CN103178548A - 一种双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法。在双馈风力发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，所述双馈风力发电机组的转子Crowbar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τ_r时长后且转子电流值小于Crowbar保护动作门槛值时，所述转子Crowbar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，从而提高双馈风力发电机组的故障穿越能力。

Description

一种双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法

技术领域

本发明涉及新能源电源控制技术领域，尤其涉及一种双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法。

背景技术

目前，对于风电场中应用最为广泛的双馈风力发电机组来说，故障时发电机定子电压突然跌落，将使定子磁链中产生较大衰减直流分量。由于发电机定转子绕组之间存在电磁耦合关系，定子磁链的直流分量将使转子绕组中感应产生较大的暂态电压和电流。而双馈风力发电机组转子绕组处所接变换器的额定容量相对较小（仅为机组额定容量的20%-30%），且该变换器本身过流和耐压能力又较差，所以电网故障对转子励磁变换器安全运行的威胁极大，为保护这些变换器，目前应用最为广泛的是在转子绕组侧引入撬棒保护电路（又称Crowbar电路）。

但是现有基于转子Crowbar电路的故障穿越控制技术，仅从保护变换器的角度，考虑转子Crowbar电路的投切控制是存在一定问题的，这是因为在Crowbar电路投入运行情况下（转子绕组侧变换器闭锁），双馈发电机处于异步发电的不可控状态，特别是在Crowbar电路投入运行时间较长时，发电机将会从电网吸收大量无功功率，不仅对所接电网电压稳定产生非常不利的影响，也不能有效保障故障切除后风力发电机组快速恢复正常运行。另外，现有多数低电压穿越控制策略也把直流母线电压作为转子Crowbar电路的投切条件之一，忽略了故障期间直流母线电压变化的根本原因。事实上，直流母线电压与其两侧所接网侧和转子侧变换器的功率流向及大小均有关，仅通过转子Crowbar电路的投切控制并不能很好地保证故障期间直流电压能够在直流母线电容或变换器的电压耐受水平范围之内，该电压一旦超出上述范围，发电机组将会因电容或变换器本身保护动作而被迫从电网中切除。

同时，现有的低电压穿越控制策略也很少涉及故障切除后双馈风力发电机组如何快速恢复正常运行状态，实质上，对于双馈风力发电机组来说，故障切除与故障发生相类似，由于机端电压突变导致发电机定子磁链中产生的较大衰减直流分量也将直接影响转子电压和电流。而变换器本身的调节和控制能力是有限的，故障切除后如不采取合适的控制策略风电机组将并不能达到稳定运行状态。由此可见，现有的双馈风力发电机组的故障穿越控制策略并不能很好地满足新电网规则所要求的风电机组低电压穿越能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法，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，从而提高双馈风力发电机组的故障穿越能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法，所述控制方法包括：

在电网故障下，当通过双馈风力发电机组的转子电流超过转子变换器的最大允许电流值时，所述双馈风力发电机组的转子Crowbar电路将投入运行，同时闭锁所述转子变换器，发电机转子绕组经所述转子Crowbar电路短接；

在故障发生期间，当所述转子Crowbar电路投入时长为τ_r后且转子电流值小于Crowbar保护动作门槛值时，所述转子Crowbar电路退出运行，同时重启转子变换器，使双馈风力发电机进入无功功率工作模式；

故障切除后，转子变换器通过恢复控制策略切换到有功功率工作模式，停止向电网注入无功电流，其中在恢复控制策略作用的初始时刻将转速控制回路中PI控制器积分环节的输出重置为实际转子电流值。

所述转子Crowbar电路投入时长τ_r由以下方式获得：

利用获取的所述双馈风力发电机组的转子绕组参数和转子Crowbar电阻值，采用如下公式计算等效时间常数τ_r：

τ_r＝(R_r+R_crow)/L_σ

其中L_s和L_r分别为发电机的定转子绕组等效电感，L_m为定转子绕组互感，R_r为转子绕组的等效电阻，R_crow为转子Crowbar电阻值。

所述控制方法还包括：在故障发生期间，一旦直流母线电压实际值与参考值之差超过0.1pu，所述直流母线电压控制回路使直流卸荷电路投入。

所述控制方法还包括：

在故障发生期间，为防止所述转子Crowbar电路投入期间转子d轴和q轴电流控制回路中的比例积分PI控制器积分饱和，该PI控制器的输入信号被置零；

且当所述转子变换器重启后，转子q轴电流分量参考值设置为零，而d轴电流分量参考值从故障发生前的对应参考值逐渐增加为按照我国电网要求风电机组应提供的无功支撑所对应的参考值

其中，Q_G＝1.5γ(0.9-γ)为故障下发电机组应向电网提供的无功功率标幺值，γ为故障后发电机机端电压的跌落程度，L_s＝L_sσ+L_m，L_r＝L_rσ+L_m，且L_sσ、L_rσ分别为发电机的定转子绕组漏感，L_m为定转子绕组互感。

所述控制方法还包括：在故障切除后，所述转子变换器在恢复控制策略执行的初始时刻，转速PI控制器积分环节的输出重置为实际转子电流值，并在该转速PI控制器的输入端设置速率限制环节。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述控制方法包括：双馈风力发电机组所接外部电网发生故障时，当所述转子电流超过转子变换器的最大允许电流值时，双馈风力发电机组将投入转子Crowbar电路，同时闭锁所述转子变换器，此时双馈风力发电机转子绕组经所述转子Crowbar电路短接；在故障持续期间，当所述转子Crowbar电路投入时长为Tr后且转子电流小于Crowbar保护动作门槛值时，转子Crowbar电路被退出，同时重启转子侧变换器，使发电机向电网提供一定无功支撑；在故障切除后，转子变换器通过恢复控制策略切换到有功功率工作模式，停止向电网注入无功电流，其中在恢复控制策略作用的初始时刻将所述转速环PI控制器积分环节的输出重置为转子实际电流值，以保证发电机能够快速恢复正常运行。利用该方法可克服现有故障穿越控制策略中存在的缺陷，从而提高逆双馈风力发电机组的故障穿越能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的转子Crowbar电路投切控制策略框图；

图3为本发明实施例提供的转子侧变换器重启控制策略原理框图；

图4为本发明实施例提供的转子侧变换器恢复控制策略原理框图；

图5为本发明实施例提供的直流卸荷电路控制框图；

图6为本发明实施例提供的含双馈风力发电机组的电网拓扑结构模型示意图；

图7为本发明实施例提供的故障发生和切除全过程中双馈风力发电机机端电压波形图；

图8为本发明实施例提供的故障全过程中双馈风力发电机定子磁链波形图；

图9为本发明实施例提供的故障全过程中发电机转子电流低频分量幅值变化曲线图；

图10为本发明实施例提供的故障全过程中发电机实际转子电流幅值曲线图；

图11为本发明实施例提供的故障全过程中直流卸荷电路投切信号图；

图12为本发明实施例提供的故障全过程中直流母线电压变化曲线图；

图13为本发明实施例提供的发电机定子侧无功功率变化曲线图。

具体实施方式

下面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，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例所述双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法能够在尽可能短的时间内利用转子Crowbar电路使故障引起的较大的转子暂态电流分量尽快衰减，并通过对正常运行时转子侧变换器相关控制器进行稍加改进，充分发挥转子侧变换器的调节与控制能力，使故障期间发电机组能向电网提供所要求的无功功率支撑，故障切除后发电机组能快速恢复到正常运行状态。同时，结合直流卸荷电路及相关控制策略，保证在故障发生和切除全过程中直流母线电压变化不超过直流电容或变换器最大允许电压范围。下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供双馈风力发电机组的故障穿越控制方法流程示意图，图1中所述控制方法包括：

步骤11：在双馈风力发电机组的电网故障下，使双馈风力发电机组的转子Crowbar电路投入运行，同时闭锁转子变换器，所述双馈风力发电机组转子绕组经所述转子Crowbar电路短接。

在该步骤中，当通过所述双馈风力发电机组转子绕组的流入转子变换器的电流超过其最大允许电流值（一般为1.5-2倍额定电流）时，所述双馈风力发电机组的转子Crowbar电路投入运行，同时闭锁转子变换器，所述双馈风力发电机组转子绕组经所述转子Crowbar电路短接。如图2所示为本发明实施例所述转子Crowbar电路投切控制策略的示意图，参考图2：

具体来说，转子电流与定子磁链矢量之间的关系为：

$\frac{{\mathrm{dI}}_r}{\mathrm{dt}}+({\mathrm{\τ}}_r-\mathrm{j\ω})I_r=L_{\mathrm{\λ}}({\mathrm{j\ω\ψ}}_s-\frac{{\mathrm{d\ψ}}_s}{\mathrm{dt}})---\left(1\right)$

上式（1）中，Ir，ψ_s分别为转子电流和定子磁链矢量；ω=pω_r，p为发电机磁极对数，ω_r为转子机械转速。

L_λ＝L_m(L_sL_σ)；L_s＝L_sσ+L_m，L_r＝L_rσ+L_m；其中L_sσ，L_rσ分别为发电机的定转子漏感，L_m为定转子互感。τ_r＝(R_r+R_crow)/L_σ，其中τ_r为转子绕组等效时间常数，R_r转子绕组等效电阻，R_crow为转子Crowbar电阻值。

这里，可以设t=t₀时发生电网故障，忽略定子电阻上的电压降落，故障后发电机定子磁链为：

${\mathrm{\ψ}}_s=\frac{{\mathrm{\γU}}_{\mathrm{sm}}}{{\mathrm{j\ω}}_1}{e}^{j({\mathrm{\ω}}_1(t-t_0)+\mathrm{\φ})}+\frac{1-\mathrm{\γ}}{{\mathrm{j\ω}}_1}{U}_{\mathrm{sm}}{e}^{\mathrm{j\φ}}{e}^{-(t-t_0)/{\mathrm{\τ}}_s}---\left(2\right)$

上式中，γ为电网故障后发电机机端电压的跌落程度；Usm，φ为故障前定子电压幅值和初相角；τ_s=R_s/L_s，τ_s为定子磁链直流分量衰减时间常数。与转子Crowbar电阻相比，定子电阻相对较小，所以定子磁链直流分量的衰减持续时间相对较长。

根据上述式（1）和（2），在转速旋转坐标系中转子故障电流表达式为：

$I_r^{\mathrm{\ω}}=I_{\mathrm{rf}}^{\mathrm{\ω}}+I_{\mathrm{rs\ψ}}^{\mathrm{\ω}}+I_{\mathrm{rr\ψ}}^{\mathrm{\ω}}---\left(3\right)$

其中，

$I_{\mathrm{rr\ψ}}^{\mathrm{\ω}}=[I_r(t=t_0)-I_{\mathrm{rs\ψ}}^{\mathrm{\ω}}(t=t_0)-I_{\mathrm{rf}}^{\mathrm{\ω}}(t=t_0)]e^{-(t-t_0)/{\mathrm{\τ}}_r}---\left(6\right)$

上式中，I_r(t＝t₀)为故障前转子电流矢量；ω₂=ω₁-ω为转子绕组上电流角频率。

从上式可以看出，转子电流中包含时间常数为τ_r的衰减直流分量，时间常数为τ_s的衰减周期分量（周期与发电机转速角频率有关）和周期为ω₂的稳态分量。其中，周期衰减量

主要是由于定子磁链不能突变而在转子绕组上感应产生的电流分量，其受电压跌落程度、发电机转速以及转子Crowbar电阻阻值等影响较大，衰减时间常数相对较大（τ_s＜τ_r）。感应电流项

是主要是由于转子磁链不能突变感应而产生的电流分量，其系数由故障前转子电流矢量与故障发生时刻由定子磁链动态变化产生的电流矢量之差有关，对应衰减时间常数相对较小。

所以，电网故障引起机端电压跌落程度较严重时，转子绕组过电流实际上主要是由

项和

项造成。尽管故障期间若将转子Crowbar电路投入时间设置为大于τ_s，可有效保证转子侧变换器重新投入运行后其上流过的电流小于最大允许电流，但是由于τ_s相对较大，这将导致转子侧变换器在相对较长时间内将失去调节与控制能力。所以，本实施例中转子Crowbar电路投入时间取为τ_r，即转子绕组等效时间常数。

步骤12：在故障发生期间，当所述转子Crowbar电路投入时长为τ_r后且转子电流值小于Crowbar保护动作门槛值时，转子Crowbar电路将退出，同时重启转子侧变换器。

在该步骤中，相比现有转子Crowbar投切控制策略，本实施例中转子Crowbar电路的投切控制策略在有效防止转子侧变换器过流的基础上，能够保证转子变换器在较短时间内重启，在故障期间能发挥转子变换器应有的调节与控制作用。

为防止转子Crowbar电路投入期间转子变换器电流控制回路中PI控制器积分饱和，电流PI控制器输入差信号被置零；一旦转子变换器重启，转子电流PI控制器的输入信号将分别切换为d轴和q轴电流实际值与参考值之差。

在具体实现中，所述转子Crowbar电路投入时长τ_r由以下方式获得：

利用获取的所述双馈风力发电机组的定转子绕组参数和转子Crowbar电阻值，采用如下公式计算等效时间常数τ_r：

τ_r＝(R_r+R_crow)L_σ，其中

R_r为转子绕组的等效电阻，R_crow为转子Crowbar电阻值。

举例来说，如图3所示为本发明实施例所述转子变换器重启控制策略的实现方案示意图，图3中：在转子变换器重启控制策略作用的初始阶段，由于定子磁链直流分量仍较大，导致转子电流中

分量也相对较大，而该分量在定子磁链定向的两相旋转坐标系中表现为非直流量（周期性波动），实际上图3中PI控制器并不能很好地抑制该交流分量。为了保证电流控制器输出尽量不超过变换器调制波的最大幅值限制，即转子变换器不失控，转子电流q轴分量参考值设置为零，而d轴分量（无功分量）参考值应

逐渐增加为

保证故障期间发电机组能够向电网提供所需的无功功率支撑。其中，

为电网正常时双馈风力发电机转子电流无功功率参考值，一般设置为某一恒定值或由发电机无功功率控制环决定。

根据我国风电机组低电压穿越标准要求，在基于定子磁链矢量定向的同步旋转坐标系中转子电流的无功功率分量参考值

（标幺值）应满足如下表达式：

$i_{\mathrm{rd}}^{\mathrm{ref}2}=\frac{Q_G{L}_s}{\mathrm{\γ}{L}_m}+\frac{\mathrm{\γ}}{L_m}---\left(7\right)$

上式中，Q_G＝1.5γ(0.9-γ)为故障期间发电机组应向电网提供的无功功率标幺值。这样在定子磁链直流分量逐渐衰减的基础上，转子变换器逐渐进入无功功率补偿工作模式。这里需要特别说明的是，转子电流无功分量参考值增加的速率不能太大，其主要受定子磁链直流分量衰减速率限制。

另外，如上所述，在故障期间转子变换器有功电流分量设置为零很重要的一个原因是，在故障引起发电机定子电压跌落严重情况下，保证能够充分发挥转子变换器的无功调节能力，而不至于使转子变换器因过流而导致其自身保护动作。在上述转子变换器有功分量参考值设置值的情况下，故障期间发电机的电磁转矩将会很小，而风速在故障前后基本保持不变，这将导致发电机转速增大，一旦超过其额定转速，风力机变桨距角控制系统将产生作用，从而保证发电机不会因超速保护动作而被迫从电网切除。

步骤13：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，停止向电网注入无功电流。

在该步骤中，如图4所示为本发明实施例所述恢复控制策略的实施方案示意图，为使双馈风力发电机能够尽快地恢复稳定运行，在恢复控制策略作用的初始时刻将如图4所示转速控制回路中PI控制器积分环节的输出重置为实际转子电流值。

如图4所示，在恢复控制策略作用的初始阶段，由于故障恢复电网电压突然回升，发电机定子磁链中也将包含较大的衰减直流分量。为了减小该分量对转子侧变换器控制回路的影响，在转速PI控制器输入端设置速率限制环节。具体来说，该速率限制环节的设置不仅要考虑定子磁链中直流分量以及变换器调制波的最大幅值等因素，同时也需考虑电网的有功功率恢复速率要求（要求每秒至少10%的额定功率恢复速率）。另外，在恢复控制策略中，转子电流无功分量参考值应恢复为故障前的对应值，以保证充分发挥转子变换器的有功调节能力，而不至于使转子Crowbar电路二次投切。

实际上，对于双馈风力发电机组来说，在故障发生期间，除了需要重点关注转子电流变化对转子变换器的影响以外，还需要考虑直流母线电压变化对直流母线电容和转子变换器的影响。

一般为保证转子侧变换器能够稳定运行且直流母线电容不因过压而受损，直流电压的允许变化范围应该为1±0.15pu。而实际上直流母线电压由网侧变换器和转子变换器的功率流动方向和大小共同决定。故障发生后由于转子Crowbar电路的投入、转子变换器闭锁，以及故障切除后电网电压回升、从网侧变换器流入直流母线侧的功率增加，均将导致直流电压升高。为此，本实施例设计了如图5所示的直流卸荷电路的控制策略，在图5中：

一旦直流母线电压实际值与参考值之差超过0.1pu，为了保证直流卸荷电路能够较快投入运行，所述直流母线电压的比例积分PI控制器（直流母线电压实际值与参考值之差作为PI控制器的输入）中的积分环节被重置为0。（正常时该积分环节的输出小于零）。此时直流电压控制回路输出的占空比大于零，卸荷电路投入运行，消耗在直流母线上积累多余能量。其中卸荷电路实际所消耗的功率的大小由直流电压控制回路占空比大小、直流母线电压实际值Udc以及卸荷电阻值决定。而占空比的大小由图5中直流母线电压实际值与参考值U_{dc_ref}（该参考值的设置与网侧变换器直流电压控制回路中电压参考值的设置相同）之差决定。所以经过较短调节时间后，直流母线电压将能够稳定在U_{dc_ref}附近。

下面再对本实施例中的双馈风力发电机组的低电压穿越控制策略在故障发生及切除全过程中的工作原理进行说明，具体过程为：

当双馈风力发电机组近端发生短路故障时，定子电压将大幅度迅速跌落，但由于磁链不能突变，所以定子磁链中将出现较大的直流分量，它将在转子绕组中感应出较大的暂态电压和电流。事实上，该暂态电流增加的速度远大于转子变换器控制回路的电流调节速度。一旦转子电流超过转子Crowbar电路门槛值，转子Crowbar电路将通过Crowbar电阻短接发电机转子绕组，同时转子侧变换器闭锁。

经过τ_r时间后，若转子电流小于转子Crowbar电路门槛值时，转子Crowbar电路将从转子绕组回路中切除，同时启动转子变换器，其在重启控制策略下运行，使故障期间发电机能够向电网提供一定的无功功率支撑。同时，在故障过程中，一旦监测到直流母线电压大于其越限值，直流卸荷电路将在其相应控制策略作用下投入运行，以消耗直流电容上积累的多余能量，从而抑制直流电压升高。

在故障切除后，由于定子电压的上升，定子磁链中将再次出现较大的直流分量，转子绕组中也将再次感应产生较大的暂态电压和电流。若转子绕组电流大于转子Crowbar电路门槛值，转子Crowbar电路再次投入运行。经过τ_rt时间后，若转子电流小于转子Crowbar电路门槛值时，转子Crowbar电路将切除，同时转子变换器启动，并由恢复控制策略作用下，使发电机以较快的速率恢复到故障前运行状态。同时，故障切除初始阶段，直流卸荷电流也可能投入运行。事实上，相比于故障发生情况，在故障切除前后定子电压变化幅度较小时，转子Crowbar电路将不会投入运行，转子变换器将直接由恢复控制策略作用。

下面再以具体的算例对上述实施例所述方法进行验证，首先，利用RTDS仿真平台搭建如图6所示的含双馈风力发电机组的电网电磁暂态模型，对双馈风力发电机组在故障发生和切除过程中暂态性能进行测试与分析。其中，双馈风力发电机机组的网侧变换器采用基于电网电压定向的矢量控制策略，由直流母线电压外环和网侧电流内环构成双闭环控制回路。转子侧变换器采用基于定子磁链定向的矢量控制策略，由改进的转速外环和转子电流内环构成双闭环控制回路。

假设在如图6所示电网中CD线路末端发生三相接地短路故障。故障前双馈风力发电机组处于单位功率因数运行状态，并输出额定功率。t=0.5s时故障发生，故障持续时间为0.65s，上述情况对双馈风力发电机而言为其低电压穿越测试的最为恶劣的条件。

如图7所示为发电机定子电压幅值的波形图，图7中可看出，故障发生后，定子电压幅值迅速从1.0pu跌落到0.06pu。故障持续期间，在重启控制策略作用下，由于双馈发电机组能向电网提供一定无功支撑，定子电压将逐渐增加，最大约增加至0.3pu。同时，从图8中定子磁链幅值曲线可看出，在故障发生和切除初始阶段定子磁链中均存在直流分量（曲线振荡部分的上下包络线之差），其中，在故障发生初始阶段定子磁链中直流分量较大。图9是故障全过程中发电机转子电流低频分量幅值变化曲线图，结合图9可以看出，转子Crowbar电路切除后，转子变换器在重启控制策略作用下初始阶段，由于定子磁链中直流分量对转子变换器的影响比较大，导致转子侧变换器过调制，从而使定子磁链中直流分量衰减速度变慢。随着在重启控制策略下发电机输出无功电流分量不断增加，定子电压也不断增大，使定子磁链的直流分量迅速减小。

进一步，图10是故障全过程中发电机实际转子电流幅值曲线图，结合图9和10可以看出：故障后t=0.526s时转子Crowbar电路投入（转子电流大于1.5pu），30ms后该电路从发电机转子绕组回路中切除，转子变换器将被启动，由重启控制作用。在Crowbar电路投入期间，转子电流幅值迅速减小；转子变换器启动后初始阶段，由于定子磁链直流分量较大，所以如图10所示转子电流幅值波动较大。随着定子磁链直流分量衰减，一段时间后转子也迅速衰减，转子变换器能够稳定运行。在故障切除后t=1.176s时，由于转子绕组过流，Crowbar电路再次投入运行，t=1.206s时，Crowbar切除，转子变换器将由恢复控制作用。从图10可以看出，故障切除后初始阶段转子电流幅值中有相对较大脉动，一段时间后该脉动量几乎变为零，转子电流逐渐减小，恢复为故障前运行值。

另外，如图11是故障全过程中直流卸荷电路投切信号图，如图12是故障全过程中直流母线电压变化曲线图，进一步结合图11和12可以看出：在故障发生和切除后较长时间内，由于直流电压越限，直流卸荷电路投入运行，能有效保证故障期间直流电压变化范围满足要求（1.07kV-1.45kV）。故障初始阶段由于发电机转子电压和电流迅速增加，使通过转子变换器流入直流母线的功率增加，又由于电网电压跌落通过网侧变换器流入电网的功率减小，从而使直流电压迅速增加。一旦超过直流母线电压的1.1pu，t=0.506s时直流卸荷电路投入运行。随着定子磁链直流分量的衰减，通过转子绕组流向直流母线的功率减小，约t=0.95s时直流卸荷电路从直流母线处切除。故障切除后初始阶段，由于电网电压恢复，从网侧变换器流向直流母线的功率增加，同时转子侧变换器也向直流母线提供功率，从而导致直流电压迅速上升，t=0.16s时卸荷电路投入运行。随着网侧变换器交流电压的升高和经转子侧变换器流向直流母线的功率（发电机实际转速有关）的减小，t=1.83s时卸荷电路被切除。

如图13所示是发电机定子侧无功功率变化曲线图，从图13可看出：故障期间双馈发电机能向电网提供一定无功支撑，在故障重启控制作用的初始阶段，由于无功电流参考值相对较小（与电压跌落程度不成比例），所以发电机输出无功功率也相对较小。随着无功电流分量的不断增加，发电机输出的无功功率将不断增加。一段时间后，结合图8，随着定子磁链直流分量的迅速衰减，发电机提供给电网的无功功率也将迅速减小，该无功功率大小与定子电压跌落程度直接相关。

由上述算例和实施例可知：本发明实施例所述双馈风力发电机组的故障穿越控制方法能使双馈风力发电机组在故障发生和切除后以较快速度投入转子Crowbar电路和直流卸荷电路，有效保证转子电流和直流电压在双馈风力发电机组安全可靠运行要求范围之内，并能及时发挥转子变换器调节与控制能力，使故障期间发电机向电网提供所需的无功功率支撑，故障切除后发电机能以较快速度恢复正常运行，从而保障双馈风力发电机组能够满足电网的低电压穿越要求，具备重要的工程实用价值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

在电网故障下，当通过双馈风力发电机组的转子电流超过转子变换器的最大允许电流值时，所述双馈风力发电机组的转子Crowbar电路将投入运行，同时闭锁所述转子变换器，发电机转子绕组经所述转子Crowbar电路短接；

在故障发生期间，当所述转子Crowbar电路投入时长为τ_r后且转子电流值小于Crowbar保护动作门槛值时，所述转子Crowbar电路退出运行，同时重启转子变换器，使双馈风力发电机进入无功功率工作模式；

故障切除后，转子变换器通过恢复控制策略切换到有功功率工作模式，停止向电网注入无功电流，其中在恢复控制策略作用的初始时刻将转速控制回路中PI控制器积分环节的输出重置为实际转子电流值。

2.根据权利要求1所述双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法，其特征在于，所述转子Crowbar电路投入时长τ_r由以下方式获得：

利用获取的所述双馈风力发电机组的转子绕组参数和转子Crowbar电阻值，采用如下公式计算等效时间常数τ_r：

τ_r＝(R_r+R_crow)L_σ

其中

L_s和L_r分别为发电机的定转子绕组等效电感，L_m为定转子绕组互感，R_r为转子绕组的等效电阻，R_crow为转子Crowbar电阻值。

3.根据权利要求1所述双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

在故障发生期间，一旦直流母线电压实际值与参考值之差超过0.1pu，所述直流母线电压控制回路使直流卸荷电路投入。

4.根据权利要求1所述双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

在故障发生期间，为防止所述转子Crowbar电路投入期间转子d轴和q轴电流控制回路中的比例积分PI控制器积分饱和，该PI控制器的输入信号被置零；

且当所述转子变换器重启后，转子q轴电流分量参考值设置为零，而d轴电流分量参考值从故障发生前的对应参考值逐渐增加为按照我国电网要求风电机组应提供的无功支撑所对应的参考值其中，Q_G＝1.5γ(0.9-γ)为故障下发电机组应向电网提供的无功功率标幺值，γ为故障后发电机机端电压的跌落程度，L_s＝L_sσ+L_m，L_r＝L_rσ+L_m，且L_sσ、L_rσ分别为发电机的定转子绕组漏感，L_m为定转子绕组互感。

5.根据权利要求1所述双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

在故障切除后，所述转子变换器在恢复控制策略执行的初始时刻，转速PI控制器积分环节的输出重置为实际转子电流值，并在该转速PI控制器的输入端设置速率限制环节。

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