一种DFIG的低电压穿越方法与流程

本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种dfig的低电压穿越方法。
背景技术：
：近年来，随着电力电子技术的迅速发展，以环保和可循环利用为出发点的风力发电技术也日趋成熟，风机在电网所占比重不断提高，它对整个电网造成的影响已经不可忽略。双馈感应发电机dfig(doublyfedinductiongenerator)作为主流风机类型，具有成本低、易维护，能实现有功、无功解耦控制和最大功率跟踪等优点，但其特殊的结构导致机组对系统的扰动和故障比较敏感，暂态特性更复杂。dfig受到严重干扰时可能会为了保护自身而选择脱网，而多台风机同时脱网大大增加了电网的有功缺额，对电网的稳定性和电能质量构成威胁，严重时可造成电网崩溃。因此风电场接入电力系统技术规定，并网风机需要拥有一定的低电压穿越能力，即电网发生故障时，风机应能保持不脱网运行一段时间，并且向电网提供一定的无功功率以帮助其恢复正常。目前双馈风机的低电压穿越方式可分为改进控制策略和增设硬件设备两类：第一类主要通过各种控制策略加快某些暂态电气量的衰减速度和降低其幅值来实现低电压穿越，此类方法受限于变流器的容量大小，适用于电压跌落较轻的情况。第二类一般适合电压跌落严重的情况，其中撬棒(crowbar)保护被广泛应用于实际工程中。传统撬棒保护具有良好的限流作用，但其投入过程中，转子绕组与变流器的连接被断开，dfig处于异步运行状态，将从电网中吸收无功以励磁。撬棒保护发展至今，有对撬棒阻值和投切时间优化的研究，也有动态调整撬棒电阻以适应各种电压跌落程度的改进方法，上述策略虽然在一定程度上可通过减少撬棒的投入次数和时间来减小dfig吸收的无功，但终究没有解决变流器失控的问题。另有学者提出转子侧串联电阻与直流侧卸荷电路协调控制的方案，串联电阻具有直接控制电流大小的显著优点，有效减小流向直流母线电容器的电流，从而避免直流母线过电压，但串联固定电阻往往灵活性不高，无法兼顾不同电压跌落程度下的低电压穿越效果，目前制动电阻大多是按最严重的故障情况来整定的，而在电压跌落较轻时投入大电阻会造成转子电压和电磁转矩振荡幅度大，容易影响机组的暂态稳定性。因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种dfig的低电压穿越方法，以便能够减少dfig从电网吸收的无功功率，灵活地应对多种故障环境，达到较好的保护效果。其具体方案如下：一种dfig的低电压穿越方法，包括：在发生故障时，监测当前并网点电压、转子与转子侧变流器之间的当前转子电流、所述转子侧变流器的当前直流侧电压；若当前转子电流超过第一预设电流值，关断所述转子与所述转子侧变流器之间的旁路开关，接入与所述旁路开关并联的制动电阻，所述制动电阻的阻值与当前并网点电压对应；若当前直流侧电压超过电压阈值，在所述转子侧变流器的直流侧接入卸荷电路。优选的，所述若当前转子电流超过第一预设电流值，关断所述转子与所述转子侧变流器之间的旁路开关，接入与所述旁路开关并联的制动电阻之后，还包括：若当前转子电流继续上升，则增大所述制动电阻的阻值。优选的，所述若当前转子电流超过第一预设电流值，关断所述转子与所述转子侧变流器之间的旁路开关，接入与所述旁路开关并联的制动电阻，所述制动电阻的阻值与当前并网点电压对应的过程，具体包括：若当前转子电流超过第一预设电流值，关断所述转子与所述转子侧变流器之间的旁路开关，接入与所述旁路开关并联的制动电阻，所述制动电阻的阻值与当前并网点电压的当前电压跌落级别对应；则所述若当前转子电流继续上升，则增大所述制动电阻的阻值的过程，具体包括：若当前转子电流继续上升，则增大所述制动电阻的阻值至对应当前并网点电压的下一电压跌落级别。优选的，每一级电压跌落级别对应的所述制动电阻的阻值由以下整定过程得出：根据整定原则得到当前电压跌落级别的最小电阻和最大电阻；根据当前电压跌落级别的最小电阻和最大电阻，得到当前电压跌落级别的整定电阻对应所述制动电阻的阻值；其中，所述整定原则包括：接入所述制动电阻后的当前转子电流的峰值小于第二预设电流值；所述转子侧变流器的当前交流侧电压小于所述电压阈值。优选的，小于或等于50％的电压跌落级别的所述整定过程具体包括：根据整定原则得到当前电压跌落级别的最小电阻和最大电阻；根据第一整定公式rsdr＝rsdr.min+(rsdr.max-rsdr.min)×30％得到当前电压跌落级别的整定电阻rsdr，其中rsdr.min和rsdr.max分别为当前电压跌落级别的最小电阻和最大电阻；其中，当前电压跌落级别的整定原则中，所述第二预设电流值为1.7倍的额定电流。优选的，大于50％的电压跌落级别的所述整定过程具体包括：根据整定原则得到当前电压跌落级别的最小电阻和最大电阻；根据第二整定公式rsdr＝rsdr.min+(rsdr.max-rsdr.min)×70％得到当前电压跌落级别的整定电阻rsdr，其中rsdr.min和rsdr.max分别为当前电压跌落级别的最小电阻和最大电阻；其中，当前电压跌落级别的整定原则中，所述第二预设电流值为1.9倍的额定电流。优选的，若当前并网点电压为0，则接入的所述制动电阻的阻值为当前电压跌落级别的最大电阻。优选的，所述接入与所述旁路开关并联的制动电阻，所述制动电阻的阻值与当前并网点电压对应的过程，具体包括：分别控制第一电阻和第二电阻各自的控制开关组的通断，使所述第一电阻和所述第二电阻的等效阻值与当前并网点电压对应。优选的，所述第一电阻的控制开关与所述第一电阻串联得到第一串联电路，所述第二电阻的控制开关与所述第二电阻串联得到第二串联电路，所述第一串联电路和所述第二串联电路均与所述旁路开关并联。优选的，所述第一电阻的控制开关与所述第一电阻并联得到第一并联电路，所述第二电阻的控制开关与所述第二电阻并联得到第二并联电路，所述第一并联电路和所述第二并联电路串联后与所述旁路开关并联。本发明公开了一种dfig的低电压穿越方法，包括：在发生故障时，监测当前并网点电压、转子与转子侧变流器之间的当前转子电流、所述转子侧变流器的当前直流侧电压；若当前转子电流超过第一预设电流值，关断所述转子与所述转子侧变流器之间的旁路开关，接入与所述旁路开关并联的制动电阻，所述制动电阻的阻值与当前并网点电压对应；若当前直流侧电压超过电压阈值，在所述转子侧变流器的直流侧接入卸荷电路。由于本发明中的制动电阻阻值没有固定，因此在不同的故障程度下，可选择与当前并网点电压对应的合适的电阻，克服了固定电阻的缺点，改善了机组的瞬间性能，具备更好的低电压穿越效果。而且由于摆脱了撬棒保护，在接入制动电阻时转子侧变流器依然处于可控状态，减少dfig从电网中吸收的无功功率，有助于电网电压恢复正常。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本发明实施例中一种dfig的低电压穿越方法的步骤流程图；图2为本发明实施例中一种转子侧保护电路的拓扑结构图；图3为本发明实施例中一种具体的转子侧保护电路的结构拓扑图；图4为本发明实施例中另一种具体的转子侧保护电路的结构拓扑图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例公开了一种dfig的低电压穿越方法，参见图1所示，包括：s1：在发生故障时，监测当前并网点电压、转子与转子侧变流器之间的当前转子电流、所述转子侧变流器的当前直流侧电压；s2：若当前转子电流超过第一预设电流值，关断所述转子与所述转子侧变流器之间的旁路开关，接入与所述旁路开关并联的制动电阻，所述制动电阻的阻值与当前并网点电压对应；其中，第一预设电流值一般可取值为1.6倍的额定电流。s3：若当前直流侧电压超过电压阈值，在所述转子侧变流器的直流侧接入卸荷电路。参见图2所示的转子侧保护电路拓扑结构，其中dfig的转子通过旁路开关s0与转子侧变流器相连，因为转子电流为交流，因此旁路开关可包括两个方向相反的开关管，以实现开通或关断的目的；与旁路开关并联的制动电阻r0的接入也是利用与之相连的制动电阻开关，该制动电阻开关与旁路开关功能类似，也可以由两个方向相反的开关管实现开通或关断功能；转子侧变流器与网侧变流器之间接有卸荷电路，卸荷电路的电压、电流为直流，因此卸荷电路的接入或断开使用一个开关管即可。可以理解的是，本实施例中，如果发生故障，开始监测各关键部位的运行参数；如果监测过程中发现转子电流超过第一预设电流值，则接入制动电阻，制动电阻投入后转子等效电阻增加，有效缩短直流分量的衰减时间，减小了衰减交流分量的初值及稳态交流分量的幅值，从而降低了暂态转子电流峰值，此时转子侧变流器仍然持续可控；进一步的，在步骤s2所述若当前转子电流超过第一预设电流值，关断所述转子与所述转子侧变流器之间的旁路开关，接入与所述旁路开关并联的制动电阻之后，还包括：若当前转子电流继续上升，则增大所述制动电阻的阻值。可以理解的是，原本制动电阻的阻值与当前并网点电压对应，但是投入该阻值的制动电阻后转子电流依然继续上升，意味着制动电阻的控制效果不佳，需要进一步增大制动电阻的阻值，提高转子等效电阻的限流能力，抑制转子电流的上升趋势，使转子侧变流器处于可控状态。其中，步骤s3中还提到如果还监测到当前直流侧电压超过电压阈值，则接入卸荷电路，卸荷电路能够消耗电路中的多余能量，维持变流器的安全运行。当转子电流、直流侧电压恢复到额定值时，切除制动电阻和卸荷电路，接通旁路开关，使电路回到原来的运行状态。本发明公开了一种dfig的低电压穿越方法，包括：在发生故障时，监测当前并网点电压、转子与转子侧变流器之间的当前转子电流、所述转子侧变流器的当前直流侧电压；若当前转子电流超过第一预设电流值，关断所述转子与所述转子侧变流器之间的旁路开关，接入与所述旁路开关并联的制动电阻，所述制动电阻的阻值与当前并网点电压对应；若当前直流侧电压超过电压阈值，在所述转子侧变流器的直流侧接入卸荷电路。由于本发明中的制动电阻阻值没有固定，因此在不同的故障程度下，可选择与当前并网点电压对应的合适的电阻，克服了固定电阻的缺点，改善了机组的瞬间性能，具备更好的低电压穿越效果。而且由于摆脱了撬棒保护，在接入制动电阻时转子侧变流器依然处于可控状态，减少dfig从电网中吸收的无功功率，有助于电网电压恢复正常。本发明实施例公开了一种具体的dfig的低电压穿越方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的，步骤s2中所述若当前转子电流超过第一预设电流值，关断所述转子与所述转子侧变流器之间的旁路开关，接入与所述旁路开关并联的制动电阻，所述制动电阻的阻值与当前并网点电压对应的过程，具体包括：若当前转子电流超过第一预设电流值，关断所述转子与所述转子侧变流器之间的旁路开关，接入与所述旁路开关并联的制动电阻，所述制动电阻的阻值与当前并网点电压的当前电压跌落级别对应；则所述若当前转子电流继续上升，则增大所述制动电阻的阻值的过程，具体包括：若当前转子电流继续上升，则增大所述制动电阻的阻值至对应当前并网点电压的下一电压跌落级别。可以理解的是，并网点电压为模拟值，可以设计并网点电压与制动电阻的阻值之间的对应关系式，但是每次接入制动电阻前需要根据该对应关系式计算制动电阻的阻值并进行阻值的准确调整，而故障发生时要求快速反应，这种计算、调整的时间成本会影响反应速度，且过于准确的调控是没有必要的。因此，为了降低工作量，可以将并网点电压按照电压跌落级别分为多个确定的电压阶梯，每个电压阶梯只对应一个确定的阻值，电压跌落级别与制动电阻的阻值的对应关系可以计算好后预先保存在策略表中，一旦故障发生、当前转子电流超过第一预设电流值，在策略表中查找选取合适的阻值并接入制动电阻即可，此时制动电阻的阻值确定省略了多余的计算过程，制动电阻的调整也不再是无极平滑调整，而是多个确定档位，因此显著提升了反应速度。具体的，电压跌落级别是以电压跌落程度为参考量，设置10％或5％或者其他数值的电压跌落深度作为一个电压阶梯。该电压跌落程度具体为额定电压与当前并网点电压的差值与额定电压的百分比，电压跌落深度则是每个电压跌落级别中最大电压跌落程度与最小电压跌落程度的差值。可以理解的是，电压跌落程度与当前并网点电压直接相关，直接按照并网点电压的大小设置电压阶梯也可以，只是电压跌落级别将简单的当前并网点电压的数值转换为并网点电压距离额定电压的变化百分比，更能显著表现并网点电压的跌落程度和故障的严重程度。具体的，设置10％的电压跌落深度作为电压阶梯时的策略表参见下表1所示，其中整定跌落深度为左开右闭的区间，随着电压跌落程度的增大，整定电阻的阻值也增大。表1策略表电压跌落级别电压跌落深度接入的整定电阻(p.u.)110％～20％r1220％～30％r2330％～40％r3440％～50％r4550％～60％r5660％～70％r6770％～80％r7880％～90％r8990％～100％r9具体的，每一级电压跌落级别对应的所述制动电阻的阻值由以下整定过程得出：根据整定原则得到当前电压跌落级别的最小电阻和最大电阻；根据当前电压跌落级别的最小电阻和最大电阻，得到当前电压跌落级别的整定电阻对应所述制动电阻的阻值；其中，所述整定原则包括：接入所述制动电阻后的当前转子电流的峰值小于第二预设电流值；所述转子侧变流器的当前交流侧电压小于所述电压阈值。具体的，第二预设电流值为基于转子的额定电流的电流值，所述电压阈值与前文中接入卸荷电路的电压阈值相同。在故障期间，接入制动电阻后变流器持续运行，转子电流峰值可以写成：其中，为故障前转子电流；us、usf为故障前后的并网点电压；τr＝σlr/(rr+rsdr)为接入电阻后等效转子时间常数；rsdr为整定电阻，rs、rr分别为定、转子电阻；lr、ls分别为定子、转子电感；lm为励磁电感；为漏感系数；s为转差率；ωs、ωr分别为同步角速度和转子角速度；ω＝ωs-ωr为转差角速度；为折算到定子侧的转子电压幅值。转子电压的最大幅值为：折算到定子侧得：其中，k为定、转子每相绕组串联的匝数比。结合整定原则和式(1)(2)(3)，可以计算得到对应的最小电阻和最大电阻。电压跌落程度的轻重不同时，整定原则和确定整定电阻的系数大小不同。需要注意的是，从dfig运行的角度来看，转子突然接入制动电阻也属于一种扰动，对于电压轻度跌落的情况，在确保变流器安全的前提下接入小电阻可以有效减少保护电路对几组的负面影响，因此小于或等于50％的电压跌落级别(usf≥0.5p.u.)的所述整定过程具体包括：根据整定原则得到当前电压跌落级别的最小电阻和最大电阻；根据第一整定公式rsdr＝rsdr.min+(rsdr.max-rsdr.min)×30％得到当前电压跌落级别的整定电阻rsdr，其中rsdr.min和rsdr.max分别为当前电压跌落级别的最小电阻和最大电阻；其中，当前电压跌落级别的整定原则中，所述第二预设电流值为1.7倍的额定电流；同时由于整定电阻的精度要求不高，为了简化计算，利用当前转子电流1.7irn的最大临界值计算转子侧变流器的当前交流侧电压，也即此时的整定原则为其中，irn为额定电流，udcmax为电压阈值。类似的，为了确保制动电阻能将转子电流抑制在变流器能承受的范围内，镇定电阻取值偏大，因此大于50％的电压跌落级别usf＜0.5p.u.rsdr.max的所述整定过程具体包括：根据整定原则得到当前电压跌落级别的最小电阻和最大电阻；根据第二整定公式rsdr＝rsdr.min+(rsdr.max-rsdr.min)×70％usf＜0.5p.u.rsdr.max得到当前电压跌落级别的整定电阻rsdr，其中rsdr.min和rsdr.max分别为当前电压跌落级别的最小电阻和最大电阻；其中，当前电压跌落级别的整定原则中，所述第二预设电流值为1.9倍的额定电流；同理，由于整定电阻的精度要求不高，为了简化计算，利用当前转子电流的最大临界值计算转子侧变流器的当前交流侧电压，也即此时的整定原则为另外，当并网点发生三相接地短路，也即当前并网点电压为0(usf＝0)，短路电流可写成：计及故障最严重的情况，应选取制动电阻为最大阻值也即接入的制动电阻的阻值为当前电压跌落级别的最大电阻。本发明实施例公开了一种具体的dfig的低电压穿越方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的本实施例中的制动电阻的可变阻值由第一电阻和第二电阻的控制开关组调整占空比配合等效得到。也即，所述接入与所述旁路开关并联的制动电阻，所述制动电阻的阻值与当前并网点电压对应的过程，具体包括：分别控制第一电阻和第二电阻各自的控制开关组的通断，使所述第一电阻和所述第二电阻的等效阻值与当前并网点电压对应。参见图3所示，所述第一电阻r1的控制开关igbt1与所述第一电阻r1串联得到第一串联电路，所述第二电阻r2的控制开关igbt2与所述第二电阻r2串联得到第二串联电路，所述第一串联电路和所述第二串联电路均与所述旁路开关并联。通过控制第一电阻的控制开关igbt1和第二电阻的控制开关igbt2的占空比就可以改变第一电阻r1和第二电阻r2的等效阻值，其投入的等效阻值为：其中d1、d2分别为igbt1、igbt2导通脉宽的占空比。除了图3这种两个电阻并联的形式之外，还可以设计成两个电阻串联的形式，参见图4所示，所述第一电阻r1的控制开关igbt1与所述第一电阻r1并联得到第一并联电路，所述第二电阻r2的控制开关ibgt2与所述第二电阻r2并联得到第二并联电路，所述第一并联电路和所述第二并联电路串联后与所述旁路开关并联。其调整方式与图3类似，此处不再赘述。除了本实施例中提到的各类调整制动电阻的阻值的方法外，还可以通过其他方式设置实现制动电阻功能的电路，这里不作限制。最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上对本发明所提供的一种dfig的低电压穿越方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。当前第1页12