CN107482685B - 一种双馈风电机组故障处理系统及机组结构 - Google Patents

一种双馈风电机组故障处理系统及机组结构 Download PDF

Info

Publication number
CN107482685B
CN107482685B CN201710940298.8A CN201710940298A CN107482685B CN 107482685 B CN107482685 B CN 107482685B CN 201710940298 A CN201710940298 A CN 201710940298A CN 107482685 B CN107482685 B CN 107482685B
Authority
CN
China
Prior art keywords
doubly
phase
electronic switch
fed
wind turbine
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
CN201710940298.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107482685A (zh
Inventor
张军利
张元敏
张格丽
王红玲
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.)
Xuchang University
Original Assignee
Xuchang 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 Xuchang University filed Critical Xuchang University
Priority to CN201710940298.8A priority Critical patent/CN107482685B/zh
Publication of CN107482685A publication Critical patent/CN107482685A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107482685B publication Critical patent/CN107482685B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H02J3/386—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • 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
    • 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
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation
    • 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
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明提供一种双馈风电机组故障处理系统及机组结构，其中，双馈风电机组故障处理系统根据公共连接点电压发生跌落故障的情况，控制三相电子开关K1、K2、K3、K4有序通断，同时根据故障处理逻辑控制器选取轻度故障处理控制器或深度故障处理控制器工作；本发明通过对设置硬件电路和改进软件控制策略，双馈风电机组能够实现不同程度的电压跌落故障穿越；增加双馈风电机组的故障处理系统发出无功功率；有效抑制机侧变流器的动态过电压和过电流；无需增加复杂的硬件装置，控制方法简单，便于工程实践；降低背靠背PWM变流器102交流侧的谐波污染，减少双馈发电机DFIG启停次数，为双馈风电机组的大量应用提供了一定的技术支撑。

Description

一种双馈风电机组故障处理系统及机组结构
技术领域
本发明涉及一种双馈风电机组的结构，尤其涉及的是，一种双馈风电机组故障处理系统及机组结构。
背景技术
风电机组接入电力系统的渗透率不断增加，有必要提高其故障穿越能力，满足国家电网公司颁布的电网安全运行准则《风电场接入电力系统技术规定GB/T19963-2011》要求。作为目前变速恒频风力发电技术的主要机型之一，采用双馈发电机DFIG的双馈风电机组在公共连接点PCC电压故障时的运行能力(即故障穿越能力)有待提高。
双馈风电机组的故障穿越能力受到背靠背PWM变流器容量的限制，其对公共连接点电压的故障比较敏感，需要采取保护措施，抑制双馈发电机DFIG转子侧过电流，保护背靠背PWM变流器。采用改进背靠背PWM变流器的控制技术，如变流器的比例谐振控制技术、双dq-PI转子电流控制技术、基于电压的功率补偿方法、采用主动阻尼器的控制方法等可以抑制背靠背PWM变流器的转子过电流，可以提高电网电压跌落故障期间双馈风电机组的运行能力。
采用转子撬棒Crowbar和定子撬棒Crowbar保护技术作为双馈风电机组实现故障穿越的有效手段之一，其在公共连接点电压跌落故障期间，封锁背靠背PWM变流器的触发脉冲，同时在双馈发电机转子侧接通撬棒电阻，可以有效限制双馈发电机DFIG转子过电流。
采用直流侧卸荷Chopper保护电路抑制背靠背PWM变流器的直流侧过电压，或采用超级电容器稳定直流侧电压可以提高背靠背PWM变流器的性能，进而提高双馈风电机组的故障穿越能力。
在双馈发电机DFIG定子侧加装辅助装置如动态电压恢复器，可以提高风电机组的故障穿越能力。
部分文献将上述多个故障穿越方法组合运用，实现双馈风电机组的故障穿越，收到了一定的效果。
少量文献考虑在双馈发电机DFIG的定子侧、转子侧和机侧变流器与网侧变流器的交流侧之间安装三相电子开关，根据公共连接点电压情况控制电子开关的导通和关断，可以短期内控制背靠背PWM变流器作静止无功发生器使用，帮助公共连接点电压恢复，具有一定的理论意义。
但是，现有技术主要存在以下不足：
1、改进背靠背PWM变流器的控制技术，只能在较小的范围内实现双馈风电机组的故障穿越，不能实现公共连接点电压深度跌落时的故障穿越。
2、采用撬棒Crowbar保护电路的双馈风电机组故障穿越技术，在撬棒Crowbar保护电路投入工作过程中，双馈发电机DFIG转子侧的背靠背PWM变流器退出工作，背靠背PWM变流器失去对双馈发电机DFIG的控制作用，不能为公共连接点电压恢复提供无功功率支撑。
3、在背靠背PWM变流器的直流侧增加卸荷Chopper保护电路或超级电容器的方法不能有效抑制机侧变流器的动态过电压和过电流。
4、在双馈发电机DFIG定子侧加装辅助装置的方法增加了硬件成本，还必须考虑协调控制问题。
5、仅在双馈发电机DFIG的定子侧、转子侧和机侧变流器与网侧变流器的交流侧之间安装三相电子开关，会造成公共连接点电压故障时双馈发电机DFIG的频繁启停，不利于双馈发电机DFIG的控制，同时背靠背PWM变流器发出无功功率的同时会产生一定量的谐波污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双馈风电机组的故障处理系统及机组结构，不仅能够实现公共连接点电压轻度跌落时的故障穿越，也能够实现公共连接点电压深度跌落时的故障穿越；在公共连接点电压深度跌落故障时该双馈风电机组故障处理系统还能够较大程度地向公共连接点提供无功功率支撑；避免背靠背PWM变流器的直流电容器过电压，有效抑制机侧变流器的动态过电压和过电流；无需增加复杂的硬件装置，控制方法简单，便于工程实践；增加双馈风电机组的故障处理系统发出无功功率，降低背靠背PWM变流器交流侧的谐波污染，减少双馈发电机DFIG启停次数，提高公共连接点电压故障时双馈发电机的控制性能。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种双馈风电机组故障处理系统，包括双馈发电机DFIG、背靠背PWM变流器、滤波电路LCL1、滤波电路LCL2、三相电子开关K1、三相电子开关K2、三相电子开关K3、三相电子开关K4、三相撬棒电路RL、公共连接点PCC，三相变压器T、三相断路器QF、故障处理逻辑控制器、轻度故障处理控制器、深度故障处理控制器；
所述三相电子开关K1一侧连接所述双馈发电机DFIG的定子三相端口和所述三相电子开关K2的另一侧，所述三相电子开关K1另一侧连接公共连接点PCC；所述三相电子开关K2一侧连接所述三相撬棒电路RL；所述三相电子开关K3一侧连接所述双馈发电机DFIG的转子三相端口，所述三相电子开关K3另一侧连接所述滤波电路LCL2的一侧和所述三相电子开关K4一侧的连接点处；所述三相电子开关K4另一侧连接至公共连接点PCC；
所述背靠背PWM变流器包括机侧变流器MC、网侧变流器GC和直流电容器C，所述机侧变流器MC和所述网侧变流器GC结构相同；所述机侧变流器MC的直流侧与所述直流电容器C并联连接，所述机侧变流器MC的交流侧与滤波电路LCL2的另一侧连接；所述网侧变流器GC的直流侧并联连接所述直流电容器C，所述网侧变流器GC的交流侧连接滤波电路LCL1的另一侧。
优选的，所述双馈发电机DFIG的转子绕组与定子绕组的匝数比为1.5∶1。
优选的，所述三相电子开关K1、所述三相电子开关K2、所述三相电子开关K3及所述三相电子开关K4为电力电子开关器件GTO、IGBT或IGCT组成的电路。
优选的，所述三相断路器QF一侧连接所述三相变压器T的另一侧，所述三相断路器QF另一侧连接主电网；所述三相变压器T的一侧连接公共连接点PCC。
优选的，所述滤波电路LCL1和所述滤波电路LCL2的结构相同；所述滤波电路LCL1一侧连接至公共连接点PCC，所述滤波电路LCL1另一侧连接所述网侧变换器GC交流侧；所述滤波电路LCL2一侧连接所述三相电子开关K3另一侧和所述三相电子开关K4一侧的连接点处；所述滤波电路LCL1、所述滤波电路LCL2滤除所述网侧变流器GC和所述机侧变流器MC交流侧电流的谐波含量。
优选的，所述三相撬棒电路RL为能耗电阻电路，采用星形接法或三角形接法，所述三相撬棒电路RL的三相端连接所述三相电子开关K2的一侧；所述三相撬棒电路RL维持所述双馈发电机DFIG能量平衡，有助于双馈发电机DFIG重新并网运行。
优选的，所述故障处理逻辑控制器，实时检测所述双馈发电机DFIG转子电流的大小，当所述双馈发电机DFIG转子电流小于切入电流时，所述三相电子开关K1、所述三相电子开关K3闭合，所述三相电子开关K2、所述三相电子开关K4断开，所述背靠背PWM变流器采用所述轻度故障处理控制器工作；
所述轻度故障处理控制器切换机侧变流器MC采用可变阻尼器的控制方法，根据公共连接点PCC电压跌落幅度调整虚拟可变电阻的大小，控制所述双馈发电机DFIG输出有功功率和无功功率。
优选的，所述故障处理逻辑控制器，实时检测所述双馈发电机DFIG转子电流的大小，当所述双馈发电机DFIG转子电流大于切入电流时，所述三相电子开关K1、所述三相电子开关K3断开，所述三相电子开关K2、所述三相电子开关K4闭合，所述背靠背PWM变流器采用所述深度故障处理控制器工作；
所述深度故障处理控制器切换机侧变流器MC和网侧变流器GC采用相似的控制方法，最大限度地发出无功功率。
本发明又一技术方案如下：一种双馈风电机组结构，包括垂直轴风力机WT、塔架PY、齿轮箱GB、双馈感应发电机DFIG及如权利要求1至8中的双馈风电机组故障处理系统；
所述塔架PY位于风口处；
所述风力机WT连接所述齿轮箱GB的一侧；
所述齿轮箱GB的另一侧连接所述双馈发电机DFIG的转轴；
所述垂直轴风力机WT、所述齿轮箱GB、所述双馈感应发电机DFIG、
所述双馈风电机组故障处理系统等位于所述塔架PY之上。
优选的，所述双馈发电机DFIG转轴连接所述齿轮箱GB的另一侧，所述双馈发电机DFIG定子三相端口连接所述三相电子开关K1的一侧和所述三相电子开关K2的一侧连接处，所述双馈发电机DFIG转子三相端口连接所述三相电子开关K3的一侧。
采用上述方案，本发明提供一种双馈风电机组的故障处理系统及机组结构，不仅能够实现公共连接点电压轻度跌落时的故障穿越，也能够实现公共连接点电压深度跌落时的故障穿越；在公共连接点电压深度跌落故障时该双馈风电机组故障处理系统还能够较大程度地向公共连接点提供无功功率支撑；避免背靠背PWM变流器的直流电容器过电压，有效抑制机侧变流器的动态过电压和过电流；无需增加复杂的硬件装置，控制方法简单，便于工程实践；增加双馈风电机组的故障处理系统发出无功功率，降低背靠背PWM变流器交流侧的谐波污染，减少双馈发电机DFIG启停次数，提高公共连接点电压故障时双馈发电机的控制性能。
附图说明
图1是双馈风电机组故障处理系统结构示意图；
图2是一种三相电子开关结构图；
图3是三相全桥PWM变流器结构图；
图4是三相半桥PWM变流器结构图；
图5是LCL滤波电路结构图；
图6是能耗电阻星形接法示意图；
图7是能耗电阻三角形接法示意图；
图8是控制逻辑软件流程图；
图9是DFIG引入可变阻尼器的单相转子电流控制框图；
图10是引入可变阻尼器的DFIG单相转子等效电路；
图11是双馈风电机组结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明，下面的实施例可以组合使用，并且，本发明可利用各种形式来实现，不限于本说明书所描述各个具体的实施例，提供这些实施例的目的是对本发明的公开内容更加透彻全面地便于理解。进一步需要说明的是，当某一结构固定于另一个结构，包括将该结构直接或间接固定于该另一个结构，或者将该结构通过一个或多个其它中间结构固定于该另一个结构。当一个结构连接另一个结构，包括将该结构直接或间接连接到该另一个结构，或者将该结构通过一个或多个其它中间结构连接到该另一个结构。并且，所述的“和/或”包括了“和”与“或”两种可能的实施例。
本发明的一个例子是，一种双馈风电机组故障处理系统如图1所示，包括双馈发电机DFIG 101、背靠背PWM变流器102、滤波电路LCL1 103、滤波电路LCL2 104、三相电子开关K1 105、三相电子开关K2 106、三相电子开关K3 107、三相电子开关K4 108、三相撬棒电路RL 109、公共连接点PCC 110，三相变压器T 111、三相断路器QF 112、故障处理逻辑控制器、轻度故障处理控制器、深度故障处理控制器。
所述双馈发电机DFIG 101的转子绕组与定子绕组的匝数比为1.5∶1，所述双馈发电机DFIG 101的极对数p可以为1、2、3、4等。
所述三相电子开关K1 105、所述三相电子开关K2 106、所述三相电子开关K3 107、所述三相电子开关K4 108为电力电子开关器件GTO、IGBT或IGCT组成的电路；所述三相电子开关105、106、107、108的结构相似，电子开关的一相电路如图2所示；所述三相电子开关105、106的电流电压等级基本相当，所述三相电子开关107、108的电流电压等级基本相当，且所述三相电子开关107、108的电流电压额定值可以选为与所述三相电子开关105、106额定值相同，也可以取其值的三分之一。
所述三相断路器QF 112一侧连接所述三相变压器T 111的另一侧，所述三相断路器QF 112另一侧连接主电网；所述三相变压器T 111的一侧连接公共连接点PCC 110。
优选的，所述三相电子开关K1 105一侧连接所述双馈发电机DFIG 101的定子三相端口和所述三相电子开关K2 106的另一侧，所述三相电子开关K1 105另一侧连接公共连接点PCC 110；所述三相电子开关K2 106一侧连接所述三相撬棒电路RL 109；所述三相电子开关K3 107一侧连接所述双馈发电机DFIG 101的转子三相端口，所述三相电子开关K3 107另一侧连接所述滤波电路LCL2 104的一侧和所述三相电子开关K4 108一侧的连接点处；所述三相电子开关K4108另一侧连接至公共连接点PCC 110。
优选的，所述背靠背PWM变流器102包括机侧变流器MC、网侧变流器GC和直流电容器C；所述机侧变流器MC的直流侧与所述直流电容器C并联连接，所述机侧变流器MC的交流侧与滤波电路LCL2 104的另一侧连接；所述网侧变流器GC的直流侧并联连接所述直流电容器C，所述网侧变流器GC的交流侧连接滤波电路LCL1 103的另一侧。所述网侧变流器GC和所述机侧变流器MC结构相同，可以采用三相全桥结构，如图3所示，也可以采用三相半桥结构，如图4所示；其中的开关器件可以采用GTO、IGBT或IGCT。
优选的，所述滤波电路LCL1 103一侧连接至公共连接点PCC 110，所述滤波电路LCL1 103另一侧连接所述网侧变换器GC交流侧；所述滤波电路LCL2 104一侧连接所述三相电子开关K3 107另一侧和所述三相电子开关K4 108一侧的连接点处。所述滤波电路LCL1103和所述滤波电路LCL2 104的结构相同，如图5所示，其中六个电感取值可以相同，三个电容取值可以相同。
优选的，所述三相撬棒电路RL 109为能耗电阻电路，所述三相撬棒电路RL 109的三相端连接所述三相电子开关K2 106的一侧。所述三相撬棒电路RL 109可以采用三相电阻的星形接法，如图6所示，也可以采用三相电阻的三角形接法，如图7所示；图6、图7中的每一条电阻支路还可以采用电阻的串联、并联以及混合连接方式组成，其中电阻必须选取大功率能耗电阻。
当公共连接点电压没有发生跌落故障时，所述双馈风电机组故障处理系统的三相电子开关K1 105、K3 107闭合，K2 106、K4 108断开，背靠背PWM变流器102的网侧变流器采用电压电流双闭环控制，且电压环和电流环都采用比例积分谐振控制方法，它可以满足公共连接点电压的三相平衡和三相不平衡情况下网侧变流器的控制要求；机侧变流器采用速度电流双闭环控制方法，以稳定双馈发电机的速度和产生幅值与频率满足需求的转子电流为控制目标。两个LCL滤波器主要用来滤除开关器件工作过程中开关频率附近处的谐波电流，减小谐波污染，降低双馈发电机DFIG 101的抖动，减小损耗、发热。
优选的，所述故障处理逻辑控制器，其控制逻辑如图8所示。所述故障处理逻辑控制器实时检测所述双馈发电机DFIG 101转子电流的大小，当所述双馈发电机DFIG 101转子电流小于切入电流时，所述三相电子开关K1、K3闭合，所述三相电子开关K2、K4断开，所述背靠背PWM变流器102采用所述轻度故障处理控制器工作；所述轻度故障处理控制器切换机侧变流器采用可变阻尼器的控制方法，根据公共连接点PCC 110电压跌落幅度调整虚拟可变电阻的大小，控制所述双馈发电机DFIG 101输出有功功率和无功功率。
图9为双馈发电机DFIG引入可变阻尼器的单相转子电流控制框图。在图9中：i2aref为双馈发电机DFIG a相转子电流参考值，u′2a为引入可变阻尼器后DFIG a相转子电压，u2a_o为双馈发电机DFIG a相转子开路电压，R(s)为引入可变阻尼器控制中的电流调节器的传递函数，在此采用传统的PI调节器，G(s)为双馈发电机DFIG内部的转子电压电流关系，在此处F(s)为引入可变阻尼器控制中的负反馈函数，在此将F(s)设计为一个比例微分函数F(s)＝Rf+Lfs。
引入比例微分负反馈之后，对于双馈发电机DFIG转子侧，转子电压中与转子电流密切相关的部分的传递函数发生了变化，也就是图9中的内层闭环的传递函数成为
引入该比例微分负反馈，相当于在转子侧引入一个附加电阻电感电路，它就是用来抑制转子过电流的，但是这个电阻电感电路在实际的DFIG转子侧是不存在的，也就避免了实际存在电阻的一些弊端，称其为可变阻尼器。引入可变阻尼器的DFIG单相转子等效电路如图10所示。
可变阻尼器中比例微分函数F(s)的比例系数取值如果太小，有利于交流励磁电源内部参数的调整，但太小的比例系数，抑制电网电压故障情况下转子过电流的能力太差。可变阻尼器的比例微分函数F(s)的比例系数取值越大，越有利于双馈风力发电系统抑制故障状态下的转子过电流，可实现电网电压较深跌落幅度下的故障穿越，但其取值也不能无限制地增大，达到最大值Rf_max时就不能再增大，即限幅值为Rf_max。为了提高引入可变阻尼器的双馈风力发电系统的故障穿越能力，负反馈函数F(s)中的Rf的取值应跟随电网电压跌落故障的严重程度进行实时优化。
负反馈函数中的Rf应与电网电压跌落的严重程度相关。当电网电压发生轻度跌落故障时，负反馈函数F(s)中的Rf与λ是反向比例关系。当电网电压发生深度跌落故障时，Rf应该增大，但太大的比例函数取值，一方面会增加交流励磁电源的负担，使其不能全额有效地提供双馈发电机DFIG工作过程中所需的无功功率；另一方面，有可能引起转子侧过电压，需要对Rf进行限幅，不能随着λ的减小而继续增加，此时双馈风电机组故障处理控制器需要考虑采用所述深度故障处理控制器工作。为了使引入的可变阻尼器能满足抑制电流的要求，同时又不会增加交流励磁电源的负担，采用式(2)确定其取值。
将引入可变阻尼器的控制方法与撬棒Crowbar电路的控制方法相比较可以看出，在转子侧引入撬棒Crowbar保护电路之后，转子侧的励磁电源会退出，DFIG转子侧没有了励磁电源，则DFIG就变成了感应异步发电机。尽管撬棒Crowbar保护电路可以抑制转子的过电流幅度，当双馈风力发电系统的交流励磁电源退出工作，DFIG可以输出有功功率，但此时它相当于异步发电机，需要电网为其提供无功功率，相当于异步发电机工作方式的DFIG还需要并联其他的无功发生器来为电网电压恢复提供无功支撑。采用引入可变阻尼器的负反馈控制方法，在DFIG转子侧引入可变电阻，抑制转子过电流。
优选的，所述故障处理逻辑控制器，实时检测所述双馈发电机DFIG转子电流的大小，当所述双馈发电机DFIG转子电流大于切入电流时，所述背靠背PWM变流器采用所述深度故障处理控制器工作；
所述深度故障处理控制器，第一步断开三相电子开关K1、K3，第二步闭合三相电子开关K2、K4，第三步切换机侧变流器和网侧变流器的控制策略，使其工作在静止无功发生器状态下，发出无功功率，帮助公共连接点电压恢复，该方法比传统封锁机侧变流器触发脉冲、只让网侧变流器工作在发出无功功率状态的情况要发出更多的无功功率，更利于公共连接点电压恢复。采用LCL滤波电路可以减小双馈风电机组故障处理系统输出的电流的谐波含量，降低其对公共连接点的污染。
三相电子开关K2闭合后，将三相撬棒电路RL接入双馈发电机DFIG的定子侧，消耗定子侧多余的能量，维持双馈发电机DFIG的能量平衡，有利于双馈风电机组的重新并网运行。
优选的，所述故障处理逻辑控制器，实时检测所述双馈发电机DFIG转子电流的大小，当所述双馈发电机DFIG转子电流小于切出电流时，所述双馈风电机组故障处理系统的三相电子开关K2、K4断开，K1、K3闭合，所述背靠背PWM变流器采用所述轻度故障处理控制器工作；一般地，切除电流应小于切入电流。
当公共连接点电压恢复后，网侧变流器重新采用电压电流双闭环控制，且电压环和电流环都采用比例积分谐振控制方法；机侧变流器采用速度电流双闭环控制方法，以稳定双馈发电机的速度和产生幅值与频率满足需求的转子电流为控制目标。
本发明又一实施例如下：一种双馈风电机组结构，如图11所示，其具有上述任一项所述双馈风电机组故障处理系统1104，且包括垂直轴风力机WT 1101、塔架PY 1102、齿轮箱GB 1103、双馈感应发电机DFIG；
所述塔架PY 1102位于风口处；
所述风力机WT 1101连接所述齿轮箱GB 1103的一侧；
所述齿轮箱GB 1103的另一侧连接所述双馈发电机DFIG的转轴；
所述垂直轴风力机WT 1101、所述齿轮箱GB 1103、所述双馈感应发电机DFIG、所述双馈风电机组故障处理系统等位于所述塔架PY 1102之上。
优选的，所述双馈发电机DFIG转轴连接所述齿轮箱GB 1103的另一侧，所述双馈发电机DFIG定子三相端口连接所述三相电子开关K1的一侧和所述三相电子开关K2的一侧连接处，所述双馈发电机DFIG转子三相端口连接所述三相电子开关K3的一侧。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种双馈风电机组故障处理系统，其特征在于，包括双馈发电机DFIG、背靠背PWM变流器、滤波电路LCL1、滤波电路LCL2、三相电子开关K1、三相电子开关K2、三相电子开关K3、三相电子开关K4、三相撬棒电路RL、公共连接点PCC，三相变压器T、三相断路器QF、故障处理逻辑控制器、轻度故障处理控制器、深度故障处理控制器；
所述三相电子开关K1一侧连接所述双馈发电机DFIG的定子三相端口和所述三相电子开关K2的另一侧，所述三相电子开关K1另一侧连接公共连接点PCC；所述三相电子开关K2一侧连接所述三相撬棒电路RL；所述三相电子开关K3一侧连接所述双馈发电机DFIG的转子三相端口，所述三相电子开关K3另一侧连接所述滤波电路LCL2的一侧和所述三相电子开关K4一侧的连接点处；所述三相电子开关K4另一侧连接至公共连接点PCC；
所述背靠背PWM变流器包括机侧变流器MC、网侧变流器GC和直流电容器C，所述机侧变流器MC和所述网侧变流器GC结构相同；所述机侧变流器MC的直流侧与所述直流电容器C并联连接，所述机侧变流器MC的交流侧与滤波电路LCL2的另一侧连接；所述网侧变流器GC的直流侧并联连接所述直流电容器C，所述网侧变流器GC的交流侧连接滤波电路LCL1的另一侧；
所述滤波电路LCL1和所述滤波电路LCL2的结构相同；所述滤波电路LCL1一侧连接至公共连接点PCC，所述滤波电路LCL1另一侧连接所述网侧变流器GC交流侧；所述滤波电路LCL2一侧连接所述三相电子开关K3另一侧和所述三相电子开关K4一侧的连接点处；所述滤波电路LCL1、所述滤波电路LCL2滤除所述网侧变流器GC和所述机侧变流器MC交流侧电流的谐波含量；
所述故障处理逻辑控制器，实时检测所述双馈发电机DFIG转子电流的大小，当所述双馈发电机DFIG转子电流小于切入电流时，所述三相电子开关K1、所述三相电子开关K3闭合，所述三相电子开关K2、所述三相电子开关K4断开，所述背靠背PWM变流器采用所述轻度故障处理控制器工作；
所述轻度故障处理控制器切换机侧变流器MC采用可变阻尼器的控制方法，根据公共连接点PCC电压跌落幅度调整虚拟可变电阻的大小，控制所述双馈发电机DFIG输出有功功率和无功功率；
所述故障处理逻辑控制器，实时检测所述双馈发电机DFIG转子电流的大小，当所述双馈发电机DFIG转子电流大于切入电流时，所述三相电子开关K1、所述三相电子开关K3断开，所述三相电子开关K2、所述三相电子开关K4闭合，所述背靠背PWM变流器采用所述深度故障处理控制器工作；
所述深度故障处理控制器切换机侧变流器MC和网侧变流器GC使其工作在静止无功发生器状态下，最大限度地发出无功功率。
2.根据权利要求1所述的双馈风电机组故障处理系统，其特征在于，所述双馈发电机DFIG的转子绕组与定子绕组的匝数比为1.5:1。
3.根据权利要求1所述的双馈风电机组故障处理系统，其特征在于，所述三相电子开关K1、所述三相电子开关K2、所述三相电子开关K3及所述三相电子开关K4为电力电子开关器件GTO、IGBT或IGCT组成的电路。
4.根据权利要求1所述的双馈风电机组故障处理系统，其特征在于，所述三相断路器QF一侧连接所述三相变压器T的另一侧，所述三相断路器QF另一侧连接主电网；所述三相变压器T的一侧连接公共连接点PCC。
5.根据权利要求1所述的双馈风电机组故障处理系统，其特征在于，所述三相撬棒电路RL为能耗电阻电路，采用星形接法或三角形接法，所述三相撬棒电路RL的三相端连接所述三相电子开关K2的一侧；所述三相撬棒电路RL维持所述双馈发电机DFIG能量平衡，有助于双馈发电机DFIG重新并网运行。
6.一种双馈风电机组结构，其特征在于，包括垂直轴风力机WT、塔架PY、齿轮箱GB、双馈感应发电机DFIG及如权利要求1至5任意一项的双馈风电机组故障处理系统；
所述塔架PY位于风口处；
所述风力机WT连接所述齿轮箱GB的一侧；
所述齿轮箱GB的另一侧连接所述双馈发电机DFIG的转轴；
所述垂直轴风力机WT、所述齿轮箱GB、所述双馈感应发电机DFIG、所述双馈风电机组故障处理系统等位于所述塔架PY之上。
7.根据权利要求6所述的双馈风电机组结构，其特征在于，所述双馈发电机DFIG转轴连接所述齿轮箱GB的另一侧，所述双馈发电机DFIG定子三相端口连接所述三相电子开关K1的一侧和所述三相电子开关K2的一侧连接处，所述双馈发电机DFIG转子三相端口连接所述三相电子开关K3的一侧。
CN201710940298.8A 2017-10-11 2017-10-11 一种双馈风电机组故障处理系统及机组结构 Active CN107482685B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710940298.8A CN107482685B (zh) 2017-10-11 2017-10-11 一种双馈风电机组故障处理系统及机组结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710940298.8A CN107482685B (zh) 2017-10-11 2017-10-11 一种双馈风电机组故障处理系统及机组结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107482685A CN107482685A (zh) 2017-12-15
CN107482685B true CN107482685B (zh) 2024-01-16

Family

ID=60606329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710940298.8A Active CN107482685B (zh) 2017-10-11 2017-10-11 一种双馈风电机组故障处理系统及机组结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107482685B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109050859B (zh) * 2018-06-12 2020-06-26 同济大学 一种双馈式船舶混合轴带电机独立推进系统及其控制方法
CN112448654B (zh) * 2019-08-30 2022-08-19 株洲中车时代电气股份有限公司 一种用于控制磁悬浮电动机的方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101931240A (zh) * 2010-08-26 2010-12-29 哈尔滨九洲电气股份有限公司 一种双pwm矢量控制双馈风电变流器
CN201846090U (zh) * 2010-07-30 2011-05-25 艾默生网络能源有限公司 一种双馈发电机系统及其保护装置
CN102447263A (zh) * 2010-10-08 2012-05-09 上海工程技术大学 一种电网故障时双馈风力发电控制系统及方法
CN103580055A (zh) * 2012-07-18 2014-02-12 上海寰晟新能源科技有限公司 变速恒频双馈风力发电机组开放式并网实验系统及方法
CN204578110U (zh) * 2015-04-15 2015-08-19 深圳市长昊机电有限公司 一种变流器系统及双馈式风力发电机组
CN207588460U (zh) * 2017-10-11 2018-07-06 许昌学院 一种双馈风电机组故障处理系统及机组结构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201846090U (zh) * 2010-07-30 2011-05-25 艾默生网络能源有限公司 一种双馈发电机系统及其保护装置
CN101931240A (zh) * 2010-08-26 2010-12-29 哈尔滨九洲电气股份有限公司 一种双pwm矢量控制双馈风电变流器
CN102447263A (zh) * 2010-10-08 2012-05-09 上海工程技术大学 一种电网故障时双馈风力发电控制系统及方法
CN103580055A (zh) * 2012-07-18 2014-02-12 上海寰晟新能源科技有限公司 变速恒频双馈风力发电机组开放式并网实验系统及方法
CN204578110U (zh) * 2015-04-15 2015-08-19 深圳市长昊机电有限公司 一种变流器系统及双馈式风力发电机组
CN207588460U (zh) * 2017-10-11 2018-07-06 许昌学院 一种双馈风电机组故障处理系统及机组结构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
双馈感应风力发电机故障穿越特性及其控制;李宾宾 等;中国电力;第44卷(第09期);第10页-第16页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107482685A (zh) 2017-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liang et al. Feedforward transient compensation control for DFIG wind turbines during both balanced and unbalanced grid disturbances
Eskander et al. Mitigation of voltage dips and swells in grid-connected wind energy conversion systems
CN109617125B (zh) 基于定子串阻抗的双馈风电机组高低电压穿越系统及方法
US20120299305A1 (en) Method and System for Operating and Controlling a Wind Turbine to Prevent Excitation of Subsynchronous Oscillations within the Wind Turbine
CN102868346A (zh) 无刷双馈电机励磁控制系统及利用该系统的控制方法
CN107482653A (zh) 直流输电双馈型风电机组功率波动及故障控制系统与方法
CN102214931A (zh) 双馈感应风力发电机系统低电压穿越的装置及方法
El Moursi et al. Application of series voltage boosting schemes for enhanced fault ridethrough performance of fixed speed wind turbines
Kynev et al. Comparison of modern STATCOM and synchronous condenser for power transmission systems
Huang et al. Fault ride-through configuration and transient management scheme for self-excited induction generator-based wind turbine
CN110380449A (zh) 单极闭锁故障下风电直流送出系统协调控制方法
AU2020101819A4 (en) A kind of fault handling system and unit structure of doubly-fed wind turbine generator
CN107482685B (zh) 一种双馈风电机组故障处理系统及机组结构
CN116316827A (zh) 一种混合型高压直流输电换流器拓扑构造及控制方法
CN107658905B (zh) 一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统和方法
CN107681692B (zh) 一种交流励磁电源故障穿越控制系统
CN115051404A (zh) 一种高压构网型换流器的交流电压控制方法
Musarrat et al. A fractional order SMC approach to improve the reliability of wind energy systems during grid faults
CN111884256B (zh) 一种新能源机组高电压穿越方法及系统
Montazeri et al. Improved low voltage ride thorough capability of wind farm using STATCOM
CN111130331B (zh) 一种柔性直流输电风电并网换流器过压抑制控制方法
CN207588460U (zh) 一种双馈风电机组故障处理系统及机组结构
CN114421498A (zh) 基于能量路由器的中压风电系统波动功率平抑方法及系统
Rauth et al. Comparative Analysis of External Configuration based DFIG-LVRT Enhancement Schemes
CN207410046U (zh) 一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant