CN103944188A - 一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能改进方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能改进方法。针对由双馈风力发电机、转子侧变流器、直流侧电容、电网侧变流器、Crowbar装置、主控系统构成的双馈风电机组主流拓扑结构，在上述设备的基础上新增一套由双馈电机、永磁电机、永磁电机驱动变流器构成的装置。在Crowbar装置短接双馈风力发电机转子绕组以应对电网电压跌落故障的同时，通过调节新增双馈电机的旋转速度，使双馈风力发电机定子绕组的频率主动匹配双馈风力发电机的转速，减少双馈风力发电机从电网吸收的无功功率，避免由此引发的电网电压二次跌落，提高双馈风电机组的低电压穿越性能。本发明适用于对已投入运行的双馈风电机组的技术改造，也适用于新生产的双馈风电机组。

Description

一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能改进方法

技术领域

本发明属于风力发电领域，涉及双馈风电机组低电压穿越控制，特别涉及一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能的改进方法。

背景技术

随着风电装机容量在电网中所占比例的不断增加，电网从自身安全稳定运行的角度出发，要求风电机组具备低电压穿越能力，即能在电网电压跌落期间维持并网运行，并能为电网提供无功功率支撑以协助电网电压恢复。

双馈风电机组是当前大功率变速恒频风电机组的主要类型之一，其转子侧变流器在低电压穿越期间面临着因过电压、过电流而损坏的风险，因此目前主流的做法是采用Crowbar装置对其转子侧变流器进行保护，即在电网电压跌落期间通过Crowbar装置将双馈风电机组的转子绕组短接，并封锁转子侧变流器，从而避免转子侧变流器的过电压和过电流。

这种低电压穿越方法的问题在于：双馈风电机组正常运行时的转差率可达同步转速的30％，如果在转差率较大时发生电网电压跌落，Crowbar装置将双馈风电机组的转子绕组短接后，发电机将从电网吸收大量的无功功率，导致电网电压的二次跌落。

新增无功补偿装置以提供无功支撑的方法虽然能在一定程度上缓解该问题，但考虑到无功补偿装置的无功功率输出能力在电网电压跌落期间会大幅降低，因此该方法的经济性太低。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能改进方法，通过新增部分装置并配合适当的控制方法，减少电网电压跌落期间双馈风电机组从电网吸收的无功功率，以满足电网对双馈风电机组低电压穿越能力的要求。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能改进方法，针对由双馈风力发电机、转子侧变流器、直流侧电容、电网侧变流器、Crowbar装置、主控系统构成的双馈风电机组主流拓扑结构，在上述设备的基础上新增一套由双馈电机、永磁电机、永磁电机驱动变流器构成的装置，其特征在于：在Crowbar装置短接双馈风力发电机转子绕组以应对电网电压跌落故障期间，主控系统通过控制新增双馈电机的旋转速度，使双馈风力发电机定子绕组频率主动匹配双馈风力发电机转速，从而令双馈风力发电机的转差率接近于零，减少低电压穿越期间双馈风力发电机从电网吸收的无功功率；

所述的一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能改进方法，为改进低电压穿越性能所新增的装置与双馈风电机组原有装置的连接方式为：双馈电机的转子绕组连接双馈风力发电机的定子绕组，双馈电机的定子绕组连接工频电网，双馈电机与永磁电机的转子同轴机械连接，永磁电机由连接到直流侧电容的永磁电机驱动变流器拖动；

所述的一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能改进方法，主控系统在监测到电网电压跌落故障、启动Crowbar装置短接双馈风力发电机转子绕组的同时，根据测得的双馈风力发电机转速，以零转差率为目标产生双馈风力发电机定子绕组的频率参考值，并根据该频率参考值和当前电网的频率产生双馈电机的转速参考值，然后采用转速闭环控制方法，通过永磁电机驱动变流器控制与永磁电机同轴机械连接的双馈电机转速，使其迅速跟随转速参考值。

所述的一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能改进方法，为延长双馈风电机组低电压穿越运行的时间，可增设辅助电源以维持直流侧电容的电压。

本发明的优点和积极效果是：

在Crowbar装置短接双馈风电机组转子绕组以应对电网电压跌落期间，大幅降低双馈风电机组从电网吸收的无功功率，避免由此引发的电网电压二次跌落，提高双馈风电机组的低电压穿越性能。

本发明既可以用于对已投入运行的双馈风电机组的技术改造，也可以用于新生产的双馈风电机组。

附图说明

图1为双馈风电机组的原理图，其中虚线框所包围的部分为改进低电压穿越性能所新增的装置。

具体实施方式

本发明提供一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能改进方法，在原有装置的基础上新增双馈电机、永磁电机、永磁电机驱动变流器，在Crowbar装置短接双馈风电机组转子绕组以应对电网电压跌落期间，通过控制新增双馈电机的转速，使双馈风电机组定子绕组的频率主动匹配风力机转速，从而减少双馈风电机组从电网吸收的无功功率，避免由此引发的电网电压二次跌落。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图1对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明在由双馈风力发电机、转子侧变流器、直流侧电容、电网侧变流器、Crowbar装置、主控系统构成的双馈风电机组主流拓扑结构的基础上，新增一套由双馈电机、永磁电机、永磁电机驱动变流器构成的装置。新增装置与双馈风电机组主流拓扑结构原有装置的连接方式如下：新增双馈电机的转子绕组连接到双馈风力发电机的定子绕组，新增双馈电机的定子绕组连接到工频电网，新增双馈电机与永磁电机的转子同轴机械连接，永磁电机由连接到直流侧电容的永磁电机驱动变流器拖动。按上述方式接入新增设备后，主控系统可通过永磁电机驱动变流器控制与永磁电机同轴机械连接的双馈电机的转速，从而调节双馈风力发电机定子绕组的频率。若希望延长双馈风电机组低电压穿越运行的时间，可根据实际需求增设辅助电源以维持直流侧电容的电压。

如图1所示的双馈风电机组，其低电压穿越控制方法如下：

1)Crowbar装置和转子侧变流器的控制方法：主控系统检测到电网电压跌落后，立即令Crowbar装置短接双馈风力发电机转子绕组，同时封锁转子侧变流器。

2)改进低电压穿越性能所新增装置的控制方法：主控系统检测到电网电压跌落后，根据测得的双馈风力发电机转速，以零转差率为目标，产生双馈风力发电机定子绕组频率的参考值；主控系统根据双馈风力发电机定子绕组频率参考值和当前电网的频率，产生双馈电机的转速参考值；在获得双馈电机转速参考值后，主控系统采用转速闭环控制方法，通过永磁电机驱动变流器控制与永磁电机同轴机械连接的双馈电机转速，使其迅速跟随转速参考值。

3)电网侧变流器的控制方法：主控系统检测到电网电压跌落后，立即令电网侧变流器输出最大无功电流。

上述控制方法分别达到以下目的：

1)Crowbar装置和转子侧变流器的控制方法可有效防止转子侧变流器因过电压、过电流而损坏，使双馈风电机组在电网电压跌落期间维持并网运行。

2)改进低电压穿越性能所新增装置的控制方法可使双馈风力发电机定子绕组频率主动迅速匹配双馈风力发电机转速，从而使双馈风力发电机的转差率接近于零，大幅减少双馈风力发电机从电网吸收的无功功率。

3)电网侧变流器的控制方法可使其为电网提供无功支撑，协助电网电压恢复。

Claims (3)

1.一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能改进方法，针对由双馈风力发电机、转子侧变流器、直流侧电容、电网侧变流器、Crowbar装置、主控系统构成的双馈风电机组主流拓扑结构，在上述设备的基础上新增一套由双馈电机、永磁电机、永磁电机驱动变流器构成的装置，其特征在于：在Crowbar装置短接双馈风力发电机转子绕组以应对电网电压跌落故障期间，主控系统通过控制新增双馈电机的旋转速度，使双馈风力发电机定子绕组频率主动匹配双馈风力发电机转速，从而令双馈风力发电机的转差率接近于零，减少低电压穿越期间双馈风力发电机从电网吸收的无功功率。 

2.根据权利要求1所述的一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能改进方法，其特征在于：为改进低电压穿越性能所新增的装置与双馈风电机组原有装置的连接方式为：双馈电机的转子绕组连接双馈风力发电机的定子绕组，双馈电机的定子绕组连接工频电网，双馈电机与永磁电机的转子同轴机械连接，永磁电机由连接到直流侧电容的永磁电机驱动变流器拖动。 

3.根据权利要求1所述的一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能改进方法，其特征在于：主控系统在监测到电网电压跌落故障、启动Crowbar装置短接双馈风力发电机转子绕组的同时，根据测得的双馈风力发电机转速，以零转差率为目标产生双馈风力发电机定子绕组的频率参考值，并根据该频率参考值和当前电网的频率产生双馈电机的转速参考值，然后采用转速闭环控制方法，通过永磁电机驱动变流器控制与永磁电机同轴机械连接的双馈电机转速，使其迅速跟随转速参考值。