CN102545267B - 双馈风电机组低电压穿越方法 - Google Patents

双馈风电机组低电压穿越方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102545267B
CN102545267B CN201210029338.0A CN201210029338A CN102545267B CN 102545267 B CN102545267 B CN 102545267B CN 201210029338 A CN201210029338 A CN 201210029338A CN 102545267 B CN102545267 B CN 102545267B
Authority
CN
China
Prior art keywords
crowbar circuit
double
rotor
reference value
oar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210029338.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102545267A (zh
Inventor
蔡旭
高强
曹云峰
凌禹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201210029338.0A priority Critical patent/CN102545267B/zh
Publication of CN102545267A publication Critical patent/CN102545267A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102545267B publication Critical patent/CN102545267B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Abstract

本发明公开一种双馈风电机组低电压穿越方法，包括如下步骤：1)检测转子电流；2)将检测得到的转子电流和参考值比较，如果大于参考值，启动撬棒电路；3)在启动撬棒电路的同时，启动紧急变桨系统，实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制。现有的撬棒电路的投入会恶化系统转速稳定性，本发明利用紧急变桨和撬棒技术协调控制，在电压跌落故障期间，利用变桨技术减少系统输入机械转矩，能够稳定系统转速稳定性。

Description

双馈风电机组低电压穿越方法
技术领域
本发明涉及一种风电保护技术领域的方法，具体地说，涉及的是一种双馈风电机组低电压穿越方法。
背景技术
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。其中风力发电已成为科研人员和商业企业关注的焦点。这是因为风能是一种可靠的、无限的、可再生的电力供应源。风电的大规模应用既可以缓解能源危机，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却给电网运行带来了较大的挑战。要想大规模的风电接入电网运行，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，但双馈机组最具挑战性，这是因为双馈机组对电网扰动。目前，较为成熟并商用的双馈机组低电压穿越技术是所谓的撬棒(Crowbar)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。而所谓的撬棒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以实现机组的不间断并网运行。如以下文献介绍的撬棒技术：
徐殿国，王伟，陈宁.基于撬棒保护的双馈电机风电场低电压穿越动态特性分析[J].中国电机工程学报2010，30(22)：29-36；
MorrenJ，deHaanSWH.RidethroughofWindTurbineswithDoubly-FedInductionGeneratorDuringaVoltageDip[J]，IEEETrans.EnergyConvers.，2005，20(2)：435-441；
RodriguezM，AbadG，SarasolaI，etal.CrowbarControlAlgorithmsforDoublyFedInductionGeneratorDuringVoltageDips[C].2005EuropeanConferenceonPowerElectronicsandApplications，Sep.11-14，2005：1-10，Dresden，Germany；
然而，然而撬棒技术却存在如下缺点：
1)对于持续时间较长的故障，撬棒技术却不能实现双馈风电机组不间断并网运行。
2)同时，由于撬棒电路的投入，转子故障电流快速衰减，反而恶化了系统的转速稳定，使机组转速上升更快。如果电压跌落故障时间较长，结果会进一步恶化。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种双馈风电机组低电压穿越方法，该方法利用紧急变桨和撬棒技术的协调控制来加强双馈机组低电压穿越能力。
为实现上述的目的，本发明所述的双馈风电机组低电压穿越方法，包括如下步骤：
1)检测转子电流；
2)将检测得到的转子电流和参考值比较，如果大于参考值，启动撬棒电路；
3)在启动撬棒电路的同时，启动紧急变桨系统，实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制。
所述检测转子电流，具体为：利用电流互感器实时监测双馈电机转子侧三相电流，然后变换为两相同步旋转坐标系下的dq轴电流。
所述实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制，具体为：首先实时检测转子电流，然后与参考值比较，输出撬棒电路逻辑控制信号，如果输出为高电平，启动撬棒电路，同时，变桨控制由正常模式切换到紧急控制模式，输出故障期间桨距角指令；如果故障期间，撬棒电路逻辑控制输出为低电平，撬棒电路退出运行，但变桨控制仍处于紧急控制模式直到系统电压故障切除为止。
现有的撬棒电路的投入会恶化系统转速稳定性，本发明利用紧急变桨和撬棒技术协调控制，在电压跌落故障期间，利用变桨技术减少系统输入机械转矩，能够稳定系统转速稳定性。
与现有技术相比较，本发明能够稳定系统转速稳定性，限制系统转速增加，防止系统过速保护动作，从而加强系统低电压穿越能力。
附图说明
图1为本发明一实施例中撬棒电路图。
图2为本发明一实施例中变桨系统原理图。
图3为本发明一实施例中在故障期间的转子电流波形图。
图4为本发明一实施例中在故障期间的转速波形图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的解释，但是以下的内容不用于限定本发明的保护范围。
本实施例提供一种双馈风电机组低电压穿越方法，具体应用的环境：基于仿真软件MATLAB/SIMULINK，验证了上述紧急变桨与撬棒协调控制对机组低电压穿越能力的提高和对系统转速稳定性的改善。仿真中所使用的双馈感应电机参数为：额定功率Pn＝1.5MW，额定电压Un＝575V，额定频率f＝60Hz，定子电阻Rs＝0.00706pu，定子漏感Lls＝0.171pu，转子电阻Rr＝0.005pu，转子漏感Llr＝0.156pu，互感Lm＝2.9pu，极对数p＝3，惯性时间常数H＝5s。仿真条件为：风速为13.7m/s，电压跌落至20％，故障3s时发生，持续时间为700ms，桨距角变化率为15deg/s，初始转速为1.1pu。
具体实施步骤如下：
1)检测转子电流；
本实施例中，由于是在MATLAB/SIMULINK软件中进行，转子电流直接从该软件的自带电机模型引出，其波形如图3所示。
实际应用中，可以利用电流互感器实时监测双馈电机转子侧三相电流，然后变换为两相同步旋转坐标系下的dq轴电流。
2)将检测到的转子电流和参考值比较，如果大于参考值，启动撬棒电路(图1)；如图1所示，撬棒电路主要由三相不可控制整流桥电路组成，其中一输出端与一个IGBT的一端相连，IGBT的另一端和一个电阻R的一端相连，电阻R的另一端和整流电路的另一端相连，整流器的三相输入与双馈电机的转子绕组相连。
本实施例中，参考值设置要保证转子电流不至于破坏变换器为依据，通常取其额定值的1.5倍。
3)在启动撬棒电路的同时，启动紧急变桨系统(图2)，实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制。
如图2所示，变桨系统原理图：Pw_lim是机械功率参考值，Pw是风轮输出机械功率，θref_em是紧急控制模式下的桨距角指令，Cp是功率系数，是桨距角θ和叶尖速比λ的函数；Cpmax和Cpmin分别是功率系数的最大值和最小值。θref_nor是正常模式下，桨距角指令，其中的逻辑控制用来实现故障模式和正常模式的转换。
本实施例中，首先实时检测转子电流，然后与参考值比较，如果其大于参考值，撬棒电路逻辑控制信号输出为高电平，启动撬棒电路，同时，变桨控制由正常模式切换到紧急控制模式，输出故障期间桨距角指令，从而实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制。如果转子故障电流降低至参考值以下，撬棒电路逻辑控制则输出为低电平，撬棒电路退出运行，但变桨控制仍处于紧急控制模式直到系统电压故障切除为止。
本实施例的实施结果或效果：
图3给出了所提协调控制和传统的撬棒电路技术在故障期间的转子电流波形，从波形上看出，协调控制抑制了转子故障电流的能力更强，尤其是故障切除后作用更加明显。
图4给出了所提协调控制和传统的撬棒电路技术在故障期间的转速波形，从图中可以看出，协调控制的应用明显改善了系统的转速稳定，抑制了系统的过快转速上升，从而改善了系统的低电压穿越能力。
本实施例经过仿真验证，撬棒电路和紧急变桨协调控制能够稳定系统转速稳定，防止系统转速保护跳闸，能够加强系统低电压穿越能力。
以上为本发明的一个实施例，应当理解的是，本发明还有其他的实施方式，本发明的创新在于将撬棒技术和紧急变桨技术结合，而不在于撬棒电路、紧急变桨系统本身，本发明中的撬棒电路、紧急变桨系统还可以采用现有其他的方式实现，不仅限于上述实施例中所述情形。
以上仅仅是对本发明的较佳实施例进行的详细说明，但是本发明并不限于以上实施例。应该理解的是，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员做出的各种修改，仍属于本发明的范围。

Claims (2)

1.一种双馈风电机组低电压穿越方法，其特征在于包括如下步骤：
1)检测转子电流；
2)将检测得到的转子电流和参考值比较，如果大于参考值，启动撬棒电路；所述参考值取转子电流额定值的1.5倍；
所述撬棒电路主要由三相不可控制整流桥电路组成，其中一输出端与一个IGBT的一端相连，IGBT的另一端和一个电阻R的一端相连，电阻R的另一端和整流电路的另一端相连，整流器的三相输入与双馈电机的转子绕组相连；
3)在启动撬棒电路的同时，启动紧急变桨系统，实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制；
所述实现紧急变桨和撬棒电路的协调控制，具体为：首先实时检测转子电流，然后与参考值比较，输出撬棒电路逻辑控制信号，如果输出为高电平，启动撬棒电路，同时，变桨控制由正常模式切换到紧急控制模式，输出故障期间桨距角指令；如果故障期间，撬棒电路逻辑控制输出为低电平，撬棒电路退出运行，但变桨控制仍处于紧急控制模式直到系统电压故障切除为止。
2.根据权利要求1所述的双馈风电机组低电压穿越方法，其特征在于：所述检测转子电流，具体为：利用电流互感器实时监测双馈电机转子侧三相电流，然后变换为两相同步旋转坐标系下的dq轴电流。
CN201210029338.0A 2012-02-09 2012-02-09 双馈风电机组低电压穿越方法 Active CN102545267B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210029338.0A CN102545267B (zh) 2012-02-09 2012-02-09 双馈风电机组低电压穿越方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210029338.0A CN102545267B (zh) 2012-02-09 2012-02-09 双馈风电机组低电压穿越方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102545267A CN102545267A (zh) 2012-07-04
CN102545267B true CN102545267B (zh) 2016-04-13

Family

ID=46351480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210029338.0A Active CN102545267B (zh) 2012-02-09 2012-02-09 双馈风电机组低电压穿越方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102545267B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101366179A (zh) * 2006-02-06 2009-02-11 莫塞德技术公司 电压电平转换器电路
CN102097825A (zh) * 2011-01-19 2011-06-15 北京科诺伟业科技有限公司 一种双馈风电变流器IGBT型Crowbar切出方法
CN102223126A (zh) * 2011-06-28 2011-10-19 北京清能华福风电技术有限公司 用于风力发电低电压穿越的变电阻Crowbar结构及其实现方法
CN102290827A (zh) * 2011-08-10 2011-12-21 国电联合动力技术(连云港)有限公司 用于双馈风力发电机的零电压穿越系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2863949B2 (ja) * 1990-06-20 1999-03-03 株式会社日立製作所 可変速発電機または電動機の励磁方法及びその装置
US7709972B2 (en) * 2007-08-30 2010-05-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine system for satisfying low-voltage ride through requirement

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101366179A (zh) * 2006-02-06 2009-02-11 莫塞德技术公司 电压电平转换器电路
CN102097825A (zh) * 2011-01-19 2011-06-15 北京科诺伟业科技有限公司 一种双馈风电变流器IGBT型Crowbar切出方法
CN102223126A (zh) * 2011-06-28 2011-10-19 北京清能华福风电技术有限公司 用于风力发电低电压穿越的变电阻Crowbar结构及其实现方法
CN102290827A (zh) * 2011-08-10 2011-12-21 国电联合动力技术(连云港)有限公司 用于双馈风力发电机的零电压穿越系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN102545267A (zh) 2012-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. Advanced control of doubly fed induction generator for wind power systems
CN108599256B (zh) 一种基于转速调节的直驱式风电机组低电压穿越控制方法
Li et al. Coordinated control of wind farm and VSC–HVDC system using capacitor energy and kinetic energy to improve inertia level of power systems
Fernández et al. Aggregated dynamic model for wind farms with doubly fed induction generator wind turbines
Blaabjerg et al. Power electronics for modern wind turbines
Kyaw et al. Fault ride through and voltage regulation for grid connected wind turbine
Ali et al. Modified rotor-side converter control design for improving the LVRT capability of a DFIG-based WECS
CN104113077A (zh) 一种双馈异步风力发电机高电压穿越的协调控制方法
Liu et al. Flexible control of DC-link voltage for doubly fed induction generator during grid voltage swell
CN203967764U (zh) 一种风力发电机组双模式变流器
CN105337311B (zh) 一种实现低电压穿越的永磁直驱同步风力发电机组及其协调控制策略
CN110380449A (zh) 单极闭锁故障下风电直流送出系统协调控制方法
CN103701147B (zh) 基于转子串电阻的双馈机组故障穿越方法
Liu et al. High voltage ride-through of grid-side converter for PMSG based directly driven wind turbines
CN111884256B (zh) 一种新能源机组高电压穿越方法及系统
Ouyang et al. An improved control method of fault ride-through for DPMWT-based wind farm considering coupling effect of HVDC transmission system
CN104795842B (zh) 一种含双馈风电场和永磁直驱风电场的混合风电场群的对称故障穿越控制方法
CN102545267B (zh) 双馈风电机组低电压穿越方法
Song et al. High voltage ride-through control method for DFIG-based wind turbines based on Resonant Controller
CN104362674A (zh) 一种基于安全运行电压的双馈风电机组高电压穿越方法
Tian et al. Active power and reactive power FRT coordinated control strategy of offshore wind farms connected to power grid with AC cables
CN106532726B (zh) 一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法
Gupta et al. Comparative study of SDBR and R-type SSFCL for enhancement of low voltage ride-through capability of wind-farms
Zheng et al. Control method for maximizing fault voltage of wind generation-integrated power systems with consideration of DFIG–grid coupling
Shukla et al. Dynamic Performance of DFIG based WECS under different Voltage Sag

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant