.lim/lr.max计算crow_bar电路中的最大电阻值Re._。图I中步骤5描述的利用高速电子变阻器快速将crow-bar电路的阻值由R0快速切换到Rc.―。
图I中步骤6描述的是根据电网侧实际发生的故障类型和故障元件的电压等级，查找对应短路故障类型的离线故障清除时间定值TshOTt.&m。图I中步骤7描述的在故障时刻清除时刻前TshOTt.atead时刻将crow-bar电路退出运行，此处Tsht^atead为短路故障清除前提前退出crow-bar电路的时间整定值。图I中步骤8描述的当短路故障消失后，立刻开放转子侧变流器IGBT的脉冲，恢
复风机的正常运行。
权利要求
1.实时计算crow-bar电路阻值提高双馈风电机组低电压穿越能力的方法,其特征在于包括下列步骤 1)根据双馈风电机组电网侧的电压等级确定crow-bar电路的初始阻值R0,Rtl只用作短路故障后crow-bar电路初始阶段短时间用于释放能量的电阻，可选Rtl = tlim/Itoe_shOTt，其中Uuim为网侧变流器能承受的最大电压，Ithree^short为典型方式下电网侧近端发生三相短路时的电流有效值； 2)通过采集电网侧的电压和电流信息实时计算电网侧电压跌落的幅度，并检测电网侧是否发生短路故障，如果发生短路故障，则转向步骤3)，否则持续检测电网侧是否发生短路故障，转子侧利用Mallet算法实时计算转子电流的有效值； 3)将电压跌落的幅度ClelUeal与电压跌落整定值ClelUfix进行比较，如果deIUeal>ClelUfix则启动crow-bar电路进行低电压穿越保护，同时封闭转子侧变流侧绝缘栅双极型功率管的脉冲，网侧变流器保持正常工作，否则返回步骤2)； 4)利用步骤2)在短时窗内采用Mallet算法实时计算的故障后半个周波内的最大短路电流并结合网侧变流器能承受的最大电压l.lim，实时计算出crow-bar电路中的最大电阻值 = Ur lim/Ir max ； 5)计算出R。..后启动高速电子变阻器设备将Rtl快速切换到R。..； 6)根据步骤2)判断得到的电网侧发生的故障类型，结合故障元件的电压等级，查找对应短路故障类型的离线故障清除时间定值TshOTt.&m，并计算短路故障发生后crow-bar电路退出保护的时刻为(TshOTt.Clerar-Tsht^ahead)； 7)在(Tshort.Ciera-Tshort.ahead)时刻退出crow-bar电路,TshOTt. 为离线整定的对应短路故障的清除时间，Tshort^ead为短路故障清除前退出crow-bar电路的时间预留整定值； 8)短路故障消失后，开放转子侧变流侧绝缘栅双极型功率管(IGBT)的脉冲，恢复风机的正常运行。
2.根据权利要求I所述的基于crow-bar电路阻值提高双馈风电机组低电压穿越能力的方法，其特征在于可以根据双馈风电机组电网侧的电压等级确定crow-bar电路的初始阻值Rtl，这样可以在crow-bar电路投入之后且R。..计算出来之前的过渡过程中发挥初始阻值R0释放能量的作用。
3.根据权利要求I所述的基于crow-bar电路阻值提高双馈风电机组低电压穿越能力的方法，其特征在于利用小波的快速算法-Mallet算法来实时计算转子电流的有效值，由于当短路故障发生时，Mallet算法可以在短时窗(半个周波内)内检测到电流幅值发生突变，因此可以仅在半个周波左右的时间从初始阻值Rtl切换到R。..。
4.根据权利要求I所述的基于crow-bar电路阻值提高双馈风电机组低电压穿越能力的方法，其特征在于crow-bar电路的电阻采用了高速电子变阻器，电阻值的快速切换可以保证从初始阻值R0切换到R。..仅需5ms以内。
5.根据权利要求I所述的基于crow-bar电路阻值提高双馈风电机组低电压穿越能力的方法，其特征在于crow-bar电路的电阻R。..是基于电网发生短路故障时的最大短路电流采用公式R。.. = Ur.lim/Ir.max在线计算出来的，其中Ilim为网侧变流器能承受的最大电压，Ir. max为故障后半个周波内短路电流的最大值。
6.根据权利要求I所述的基于crow-bar电路阻值提高双馈风电机组低电压穿越能力的方法，其特征在于crow-bar在故障发生后(Tshort.clerar_Tshort.^ead)时刻退出运行,Tshort.clerar为离线整定的对应短路故障的清除时间，TshOTt.aheadS短路故障清除前退出crow-bar电路的时间预留整定值(实际整定时可取5 10ms)，(Tshort.clerar-Tshort.^ead)时刻退出运行有利于减少DFIG在故障切除后从电网吸收的无功，而且随后能向电网提供更多的无功支持，有利于电网电压的恢复。·
全文摘要
本发明介绍了通过实时计算crow-bar阻值提高双馈风电机组低电压穿越能力的方法。并网的双馈感应风力发电机(DFIG)由于其定子侧与电网直接相连，当电网故障引起电压突降时，会导致DFIG定子侧电压骤降，并在转子侧感应出较大的电流，导致转子侧出现过电流和过电压，严重时可能损坏变流器和电机。当检测到发生短路故障时，本发明是基于电网短路故障的最大短路电流实时计算crow-bar电路的阻值，计算方法不受故障类型和故障地点的限制，可适用于电网任意类型、任意地点的短路故障；通过整定时间在短路清除前时刻将corw-bar电路退出运行，除可抑制变转子侧电流外，还可保证变流器直流侧电压不越限。
文档编号H02H7/26GK102916443SQ20121040071
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者邵俊松 申请人:邵俊松