CN102214931B - 双馈感应风力发电机系统低电压穿越的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双馈感应风力发电机系统低电压穿越的装置及方法，本发明通过撬棒电阻等效阻值的实时调节，有效结合了使用大值电阻与使用小值电阻的优点，可以在直流母线电压波动不大的情况下，较好地抑制住转子电流的冲击，并较快地将转子电流衰减到安全范围内，有效地保护了转子励磁变换器，降低了对电网和机械系统的暂态冲击；同时通过电网电压跌落期间转子侧变换器和网侧变换器的协同无功功率补偿，有效协助了电网电压的安全稳定与恢复。

Description

双馈感应风力发电机系统低电压穿越的方法

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，尤其涉及一种双馈感应风力发电机系统低电压穿越的装置及方法。

背景技术

随着我国风力发电市场的不断扩大，风力发电在电力系统中所占比重逐年上升，其对于电网的影响已经不可忽略。因此，世界各国对风力发电系统提出了必须具备低电压穿越能力的要求，即在电网电压一定跌落范围内，风力发电机必须保持与电网相连，且要能向电网提供一定的无功功率(电压)支撑。双馈感应风力发电机（Doubly-Fed Induction Generator，简称DFIG）由于其变频器容量小，且能对有功功率和无功功率实现解耦控制等优点，广泛应用于风力发电系统中。

然而，由于双馈感应风力发电机定子与电网直接相连接，当电网电压发生跌落时，会在定转子侧产生很大的瞬态电流，同时由于风力机调节速度较慢，而电网电压此时已经较低，无法输送到电网的能量会导致直流母线电容快速充电使直流母线电压迅速上升。该电磁暂态过程会严重威胁双馈感应风力发电机系统的正常运行。因此，研究双馈感应风力发电机在电网故障情况下的低电压穿越能力成为当前一大热点。

现有文献研究表明，在电网故障情况下，依靠改进控制策略只能在一定程度上起到作用，但由于变换器容量及电机参数等因素的限制，一旦发生较为严重的电压跌落，单纯依靠控制策略的改进难以实现低电压穿越，必须增加硬件辅助电路，常用的有使用撬棒保护（Crowbar Protection）装置。很多文献都考虑了撬棒电阻阻值对双馈感应风力发电机组低电压穿越能力的影响。概括地说，首先，撬棒电阻阻值越大，转子的最大电流就越小，因此撬棒电阻阻值的设计首先要满足电网低电压发生时转子电流的最大值小于器件所允许的安全电流，由此可得到撬棒电阻的最小阻值；其次，如果撬棒电阻阻值太小，则会在撬棒保护动作过程中通过反向二极管对转子励磁变换器中的直流母线电容进行充电，造成直流母线电压过高进而危害变换器安全，因此撬棒电阻上的电压应该小于直流母线可以承受的最大电压值，由此可以计算出撬棒电阻阻值的最大值。综上可知，撬棒电阻的选择需满足以下两个条件：

a.阻值需足够大以限制故障发生时的最大瞬态定转子电流，

b.阻值需足够小以防止直流母线电压升至太高。

撬棒电阻的影响在低电压穿越过程中至关重要，但尚未有文献给出合适的确定撬棒电阻的方案。因此，在双馈感应风力发电机系统低电压穿越技术研究中，十分有必要优化现有撬棒保护装置拓扑结构，选取合适的撬棒电阻，并进行有效的低电压穿越流程安排以保证风电机组安全并尽可能地协助故障电网恢复。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于撬棒电阻阻值实时调节的双馈感应风力发电机系统低电压穿越的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种双馈感应风力发电机系统低电压穿越的方法，该方法在双馈感应风力发电机系统低电压穿越的装置上实现，所述双馈感应风力发电机系统低电压穿越的装置主要由双馈感应风力发电机、转子励磁变换器、撬棒保护装置、du/dt电感、LCL滤波器和系统控制器组成；其中，双馈感应风力发电机的转子三相绕组通过du/dt电感与转子励磁变换器一侧相连，转子励磁变换器的另一侧通过LCL滤波器与并网变压器连至电网；撬棒保护装置的三相输入端通过du/dt电感与双馈感应风力发电机的转子三相绕组相连接，在连接上与转子励磁变换器构成并联关系；系统控制器与转子励磁变换器和撬棒保护装置相连接；转子励磁变换器由网侧变换器、直流母线电容和转子侧变换器组成；该方法包括以下步骤：

（1）当电网低电压发生导致双馈感应风力发电机转子电流上升到等于或大于设定上限值时，系统控制器封锁转子侧变换器脉冲并导通撬棒保护装置开关，即投入撬棒保护装置，同时将转子侧变换器的有功功率指令设为零，并将转子电流环PI调节器积分项输入设为零；

（2）撬棒保护装置开关导通后，网侧变换器在满足必要的有功功率需求外，尽其所能地向电网提供无功功率支持；同时通过对撬棒电阻等效阻值的实时调节，在直流母线电压波动不大的情况下，较好地抑制住转子电流的冲击，并较快地使转子电流衰减到安全范围内，从而获得较理想的低电压穿越性能；

（3）当双馈感应风力发电机转子电流衰减到小于或等于设定下限值时，系统控制器关断撬棒保护装置开关即切除撬棒保护装置，同时开启转子侧变换器脉冲，转子侧变换器恢复工作并迅速为电网提供一定无功功率，协助电网恢复；

（4）电网电压恢复并且撬棒保护装置被切除后，将转子电流环PI调节器积分项输入恢复为指令电流和反馈电流的差值，网侧变换器缓慢恢复额定无功功率指令，同时转子侧变换器缓慢恢复额定无功功率指令和有功功率指令，随后系统恢复额定运行状态。

进一步地，所述步骤（2）通过以下子步骤来实现：

（2.1）根据双馈感应风力发电机系统的额定转子电流幅值和最大允许直流母线电压，确定分别为以三相转子电流最大幅值和直流母线电压为变量的函数f(|I_r|_max)和f(V_dc)；

函数f(|I_r|_max)和f(V_dc)分别为|I_r|_max和V_dc的正关系线性函数和负关系线性函数，即

$f\left({\left|I_r\right|}_{\max }\right)=\frac{{\left|I_r\right|}_{\max }-I_N}{I_N}$

$f\left(V_{\mathrm{dc}}\right)=\frac{V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}}-V_{\mathrm{dc}}}{V_N};$

其中，|I_r|_max为从du/dt电感与转子励磁变换器连接端测得的三相转子电流信号分别取绝对值后的最大值，即三相转子电流最大幅值，I_N为额定转子电流幅值，V_{dc_safe}为最大允许直流母线电压，V_dc为从转子励磁变换器直流母线电容两端测得的直流母线电压，V_N为额定直流母线电压；

（2.2）采用加权的方法对函数f(|I_r|_max)和f(V_dc)进行综合运算处理，得到变电阻信号；

变电阻信号可由以下公式得到：

$\begin{array}{c}\mathrm{\η}=f({\left|I_r\right|}_{\max },V_{\mathrm{dc}})=\mathrm{\α}\×f\left({\left|I_r\right|}_{\max }\right)+(1-\mathrm{\α})\×f\left(V_{\mathrm{dc}}\right)\\ =\mathrm{\α}\×\frac{{\left|I_r\right|}_{\max }-I_N}{I_N}+(1-\mathrm{\α})\×\frac{V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}}-V_{\mathrm{dc}}}{V_N}\end{array};$

其中，α为考虑转子电流影响的权重系数；

（2.3）将上述变电阻信号计算公式得到的结果做输出限幅，进而得到等效撬棒电阻阻值，实现撬棒电阻阻值的实时调节：将变电阻信号计算公式得到的结果做输出限幅，输出下限值为0，输出上限值为1，得到最终用于计算等效撬棒电阻阻值的变电阻信号η₀，进而得到等效撬棒电阻R_CB的阻值为：

R_CB=R₀+η₀×R₁；

其中，撬棒电阻是由电阻R₀与并联有斩波器的电阻R₁串联构成的电阻支路，其阻值选取过程如下：

首先，撬棒电阻阻值的设计首先要满足故障发生时转子电流的最大值小于器件所允许的安全电流I_safe，即：

$\frac{{\mathrm{\&omega;}}_r}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\frac{U_s}{\sqrt{{\left({\mathrm{\&omega;}}_r{L}_{\mathrm{\&sigma;}}\right)}^2+R_{\mathrm{CB}}^2}}<I_{\mathrm{safe}};$

由此式可以计算出撬棒电阻R_CB的最小值R_CBmin，即：

$R_{\mathrm{CB}\min }=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_r}{I_{\mathrm{safe}}}\sqrt{{\left(\frac{U_s}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\right)}^2-{\left(L_{\mathrm{\&sigma;}}{I}_{\mathrm{safe}}\right)}^2}\text{;}$

其次，撬棒电阻上的电压应该小于直流母线可以承受的电压值V_{dc_safe}，即：

$\frac{{\mathrm{\&omega;}}_r}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\frac{\sqrt{3}{R}_{\mathrm{CB}}{U}_s}{\sqrt{{\left({\mathrm{\&omega;}}_r{L}_{\mathrm{\&sigma;}}\right)}^2+R_{\mathrm{CB}}^2}}<V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}};$

由此式可运算出撬棒电阻R_CB的最大值R_CBmax：

$R_{\mathrm{CB}\max }=\frac{V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}}{\mathrm{\&omega;}}_r{L}_{\mathrm{\&sigma;}}}{\sqrt{3{(U_s{\mathrm{\&omega;}}_r/{\mathrm{\&omega;}}_1)}^2-V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}}^2}};$

上述四式中，L_σ=L_σs+L_σr为单相总漏感，L_σs，L_σr分别为定子相漏感和转子相漏感，U_s为定子相电压峰值，ω_r，ω₁分别为转子速旋转角速度和同步旋转角速度；

将电阻R₀取为撬棒电阻R_CB的最小值R_CBmin，将电阻R₁取为撬棒电阻R_CB的最大值与最小值的差值，即R₀=R_CBmin，R₁=R_CBmax-R_CBmin；此时，撬棒电阻阻值理论上能取到从R_CBmin到R_CBmax的不同值。

本发明与现有技术相比，其有效效果在于：本发明通过撬棒电阻等效阻值的实时调节，有效结合了使用大值电阻与使用小值电阻的优点，可以在直流母线电压波动不大的情况下，较好地抑制住转子电流的冲击，并较快地将转子电流衰减到安全范围内，有效地保护了转子励磁变换器，降低了对电网和机械系统的暂态冲击；同时通过电网电压跌落期间转子侧变换器和网侧变换器的协同无功功率补偿，有效协助了电网电压的安全稳定与恢复。

附图说明

图1为配备主动撬棒保护装置的双馈感应风力发电机系统结构框图；

图2为撬棒电阻阻值实时调节的主动式撬棒保护装置；

图3为低电压穿越时的双馈感应风力发电机系统的控制流程图；

图4-图10分别为低电压穿越时的采用本发明方法的双馈感应风力发电机的定子电压、定子电流、转子电流、直流母线电压、定子侧有功功率、定子侧无功功率、电磁转矩的运行效果图；

图11-图13分别为低电压穿越时，采用固定小值撬棒电阻，三相转子电流最大幅值、电磁转矩、直流母线电压的运行效果图；

图14-图16分别为低电压穿越时，采用固定大值撬棒电阻，三相转子电流最大幅值、电磁转矩、直流母线电压的运行效果图；

图17-图19分别为低电压穿越时，采用本发明的阻值实时调节撬棒电阻，三相转子电流最大幅值、电磁转矩、直流母线电压的运行效果图。

具体实施方式

下面根据附图详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

1.双馈感应风力发电机系统低电压穿越装置的结构

参见图1，本配备撬棒保护装置的双馈感应风力发电机系统由双馈感应风力发电机，转子励磁变换器，撬棒保护装置，du/dt电感，LCL滤波器以及系统控制器组成。

双馈感应风力发电机的转子三相绕组通过du/dt电感与转子励磁变换器一侧相连，转子励磁变换器的另一侧通过LCL滤波器与并网变压器连至电网。撬棒保护装置的三相输入端通过du/dt滤波器与双馈感应风力发电机的转子三相绕组相连接，在连接上与转子励磁变换器构成并联关系。系统控制器与转子励磁变换器和撬棒保护装置相连接。转子励磁变换器由网侧变换器、直流母线电容和转子侧变换器组成。

双馈感应风力发电机系统低电压穿越装置即撬棒保护装置如图2所示。撬棒保护装置的三相输入端与转子侧变换器和du/dt电感连接端相连，保证了双馈感应风力发电机组低电压穿越的实现。撬棒保护装置包括三相不控整流桥、撬棒电阻和开关。三相不控整流桥是大功率二极管构成的全桥式不控整流电路。撬棒电阻是由电阻R₀与并联有斩波器的电阻R₁串联构成的电阻支路，电阻R₀的阻值小于电阻R₁。三相不控整流桥的正输出端与撬棒电阻的一端相连，撬棒电阻的另一端通过开关与三相不控整流桥的负输出端相连。开关负责撬棒保护装置的投入与切出，开关可以为全控型可关断器件（如IGBT），但不限于此。与电阻R₁并联的斩波器可以由全控型可关断器件组成，但也不限于此。撬棒保护装置由系统控制器进行控制，如图1所示，斩波器与开关均与系统控制器相连。系统控制器将转子电流信号和直流母线电压信号进行综合运算，输出两路信号，撬棒控制信号给所述撬棒保护装置的开关，变电阻信号给撬棒保护装置中与电阻R₁并联的斩波器。

2.双馈感应风力发电机系统低电压穿越的方法

如图3所示，双馈感应风力发电机系统低电压穿越的方法如下：

1、当电网低电压发生导致双馈感应风力发电机转子电流上升到等于或大于设定上限值时，系统控制器封锁转子侧变换器脉冲并导通撬棒保护装置开关，即投入撬棒保护装置，同时将转子侧变换器的有功功率指令设为零，并将转子电流环PI调节器积分项输入设为零；

2、撬棒保护装置开关导通后，网侧变换器在满足必要的有功功率需求外，尽其所能地向电网提供无功功率支持；同时通过对撬棒电阻等效阻值的实时调节，可以在直流母线电压波动不大的情况下，较好地抑制住转子电流的冲击，并较快地使转子电流衰减到安全范围内，从而获得较理想的低电压穿越性能；

3、当双馈感应风力发电机转子电流衰减到小于或等于设定下限值，系统控制器关断撬棒保护装置开关即切除撬棒保护装置，同时开启转子侧变换器脉冲，转子侧变换器恢复工作并迅速为电网提供一定无功功率，协助电网恢复；

4、电网电压恢复并且撬棒保护装置被切除后，将转子电流环PI调节器积分项输入恢复为指令电流和反馈电流的差值，网侧变换器缓慢恢复额定无功功率指令，同时转子侧变换器缓慢恢复额定无功功率指令和有功功率指令，随后系统恢复额定运行状态。

下面将上述步骤2中撬棒电阻等效阻值实时调节的实现过程详细阐述如下：

1.根据双馈感应风力发电机系统的额定转子电流幅值和最大允许直流母线电压，确定分别为以三相转子电流最大幅值和直流母线电压为变量的函数f(|I_r|_max)和f(V_dc)；

函数f(|I_r|_max)和f(V_dc)分别为|I_r|_max和V_dc的正关系线性函数和负关系线性函数，即

$f\left({I_r}_{\max }\right)=\frac{{\left|I_r\right|}_{\max }-I_N}{I_N}$

$f\left(V_{\mathrm{dc}}\right)=\frac{V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}}-V_{\mathrm{dc}}}{V_N};$

其中，|I_r|_max为从du/dt电感与转子励磁变换器连接端测得的三相转子电流信号分别取绝对值后的最大值，即三相转子电流最大幅值，I_N为额定转子电流幅值，V_{dc_safe}为最大允许直流母线电压，V_dc为从转子励磁变换器直流母线电容两端测得的直流母线电压，V_N为额定直流母线电压。

2.采用加权的方法对函数f(|I_r|_max)和f(V_dc)进行综合运算处理，得到变电阻信号；

变电阻信号可由以下公式得到：

$\begin{array}{c}\mathrm{\&eta;}=f({\left|I_r\right|}_{\max },V_{\mathrm{dc}})=\mathrm{\&alpha;}\&times;f\left({\left|I_r\right|}_{\max }\right)+(1-\mathrm{\&alpha;})\&times;f\left(V_{\mathrm{dc}}\right)\\ =\mathrm{\&alpha;}\&times;\frac{{\left|I_r\right|}_{\max }-I_N}{I_N}+(1-\mathrm{\&alpha;})\&times;\frac{V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}}-V_{\mathrm{dc}}}{V_N}\end{array};$

其中，α为考虑转子电流影响的权重系数。

上式即用一个以三相转子电流最大幅值|I_r|_max和直流母线电压V_dc为变化量的函数f(|I_r|_max,V_dc)来计算变电阻信号η，进而确定斩波器的占空比m，m=1-η。权重系数α根据实际要求在0～1范围内作相应的调整，以获得期望的控制效果，即，如果系统对转子电流抑制的要求比较高，则可将权重系数α取得相对较大;若系统对直流母线电压限制要求比较高，则可将权重系数α取得相对较小。一般而言，由于直流母线电容容量较大，直流母线电压相比转子电流变化要缓慢得多，因此，控制转子电流变化显得更为重要，故α取值范围一般为0.5～1。

3.将上述变电阻信号计算公式得到的结果做输出限幅，进而得到等效撬棒电阻阻值，实现撬棒电阻阻值的实时调节。

将变电阻信号计算公式得到的结果做输出限幅，输出下限值为0，输出上限值为1，得到最终用于计算等效撬棒电阻阻值的变电阻信号η₀，进而得到等效撬棒电阻R_CB的阻值为

R_CB=R₀+η₀×R₁。

其中，R₀、R₁和撬棒电阻的关系如图2所示，其阻值选取过程如下：

首先，撬棒电阻阻值的设计首先要满足故障发生时转子电流的最大值小于器件所允许的安全电流I_safe，即

$\frac{{\mathrm{\&omega;}}_r}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\frac{U_s}{\sqrt{{\left({\mathrm{\&omega;}}_r{L}_{\mathrm{\&sigma;}}\right)}^2+R_{\mathrm{CB}}^2}}<I_{\mathrm{safe}};$

由此式可以计算出撬棒电阻R_CB的最小值R_CBmin，即：

$R_{\mathrm{CB}\min }=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_r}{I_{\mathrm{safe}}}\sqrt{{\left(\frac{U_s}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\right)}^2-{\left(L_{\mathrm{\&sigma;}}{I}_{\mathrm{safe}}\right)}^2}\text{;}$

其次，撬棒电阻上的电压应该小于直流母线可以承受的电压值V_{dc_safe}，即：

$\frac{{\mathrm{\&omega;}}_r}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\frac{\sqrt{3}{R}_{\mathrm{CB}}{U}_s}{\sqrt{{\left({\mathrm{\&omega;}}_r{L}_{\mathrm{\&sigma;}}\right)}^2+R_{\mathrm{CB}}^2}}<V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}};$

由此式可运算出撬棒电阻R_CB的最大值R_CBmax：

$R_{\mathrm{CB}\max }=\frac{V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}}{\mathrm{\&omega;}}_r{L}_{\mathrm{\&sigma;}}}{\sqrt{3{(U_s{\mathrm{\&omega;}}_r/{\mathrm{\&omega;}}_1)}^2-V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}}^2}};$

上述四式中，L_σ=L_σs+L_σr为单相总漏感，L_σs，L_σr分别为定子相漏感和转子相漏感，U_s为定子相电压峰值，ω_r，ω₁分别为转子速旋转角速度和同步旋转角速度

将电阻R₀取为撬棒电阻R_CB的最小值R_CBmin，将电阻R₁取为撬棒电阻R_CB的最大值与最小值的差值，即R₀=R_CBmin，R₁=R_CBmax-R_CBmin。此时，撬棒电阻阻值理论上能取到从R_CBmin到R_CBmax的不同值。

以上所述的变电阻信号产生公式的意义在于：

（为更方便地说明问题，记 ${\mathrm{\&eta;}}_1=\mathrm{\&alpha;}\&times;\frac{{\left|I_r\right|}_{\max }-I_N}{I_N},{\mathrm{\&eta;}}_2=(1-\mathrm{\&alpha;})\&times;\frac{V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{high}}-V_{\mathrm{dc}}}{V_N},$ 则有η=η₁+η₂）

在低电压发生瞬间及之后很小的一段时间里，三相转子电流最大幅值|I_r|_max上冲得非常快，而直流母线电压V_dc相对而言上升得比较慢，此时η₁，η₂均为较大的正值（分别相对于以后阶段的η₁，η₂值而言），则可变电阻信号η=η₁+η₂为较大正值，即等效投入较大阻值的撬棒电阻，有效抑制了转子电流的过大冲击；撬棒保护装置投入工作一段时间后，三相转子电流最大幅值|I_r|_max已有所衰减，而直流母线电压V_dc在累积的直流母线电容充电效应作用下已上升至较大值，此时η₁，η₂相对于前一阶段均已有所减小，则η=η₁+η₂相对于前一阶段而言也较小，即等效投入较小阻值的撬棒电阻，加速三相转子电流最大幅值|I_r|_max的衰减，限制直流母线电压的过快上升。

本发明所提供的双馈感应风力发电机系统低电压穿越的装置及方法，可以在直流母线电压波动不大的情况下，较好地抑制住转子电流的冲击，并较快地将转子电流衰减到安全范围内，有效地保护了转子励磁变换器，降低了对电网和机械系统的暂态冲击；同时通过电网电压跌落期间转子侧变换器和网侧变换器的协同无功功率补偿，有效协助了电网电压的安全稳定与恢复。

3.实施例

下面以一台1.5MW的商用双馈感应风力发电机的研究进行本发明的控制效果分析。电机定子额定电压690V，额定直流母线电压1050V。电网故障前，DFIG以额定功率运行，转速1800转/分(1.2pu)，定子发出有功功率为0.84pu(此时系统发出总有功功率为1pu)，发出无功功率为0。运行至0.3s时，电网电压骤降至15%，持续300ms。

由图4-图10可以看到，采用了本发明的低电压穿越方法，能将定转子电流峰值控制在2倍额定峰值电流范围内，并且电磁转矩脉动较小，直流母线电压波动较小，在安全范围以内，且能很快恢复给定值，可见发电机对系统造成的电磁冲击和机械冲击均较小。同时由于在故障过程中网侧变换器和转子侧变换器都向电网提供了一定的无功支持，电网电压有了一定程度的抬升，有利于电网电压的恢复。

由图11-图13的控制波形可以看出，如果采用单个小值撬棒电阻，则转子电流峰值和电磁转矩都会冲至较大值，会对系统造成较大损害；如果采用单个大值撬棒电阻，如图14-图16所示，则会将直流母线电压抬升至过高值；而当采用本发明所述的基于阻值实时调节撬棒电阻的低电压穿越方法时，能在直流母线电压波动不大的情况下，较好地限制住转子电流峰值和电磁转矩波动，取得了较好的低电压穿越效果，参见图图17-图19。

本发明所述的基于撬棒阻值实时调节的方法，其依据是检测转子电流和直流母线电压这两个体现暂态过程最重要的量，因此能在任何故障条件下，都找到合适的撬棒电阻阻值变化趋势，可以在直流母线电压波动不大的情况下，根据转子电流的变化情况进行撬棒电阻阻值调节，较好地抑制住转子电流的冲击，并较快地将转子电流衰减到安全范围内，有效地保护了转子励磁变换器，降低了对电网和机械系统的暂态冲击；同时通过电网电压跌落期间转子侧变换器和网侧变换器的协同无功功率补偿，有效协助了电网电压的安全稳定与恢复。

Claims (2)

1.一种双馈感应风力发电机系统低电压穿越的方法，该方法在双馈感应风力发电机系统低电压穿越的装置上实现，所述双馈感应风力发电机系统低电压穿越的装置主要由双馈感应风力发电机、转子励磁变换器、撬棒保护装置、du/dt电感、LCL滤波器和系统控制器组成；其中，双馈感应风力发电机的转子三相绕组通过du/dt电感与转子励磁变换器一侧相连，转子励磁变换器的另一侧通过LCL滤波器与并网变压器连至电网；撬棒保护装置的三相输入端通过du/dt电感与双馈感应风力发电机的转子三相绕组相连接，在连接上与转子励磁变换器构成并联关系；系统控制器与转子励磁变换器和撬棒保护装置相连接；转子励磁变换器由网侧变换器、直流母线电容和转子侧变换器组成；其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）当电网低电压发生导致双馈感应风力发电机转子电流上升到等于或大于设定上限值时，系统控制器封锁转子侧变换器脉冲并导通撬棒保护装置开关，即投入撬棒保护装置，同时将转子侧变换器的有功功率指令设为零，并将转子电流环PI调节器积分项输入设为零；

（2）撬棒保护装置开关导通后，网侧变换器在满足必要的有功功率需求外，尽其所能地向电网提供无功功率支持；同时通过对撬棒电阻等效阻值的实时调节，在直流母线电压波动不大的情况下，较好地抑制住转子电流的冲击，并较快地使转子电流衰减到安全范围内，从而获得较理想的低电压穿越性能；

（3）当双馈感应风力发电机转子电流衰减到小于或等于设定下限值时，系统控制器关断撬棒保护装置开关即切除撬棒保护装置，同时开启转子侧变换器脉冲，转子侧变换器恢复工作并迅速为电网提供一定无功功率，协助电网恢复；

（4）电网电压恢复并且撬棒保护装置被切除后，将转子电流环PI调节器积分项输入恢复为指令电流和反馈电流的差值，网侧变换器缓慢恢复额定无功功率指令，同时转子侧变换器缓慢恢复额定无功功率指令和有功功率指令，随后系统恢复额定运行状态。

2.根据权利要求1所述的双馈感应风力发电机系统低电压穿越的方法，其特征在于，所述步骤（2）通过以下子步骤来实现：

（2.1）根据双馈感应风力发电机系统的额定转子电流幅值和最大允许直流母线电压，确定分别为以三相转子电流最大幅值和直流母线电压为变量的函数f(|I_r|_max)和f(V_dc)；

函数f(|I_r|_max)和f(V_dc)分别为|I_r|_max和V_dc的正关系线性函数和负关系线性函数，即

$f\left(\right|I_r{|}_{\max })=\frac{|I_r{|}_{\max }-I_N}{I_N}$

$f\left(V_{\mathrm{dc}}\right)=\frac{V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}}-V_{\mathrm{dc}}}{V_N};$

其中，|I_r|_max为从du/dt电感与转子励磁变换器连接端测得的三相转子电流信号分别取绝对值后的最大值，即三相转子电流最大幅值，I_N为额定转子电流幅值，

V_{dc_safe}为最大允许直流母线电压，V_dc为从转子励磁变换器直流母线电容两端测得的直流母线电压，V_N为额定直流母线电压；

（2.2）采用加权的方法对函数f(|I_r|_max)和f(V_dc)进行综合运算处理，得到变电阻信号；

变电阻信号可由以下公式得到：

$\begin{array}{c}\mathrm{\&eta;}=f\left(\right|I_r{|}_{\max },V_{\mathrm{dc}})=\mathrm{\&alpha;}\&times;f\left(\right|I_r{|}_{\max })+(1-\mathrm{\&alpha;})\&times;f\left(V_{\mathrm{dc}}\right)\\ =\mathrm{\&alpha;}\&times;\frac{|I_r{|}_{\max }-I_N}{I_N}+(1-\mathrm{\&alpha;})\&times;\frac{V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}}-V_{\mathrm{dc}}}{V_N}\end{array};$

其中，α为考虑转子电流影响的权重系数；

（2.3）将上述变电阻信号计算公式得到的结果做输出限幅，进而得到等效撬棒电阻阻值，实现撬棒电阻阻值的实时调节：将变电阻信号计算公式得到的结果做输出限幅，输出下限值为0，输出上限值为1，得到最终用于计算等效撬棒电阻阻值的变电阻信号η₀，进而得到等效撬棒电阻R_CB的阻值为：

R_CB=R₀+η₀×R₁；

其中，撬棒电阻是由电阻R₀与并联有斩波器的电阻R₁串联构成的电阻支路，其阻值选取过程如下：

首先，撬棒电阻阻值的设计首先要满足故障发生时转子电流的最大值小于器件所允许的安全电流I_safe，即：

$\frac{{\mathrm{\&omega;}}_r}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\frac{U_s}{\sqrt{{\left({\mathrm{\&omega;}}_r{L}_{\mathrm{\&sigma;}}\right)}^2+R_{\mathrm{CB}}^2}}<I_{\mathrm{safe}};$

由此式可以计算出撬棒电阻R_CB的最小值R_CBmin，即：

$R_{\mathrm{CB}\min }=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_r}{I_{\mathrm{safe}}}\sqrt{{\left(\frac{U_s}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\right)}^2-{\left(L_{\mathrm{\&sigma;}}{I}_{\mathrm{safe}}\right)}^2};$

其次，撬棒电阻上的电压应该小于直流母线可以承受的电压值V_{dc_safe}，即：

$\frac{{\mathrm{\&omega;}}_r}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\frac{\sqrt{3}{R}_{\mathrm{CB}}{U}_s}{\sqrt{{\left({\mathrm{\&omega;}}_r{L}_{\mathrm{\&sigma;}}\right)}^2+R_{\mathrm{CB}}^2}}<V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}};$

由此式可运算出撬棒电阻R_CB的最大值R_CBmax：

$R_{\mathrm{CB}\max }=\frac{V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}}{\mathrm{\&omega;}}_r{L}_{\mathrm{\&sigma;}}}{\sqrt{3{(U_s{\mathrm{\&omega;}}_r/{\mathrm{\&omega;}}_1)}^2-V_{\mathrm{dc}\_\mathrm{safe}}^2}};$

上述四式中，L_σ=L_σs+L_σr为单相总漏感，L_σs，L_σr分别为定子相漏感和转子相漏感，U_s为定子相电压峰值，ω_r、ω₁分别为转子旋转角速度和同步旋转角速度；

将电阻R₀取为撬棒电阻R_CB的最小值R_CBmin，将电阻R₁取为撬棒电阻R_CB的最大值与最小值的差值，即R₀=R_CBmin，R₁=R_CBmax-R_CBmin；此时，撬棒电阻阻值理论上能取到从R_CBmin到R_CBmax的不同值。

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