CN108471140A - 双馈风机低电压穿越控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双馈风机低电压穿越控制方法及装置，该方法包括：获取撬棒电路的转子电流和直流母线电压；对转子电流和直流母线电压进行分析，得到分析结果；根据分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整，提高低电压穿越效果。本发明中的方法在面对不同的电压跌落时，可选择性接入撬棒电路中的电阻阻值，达到抑制电流和保护电路的最好效果，大大提高了保护电路在应对不同程度故障时的适应性，减少了故障期间风机从电网吸收的无功功率，缓解了现有的双馈风机的低电压穿越方法在应对不同程度故障时适应性差，不能很好地抑制风机从电网吸收的无功功率的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及双馈风机的低电压穿越的技术领域，尤其是涉及一种双馈风机低电压穿越控制方法及装置。
背景技术
随着如今新能源并网技术的发展，风力技术相对于光伏、核电、生物质能发电等技术来说，较为成熟，且风机并网容量在电网中所占比重不断提高。双馈感应发电机作为市场上主要应用的风电机组，具有体积小，成本低，能实现变速恒频和最大功率跟踪等优点，但由于结构上，其定子侧直接与电网相连，因此对系统故障较为敏感，相比于其它风机来说，更容易脱网，不利于电网的恢复，所以双馈风机的低电压穿越控制成为业界研究的热点。
双馈风机的低电压穿越方式可总结为两大类：一类为改进控制策略；另一类为增设硬件设备(一般是撬棒保护)，第一类适用于远端故障即电压跌落较轻的情况，在转子侧变流器容量允许范围内，通过改进的控制策略加快某些暂态电气量的衰减速度和降低其幅值以实现低电压穿越。第二类适用于电压跌落严重的情况，转子过电流和直流母线过电压均超过变流器阈值，此时必须投入撬棒保护，同时断开转子绕组与变流器的连接，为过电流提供旁路，保护电力电子器件。
在工程上，利用撬棒保护实现近区严重故障低电压穿越的实际应用更为广泛。目前关于撬棒穿越技术的研究大多着重于撬棒阻值和投切时间的优化，尽管如此，固定阻值的撬棒保护灵活性还是不高。有学者提出动态调整转子撬棒阻值的方式，虽说在一定程度上能较好地适应各种程度的电压跌落，但未考虑到只要撬棒动作，DFIG将变成普通的异步电机，会从电网吸收大量无功功率进行励磁，不利于电网恢复。还有一部分学者提出在转子侧串接电阻，可抑制转子电流和直流母线电压，同样，串接固定阻值的电阻在面对不同程度的电压跌落时，应对能力较弱，无法根据当前状况投入适当阻值的电阻以达到最好的低电压穿越效果。
综上，现有的双馈风机的低电压穿越方法在应对不同程度故障时适应性差，不能很好地抑制风机从电网吸收的无功功率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双馈风机低电压穿越控制方法及装置，以缓解现有的双馈风机的低电压穿越方法在应对不同程度故障时适应性差，不能很好地抑制风机从电网吸收的无功功率的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种双馈风机低电压穿越控制方法，应用于转子侧串接可变制动电阻的撬棒电路，所述方法包括：
获取所述撬棒电路的转子电流和直流母线电压；
对所述转子电流和所述直流母线电压进行分析，得到分析结果；
根据所述分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整，提高低电压穿越效果。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述撬棒电路包括：电压源，转子电感，转子电阻，撬棒电阻，绝缘栅双极型晶体管，转子侧变流器和可变制动电阻；
所述电压源，所述转子电感，所述转子电阻，所述撬棒电阻，所述绝缘栅双极型晶体管和所述可变制动电阻依次串联，所述转子侧变流器并联在所述撬棒电阻和所述绝缘栅双极型晶体管的两端；
其中，所述可变制动电阻包括：第零开关、第一开关、第二开关、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻，所述第二电阻，所述第零开关并联，且所述第一电阻的支路上连接所述第一开关，所述第二电阻的支路上连接所述第二开关。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据所述分析结果控制可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整，提高低电压穿越效果包括：
当风电机组正常运行时，闭合所述第零开关，断开所述第一开关和所述第二开关，其中，所述风电机组正常运行是指所述转子电流不大于第一预设电流值；
当所述风电机组发生故障时，根据分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，当所述风电机组发生故障时，根据分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整包括：
当所述转子电流大于所述第一预设电流值，且小于第二预设电流值时，断开所述第零开关，闭合所述第一开关，以使所述第一电阻接入，其中，当所述第一电阻接入后，如果所述转子电流下降至额定电流值时，则断开所述第一开关，闭合所述第零开关，所述第二预设电流值大于所述第一预设电流值；
如果闭合所述第一开关后，所述转子电流大于所述第二预设电流值，且小于第三预设电流值时，断开所述第一开关，闭合所述第二开关，以使所述第二电阻接入，其中，当所述第二电阻接入后，如果所述直流母线电压小于额定电压值时，则继续闭合所述第一开关，以减小接入的阻值，如果所述直流母线电压小于额定电压值，且所述转子电流下降至所述额定电流值时，则断开所述第一开关和所述第二开关，闭合所述第零开关，所述第三预设电流值大于所述第二预设电流值；
如果闭合所述第二开关后，所述转子电流大于所述第三预设电流值，且所述直流母线电压大于预设电压值，则执行撬棒保护，断开转子侧与所述转子侧变流器的连接，其中，执行所述撬棒保护后，如果所述转子电流下降至所述第三预设电流值后，则退出所述撬棒保护，保持所述第二开关闭合，如果所述转子电流下降至所述额定电流值时，则断开所述第二开关，闭合所述第零开关。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据第一算式：计算所述第一电阻的取值范围，其中，Ur表示转子电压幅值，τs表示定子磁链衰减时间常数，Ls表示定子电感，Lr表示转子电感，Rr表示转子电阻，Lm表示励磁电感，表示漏感系数，s表示转差率，Us表示故障前的定子电压，Usf表示故障后的定子电压，ωr表示转子电角速度，ωs表示同步转速，ω＝ωs-ωr表示转差角速度，表示衰减时间常数，Rs表示定子电阻，RSDR1表示第一电阻，1.5IrN表示第二预设电流值，IrN表示额定电流值。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，根据第二算式：计算所述第二电阻的取值范围，其中，Ur表示转子电压幅值，τs表示定子磁链衰减时间常数，Ls表示定子电感，Lr表示转子电感，Rr表示转子电阻，Lm表示励磁电感，表示漏感系数，s表示转差率，Us表示故障前的定子电压，Usf表示故障后的定子电压，ωr表示转子电角速度，ωs表示同步转速，ω＝ωs-ωr表示转差角速度，表示衰减时间常数，Rs表示定子电阻，RSDR2表示第二电阻，1.8IrN表示第三预设电流值，IrN表示额定电流值。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，根据第三算式：和计算所述撬棒电阻的取值范围，其中，Udcmax表示直流母线电压阈值，τs表示定子磁链衰减时间常数，Ls表示定子电感，Lr表示转子电感，Lm表示励磁电感，表示漏感系数，s表示转差率，Us表示故障前的定子电压，ωr表示转子电角速度，表示衰减时间常数，Rs表示定子电阻，Req表示等效电阻，1.8IrN表示第三预设电流值，IrN表示额定电流值，Udcmax表示预设电压值，Req＝RSDR2+Rr+Rcb，RSDR2表示第二电阻，Rr表示转子电阻，Rcb表示撬棒电阻。
第二方面，本发明实施例还提供了一种双馈风机低电压穿越控制装置，应用于转子侧串接可变制动电阻的撬棒电路，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述撬棒电路的转子电流和直流母线电压；
分析模块，用于对所述转子电流和所述直流母线电压进行分析，得到分析结果；
控制模块，用于根据所述分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整，提高低电压穿越效果。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述撬棒电路包括：电压源，转子电感，转子电阻，撬棒电阻，绝缘栅双极型晶体管，转子侧变流器和可变制动电阻；
所述电压源，所述转子电感，所述转子电阻，所述撬棒电阻，所述绝缘栅双极型晶体管和所述可变制动电阻依次串联，所述转子侧变流器并联在所述撬棒电阻和所述绝缘栅双极型晶体管的两端；
其中，所述可变制动电阻包括：第零开关、第一开关、第二开关、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻，所述第二电阻，所述第零开关并联，且所述第一电阻的支路上连接所述第一开关，所述第二电阻的支路上连接所述第二开关。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述控制模块用于：
当风电机组正常运行时，闭合所述第零开关，断开所述第一开关和所述第二开关，其中，所述风电机组正常运行是指所述转子电流不大于第一预设电流值；
当所述风电机组发生故障时，根据分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整。
本发明实施例带来了以下有益效果：现有的双馈风机的低电压穿越方法在应对不同程度故障时适应性差，不能很好地抑制风机从电网吸收的无功功率。与现有技术相比，本发明实施例中的双馈风机低电压穿越控制方法中，能够根据转子电流和直流母线电压的不同情况得到不同的分析结果，进而根据分析结果控制可变制动电阻中各电阻的接入，实现故障中串接电阻的动态调整，也就是面对不同的电压跌落，可选择性接入撬棒电路中的电阻阻值，达到抑制电流和保护电路的最好效果，大大提高了保护电路在应对不同程度故障时的适应性，减少了故障期间风机从电网吸收的无功功率，缓解了现有的双馈风机的低电压穿越方法在应对不同程度故障时适应性差，不能很好地抑制风机从电网吸收的无功功率的技术问题。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本发明实施例提供的一种双馈风机低电压穿越控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的转子侧串接可变制动电阻的撬棒电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的根据分析结果控制可变制动电阻中各电阻的接入的方法流程图；
图4为本发明实施例提供的当风电机组发生故障时，根据分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入的方法流程图；
图5为本发明实施例提供的一种双馈风机低电压穿越控制装置的功能模块图。
图标：
11-获取模块；12-分析模块；13-控制模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如今撬棒保护被广泛应用于双馈风电机组的低电压穿越，在电压跌落较严重时撬棒保护投入，同时断开变流器，为转子过电流提供旁路且保护了电力电子器件。撬棒保护发展至今，有对撬棒阻值和投切时间优化的研究，也有动态调整撬棒电阻以适应各种电压跌落的方式，但以上方法都没很好地抑制风机从电网吸收的无功。为此有学者提出转子侧串接电阻的改进电路，串联电阻具有直接控制电流大小的显着优点，有效减少流向直流母线电容器的充电电流，从而避免直流母线过电压。但串联固定阻值往往灵活性不高，如果为了在电压跌落严重下能抑制过电流而整定的阻值较大，那在电压跌落较轻时投入很可能会造成直流母线电压降低至额定值以下，容易影响网侧变流器的运行控制。针对此缺点，本发明提出了一种转子侧串接可变制动电阻的撬棒电路，并对两个串接电阻的取值范围作出推导说明。本方法的优点在于，面对不同的电压跌落时，可选择接入的电阻阻值，尽可能地达到抑制电流和保护电路的最好效果，若电压跌落较轻，转子电流数值较小，则选择投入阻值较小的电阻，即抑制了电流，也能保持直流母线电压在额定值附近；电压跌落较大时，投入阻值稍大的电阻，尤其对于触发撬棒保护动作的电流临界，此电阻可避免撬棒保护的投入，变流器控制不间断直到故障恢复。综上所述，本发明大大提高了保护电路在应对不同程度故障时的适应性，并且成功减少了撬棒保护的投入次数和时间，从而减少故障期间风机吸收的无功功率。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种双馈风机低电压穿越控制方法进行详细介绍。
实施例一：
一种双馈风机低电压穿越控制方法，参考图1，应用于转子侧串接可变制动电阻的撬棒电路中，该方法包括：
S102、获取撬棒电路的转子电流和直流母线电压；
在发明实施例中，该双馈风机低电压穿越控制方法应用于转子侧串接可变制动电阻的撬棒电路中，下文再对该撬棒电路进行具体说明，在此不再赘述。
S104、对转子电流和直流母线电压进行分析，得到分析结果；
S106、根据分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整，提高低电压穿越效果。
下文中再对该过程进行详细描述，在此不再赘述。
现有的双馈风机的低电压穿越方法在应对不同程度故障时适应性差，不能很好地抑制风机从电网吸收的无功功率。与现有技术相比，本发明实施例中的双馈风机低电压穿越控制方法中，能够根据转子电流和直流母线电压的不同情况得到不同的分析结果，进而根据分析结果控制可变制动电阻中各电阻的接入，实现故障中串接电阻的动态调整，也就是面对不同的电压跌落，可选择性接入撬棒电路中的电阻阻值，达到抑制电流和保护电路的最好效果，大大提高了保护电路在应对不同程度故障时的适应性，减少了故障期间风机从电网吸收的无功功率，缓解了现有的双馈风机的低电压穿越方法在应对不同程度故障时适应性差，不能很好地抑制风机从电网吸收的无功功率的技术问题。
上述内容对双馈风机低电压穿越控制方法进行了简要介绍，下面对其中涉及到的具体内容进行详细描述。
在一个可选地实施方式中，参考图2，该撬棒电路包括：电压源，转子电感，转子电阻，撬棒电阻，绝缘栅双极型晶体管，转子侧变流器和可变制动电阻；
电压源转子电感Lr，转子电阻Rr，撬棒电阻Rcb，绝缘栅双极型晶体管IGBT和可变制动电阻依次串联，转子侧变流器RSC并联在撬棒电阻Rcb和绝缘栅双极型晶体管IGBT的两端；
其中，可变制动电阻包括：第零开关S0、第一开关S1、第二开关S2、第一电阻RSDR1和第二电阻RSDR2，第一电阻RSDR1，第二电阻RSDR2，第零开关S0并联，且第一电阻RSDR1的支路上连接第一开关S1，第二电阻RSDR2的支路上连接第二开关S2。
图2中只示出了转子侧的电路连接，实际的电路中，存在两个背靠背的变流器，一个是转子侧变流器，另外一个是定子侧变流器，定子侧变流器与电网连接(图2中未示出)。具体的连接结构如图2所示。
上述内容介绍了转子侧串接可变制动电阻的撬棒电路的连接结构示意图，下面对控制可变制动电阻中各电阻的接入情况进行详细介绍。
在一个可选地实施方式中，参考图3，根据分析结果控制可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整，提高低电压穿越效果包括：
S301、当风电机组正常运行时，闭合第零开关S0，断开第一开关S1和第二开关S2，其中，风电机组正常运行是指转子电流不大于第一预设电流值；
S302、当风电机组发生故障时，根据分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整。
具体的，本发明中串接电阻的投切方式共有三种，分别为：(1)第一开关S1闭合、第二开关S2断开；(2)第一开关S1断开、第二开关S2闭合；(3)第一开关S1闭合、第二开关S2闭合。
下文中再对该过程进行详细描述，在此不再赘述。
在一个可选地实施方式中，参考图4，当风电机组发生故障时，根据分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整包括：
S401、当转子电流大于第一预设电流值，且小于第二预设电流值时，断开第零开关，闭合第一开关，以使第一电阻接入，其中，当第一电阻接入后，如果转子电流下降至额定电流值时，则断开第一开关，闭合第零开关，第二预设电流值大于第一预设电流值；
具体的，若转子电流大于第一预设电流值，且小于第二预设电流值时，即第零开关S0断开，第一开关S1闭合，接入第一电阻RSDR1，待电流下降至额定电流值(即IrN)时断开第一开关S1，闭合第零开关S0。
也就是说，在本发明实施例中，第一预设电流值为1.2IrN，第二预设电流值为1.5IrN，本发明实施例对第一预设电流值和第二预设电流值的大小不进行具体限制，也可以为其它值。
S402、如果闭合第一开关后，转子电流大于第二预设电流值，且小于第三预设电流值时，断开第一开关，闭合第二开关，以使第二电阻接入，其中，当第二电阻接入后，如果直流母线电压小于额定电压值时，则继续闭合第一开关，以减小接入的阻值，如果直流母线电压小于额定电压值，且转子电流下降至额定电流值时，则断开第一开关和第二开关，闭合第零开关，第三预设电流值大于第二预设电流值；
接入第一电阻RSDR1后，若转子电流继续上升，达到第二预设电流值，且小于第三预设电流值时，即断开第一开关S1，并闭合第二开关S2，接入第二电阻RSDR2，此时如果直流母线电压Udc，Udc<Udcmax，且若(IrN、Udcmax分别为转子的额定电流值、直流母线电压阈值)，则撬棒保护不动作，当第二电阻RSDR2接入后，如果直流母线电压小于额定电压值时，即Udc<UdcN，继续闭合第一开关S0，再次投入第一电阻RSDR1，此时串接阻值等效为待直流母线电压、转子电流恢复至额定值(也就是额定电压值UdcN、额定电流值IrN)时，断开第一开关S1、第二开关S2，闭合第零开关S0。
S403、如果闭合第二开关后，转子电流大于第三预设电流值，且直流母线电压大于预设电压值，则执行撬棒保护，断开转子侧与转子侧变流器的连接，其中，执行撬棒保护后，如果转子电流下降至第三预设电流值后，则退出撬棒保护，保持第二开关闭合，如果转子电流下降至额定电流值时，则断开第二开关，闭合第零开关。
闭合第二开关S2后，即第二电阻RSDR2投入后，若转子电流、直流母线电压达到撬棒保护的动作值，也就是转子电流大于第三预设电流值，且直流母线电压大于预设电压值，即且Udc>Udcmax，则投入撬棒保护，断开转子侧与转子侧变流器的连接，此时撬棒保护的等效电阻值为RSDR2+Rcb，撬棒保护投入后一段时间，待转子电流下降至第三预设电流值1.8IrN后，则退出撬棒保护，此时第二开关S2保持闭合，当转子电流下降至额定电流值时，则断开第二开关S2，退出第二电阻RSDR2的接入，闭合第零开关S0。
也就是说，在本发明实施例中，第三预设电流值为1.8IrN，预设电压值为Udcmax，本发明实施例对第三预设电流值和预设电压值的大小不进行具体限制，也可以为其它值。
下面对第一电阻的取值范围，第二电阻的取值范围进行探讨：
RSDR1的整定原则：RSDR1投入后，转子电流应小于RSDR2的动作值1.5IrN。
RSDR2的整定原则：RSDR2投入后，转子电流应小于撬棒保护的动作值1.8IrN。
撬棒电阻Rcb的取值原则有两个：
(1)在转子电流相位为零的时刻，风机并网点发生三相对称故障且电压跌落为零，串接电阻和撬棒电阻投入后转子电流的峰值不得超过转子电流1.8IrN；
(2)等效撬棒电阻两端的电压峰值不得超过直流母线电压最大允许值(即阈值)Udcmax。
在一个可选地实施方式中，根据第一算式：
计算第一电阻的取值范围，其中，
Ur表示转子电压幅值，τs表示定子磁链衰减时间常数，Ls表示定子电感，Lr表示转子电感，Rr表示转子电阻，Lm表示励磁电感，表示漏感系数，s表示转差率，Us表示故障前的定子电压，Usf表示故障后的定子电压，ωr表示转子电角速度，ωs表示同步转速，ω＝ωs-ωr表示转差角速度，表示衰减时间常数，Rs表示定子电阻，RSDR1表示第一电阻，1.5IrN表示第二预设电流值，IrN表示额定电流值。
具体的：故障期间转子电流在转子坐标系下表示为式(1)所示：
其中，τs表示定子磁链衰减时间常数，Ls表示定子电感，Lr表示转子电感，Rr表示转子电阻，Lm表示励磁电感，表示漏感系数，s表示转差率，Us表示故障前的定子电压，Usf表示故障后的定子电压，ωr表示转子电角速度，ω＝ωs-ωr表示转差角速度，ωs为同步转速，表示衰减时间常数，Rs表示定子电阻。转子侧变流器运行时，令转子电压Ur、β分别为转子电压幅值和故障瞬间转子相电压相角度，s表示转差率，ωs为同步转速。
第一电阻RSDR1的整定：
第一电阻RSDR1接入目的是在电压跌落较轻，转子电流峰值在1.2-1.6倍额定电流值范围内，防止串接的阻值过大导致直流母线电压低于额定电压值。先要计算故障后不接入任何电阻的情况下，转子电流峰值可达到1.6IrN时所对应的故障电压值Usf。故障后半个周期左右故障电流达到峰值，即取t＝T/2，此时变流器未闭锁，且转子相电压相角β取零，即把上述条件代入(1)式得式(2)：
其中，
式(2)中，只有Usf未知，其它参量已知，所以可由式(2)得到Usf，当转子电流达到1.2IrN时，第一开关S1闭合，第一电阻RSDR1接入，此时式(2)可改写为(即将式(2)中的Rr全部替换为Rr+RSDR1)：
其中， 表示转子电流峰值。
第一电阻RSDR1需把转子电流抑制在1.5IrN以下，即如式(4)所示：
由式(4)可得出第一电阻RSDR1的取值范围。
在一个可选地实施方式中，根据第二算式：
计算第二电阻的取值范围，其中，
Ur表示转子电压幅值，τs表示定子磁链衰减时间常数，Ls表示定子电感，Lr表示转子电感，Rr表示转子电阻，Lm表示励磁电感，表示漏感系数，s表示转差率，Us表示故障前的定子电压，Usf表示故障后的定子电压，ωr表示转子电角速度，ωs表示同步转速，ω＝ωs-ωr表示转差角速度，表示衰减时间常数，Rs表示定子电阻，RSDR2表示第二电阻，1.8IrN表示第三预设电流值，IrN表示额定电流值。
具体的，第二电阻RSDR2的整定：
第二电阻RSDR2接入目的在于尽可能避免撬棒保护动作，故障时若转子电流处于使撬棒保护触发的临界值附近(1.9IrN)，串接的第二电阻RSDR2将电流抑制在撬棒保护的动作值以下，则可减少撬棒保护的投入次数。同样，先计算故障后不接入任何电阻的情况下，转子电流峰值可达到1.9IrN时所对应的故障电压值Usf。此时变流器未闭锁，t取β取零，得式(5)：
由式(5)求出跌落后电压Usf，当转子电流达到1.5IrN，第二开关S2闭合，接入第二电阻RSDR2，此时式(5)改写为：
其中， 表示转子电流峰值。
第二电阻RSDR2需把转子电流抑制在1.8IrN以下，即如式(7)所示：
由式(7)可得出第二电阻RSDR2的取值范围。
可选地，根据第三算式：和计算撬棒电阻的取值范围，其中，Udcmax表示直流母线电压阈值，τs表示定子磁链衰减时间常数，Ls表示定子电感，Lr表示转子电感，Lm表示励磁电感，表示漏感系数，s表示转差率，Us表示故障前的定子电压，ωr表示转子电角速度，表示衰减时间常数，Rs表示定子电阻，Req表示等效电阻，1.8IrN表示第三预设电流值，IrN表示额定电流值，Udcmax表示预设电压值，也是直流母线电压阈值，Req＝RSDR2+Rr+Rcb，RSDR2表示第二电阻，Rr表示转子电阻，Rcb表示撬棒电阻。
具体的，撬棒电阻Rcb的整定：
当电网发生严重故障，转子电流、直流母线电压电压均超过阈值时，第二电阻RSDR2和撬棒保护中的撬棒电阻Rcb同时接入，并断开转子侧变流器，此时撬棒保护的阻值等效为Rcb+RSDR2。为了能在任何故障下均可抑制转子过电流，应取最为严重的三相短路故障即并网点电压跌落为0的情况。取值为直流母线电压阈值Udcmax(即最大值)，t取则最大转子电流可写成式(8)：
其中，Udcmax为直流母线电压阈值，一般为额定电压值的1.2～1.5倍左右，等效电阻Req为：Req＝RSDR2+Rr+Rcb；
撬棒保护投入后，转子电流的峰值不得超过转子电流的最大允许值1.8IrN，即
撬棒保护投入后，等效撬棒保护电阻两端的电压峰值Urmax不得超过直流母线电压阈值Udcmax，即
也就是：
由式(9)、(10)可得出Req的取值范围(具体的，式(9)可以得到一个Req的取值范围，式(10)可以得到另外一个Req的取值范围，最后取二者的交集，即为Req的取值范围)，将Req的取值范围与第二电阻RSDR2的范围作减法运算之后再减去Rr的值即可得到撬棒电阻Rcb的取值范围。
本方法的优点在于，面对不同的电压跌落时，可选择接入的电阻阻值，尽可能地达到抑制电流和保护电路的最好效果，若电压跌落较轻，转子电流数值较小，则选择投入阻值较小的电阻，即抑制了电流，也能保持直流母线电压在额定值附近；电压跌落较大时，投入阻值稍大的电阻，尤其对于触发撬棒保护动作的电流临界，此电阻可避免撬棒保护的投入，变流器控制不间断直到故障恢复。综上所述，本发明大大提高了保护电路在应对不同程度故障时的适应性，并且成功减少了撬棒保护的投入次数和时间，从而减少故障期间风机吸收的无功功率。
实施例二：
一种双馈风机低电压穿越控制装置，参考图5，应用于转子侧串接可变制动电阻的撬棒电路，该装置包括：
获取模块11，用于获取撬棒电路的转子电流和直流母线电压；
分析模块12，用于对转子电流和直流母线电压进行分析，得到分析结果；
控制模块13，用于根据分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整，提高低电压穿越效果。
本发明实施例中的双馈风机低电压穿越控制装置中，能够根据转子电流和直流母线电压的不同情况得到不同的分析结果，进而根据分析结果控制可变制动电阻中各电阻的接入，实现故障中串接电阻的动态调整，也就是面对不同的电压跌落，可选择性接入撬棒电路中的电阻阻值，达到抑制电流和保护电路的最好效果，大大提高了保护电路在应对不同程度故障时的适应性，减少了故障期间风机从电网吸收的无功功率，缓解了现有的双馈风机的低电压穿越方法在应对不同程度故障时适应性差，不能很好地抑制风机从电网吸收的无功功率的技术问题。
可选地，该撬棒电路包括：电压源，转子电感，转子电阻，撬棒电阻，绝缘栅双极型晶体管，转子侧变流器和可变制动电阻；
电压源，转子电感，转子电阻，撬棒电阻，绝缘栅双极型晶体管和可变制动电阻依次串联，转子侧变流器并联在撬棒电阻和绝缘栅双极型晶体管的两端；
其中，可变制动电阻包括：第零开关、第一开关、第二开关、第一电阻和第二电阻，第一电阻，第二电阻，第零开关并联，且第一电阻的支路上连接第一开关，第二电阻的支路上连接第二开关。
可选地，控制模块用于：
当风电机组正常运行时，闭合第零开关，断开第一开关和第二开关，其中，风电机组正常运行是指转子电流不大于第一预设电流值；
当风电机组发生故障时，根据分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整。
可选地，控制模块还用于：
当转子电流大于第一预设电流值，且小于第二预设电流值时，断开第零开关，闭合第一开关，以使第一电阻接入，其中，当第一电阻接入后，如果转子电流下降至额定电流值时，则断开第一开关，闭合第零开关，第二预设电流值大于第一预设电流值；
如果闭合第一开关后，转子电流大于第二预设电流值，且小于第三预设电流值时，断开第一开关，闭合第二开关，以使第二电阻接入，其中，当第二电阻接入后，如果直流母线电压小于额定电压值时，则继续闭合第一开关，以减小接入的阻值，如果直流母线电压小于额定电压值，且转子电流下降至额定电流值时，则断开第一开关和第二开关，闭合第零开关，第三预设电流值大于第二预设电流值；
如果闭合第二开关后，转子电流大于第三预设电流值，且直流母线电压大于预设电压值，则执行撬棒保护，断开转子侧与转子侧变流器的连接，其中，执行撬棒保护后，如果转子电流下降至第三预设电流值后，则退出撬棒保护，保持第二开关闭合，如果转子电流下降至额定电流值时，则断开第二开关，闭合第零开关。
可选地，根据第一算式：
计算第一电阻的取值范围，其中，
Ur表示转子电压幅值，τs表示定子磁链衰减时间常数，Ls表示定子电感，Lr表示转子电感，Rr表示转子电阻，Lm表示励磁电感，表示漏感系数，s表示转差率，Us表示故障前的定子电压，Usf表示故障后的定子电压，ωr表示转子电角速度，ωs表示同步转速，ω＝ωs-ωr表示转差角速度，表示衰减时间常数，Rs表示定子电阻，RSDR1表示第一电阻，1.5IrN表示第二预设电流值，IrN表示额定电流值。
可选地，根据第二算式：
计算第二电阻的取值范围，其中，
Ur表示转子电压幅值，τs表示定子磁链衰减时间常数，Ls表示定子电感，Lr表示转子电感，Rr表示转子电阻，Lm表示励磁电感，表示漏感系数，s表示转差率，Us表示故障前的定子电压，Usf表示故障后的定子电压，ωr表示转子电角速度，ωs表示同步转速，ω＝ωs-ωr表示转差角速度，表示衰减时间常数，Rs表示定子电阻，RSDR2表示第二电阻，1.8IrN表示第三预设电流值，IrN表示额定电流值。
可选地，根据第三算式：和计算撬棒电阻的取值范围，其中，Udcmax表示直流母线电压阈值，τs表示定子磁链衰减时间常数，Ls表示定子电感，Lr表示转子电感，Lm表示励磁电感，表示漏感系数，s表示转差率，Us表示故障前的定子电压，ωr表示转子电角速度，表示衰减时间常数，Rs表示定子电阻，Req表示等效电阻，1.8IrN表示第三预设电流值，IrN表示额定电流值，Udcmax表示直流母线电压阈值，Req＝RSDR2+Rr+Rcb，RSDR2表示第二电阻，Rr表示转子电阻，Rcb表示撬棒电阻。
该实施例二中的具体内容可参考上述实施例一中的描述，在此不再赘述。
本发明实施例所提供的双馈风机低电压穿越控制方法及装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种双馈风机低电压穿越控制方法，其特征在于，应用于转子侧串接可变制动电阻的撬棒电路，所述方法包括：
获取所述撬棒电路的转子电流和直流母线电压；
对所述转子电流和所述直流母线电压进行分析，得到分析结果；
根据所述分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整，提高低电压穿越效果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述撬棒电路包括：电压源，转子电感，转子电阻，撬棒电阻，绝缘栅双极型晶体管，转子侧变流器和可变制动电阻；
所述电压源，所述转子电感，所述转子电阻，所述撬棒电阻，所述绝缘栅双极型晶体管和所述可变制动电阻依次串联，所述转子侧变流器并联在所述撬棒电阻和所述绝缘栅双极型晶体管的两端；
其中，所述可变制动电阻包括：第零开关、第一开关、第二开关、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻，所述第二电阻，所述第零开关并联，且所述第一电阻的支路上连接所述第一开关，所述第二电阻的支路上连接所述第二开关。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述分析结果控制可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整，提高低电压穿越效果包括：
当风电机组正常运行时，闭合所述第零开关，断开所述第一开关和所述第二开关，其中，所述风电机组正常运行是指所述转子电流不大于第一预设电流值；
当所述风电机组发生故障时，根据分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述风电机组发生故障时，根据分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整包括：
当所述转子电流大于所述第一预设电流值，且小于第二预设电流值时，断开所述第零开关，闭合所述第一开关，以使所述第一电阻接入，其中，当所述第一电阻接入后，如果所述转子电流下降至额定电流值时，则断开所述第一开关，闭合所述第零开关，所述第二预设电流值大于所述第一预设电流值；
如果闭合所述第一开关后，所述转子电流大于所述第二预设电流值，且小于第三预设电流值时，断开所述第一开关，闭合所述第二开关，以使所述第二电阻接入，其中，当所述第二电阻接入后，如果所述直流母线电压小于额定电压值时，则继续闭合所述第一开关，以减小接入的阻值，如果所述直流母线电压小于额定电压值，且所述转子电流下降至所述额定电流值时，则断开所述第一开关和所述第二开关，闭合所述第零开关，所述第三预设电流值大于所述第二预设电流值；
如果闭合所述第二开关后，所述转子电流大于所述第三预设电流值，且所述直流母线电压大于预设电压值，则执行撬棒保护，断开转子侧与所述转子侧变流器的连接，其中，执行所述撬棒保护后，如果所述转子电流下降至所述第三预设电流值后，则退出所述撬棒保护，保持所述第二开关闭合，如果所述转子电流下降至所述额定电流值时，则断开所述第二开关，闭合所述第零开关。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
根据第一算式：
计算所述第一电阻的取值范围，其中，Ur表示转子电压幅值，τs表示定子磁链衰减时间常数，Ls表示定子电感，Lr表示转子电感，Rr表示转子电阻，Lm表示励磁电感，表示漏感系数，s表示转差率，Us表示故障前的定子电压，Usf表示故障后的定子电压，ωr表示转子电角速度，ωs表示同步转速，ω＝ωs-ωr表示转差角速度，表示衰减时间常数，Rs表示定子电阻，RSDR1表示第一电阻，1.5IrN表示第二预设电流值，IrN表示额定电流值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
根据第二算式：
计算所述第二电阻的取值范围，其中，Ur表示转子电压幅值，τs表示定子磁链衰减时间常数，Ls表示定子电感，Lr表示转子电感，Rr表示转子电阻，Lm表示励磁电感，表示漏感系数，s表示转差率，Us表示故障前的定子电压，Usf表示故障后的定子电压，ωr表示转子电角速度，ωs表示同步转速，ω＝ωs-ωr表示转差角速度，表示衰减时间常数，Rs表示定子电阻，RSDR2表示第二电阻，1.8IrN表示第三预设电流值，IrN表示额定电流值。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
根据第三算式：和计算所述撬棒电阻的取值范围，其中，Udcmax表示直流母线电压阈值，τs表示定子磁链衰减时间常数，Ls表示定子电感，Lr表示转子电感，Lm表示励磁电感，表示漏感系数，s表示转差率，Us表示故障前的定子电压，ωr表示转子电角速度，表示衰减时间常数，Rs表示定子电阻，Req表示等效电阻，1.8IrN表示第三预设电流值，IrN表示额定电流值，Udcmax表示预设电压值，Req＝RSDR2+Rr+Rcb，RSDR2表示第二电阻，Rr表示转子电阻，Rcb表示撬棒电阻。
8.一种双馈风机低电压穿越控制装置，其特征在于，应用于转子侧串接可变制动电阻的撬棒电路，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述撬棒电路的转子电流和直流母线电压；
分析模块，用于对所述转子电流和所述直流母线电压进行分析，得到分析结果；
控制模块，用于根据所述分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整，提高低电压穿越效果。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述撬棒电路包括：电压源，转子电感，转子电阻，撬棒电阻，绝缘栅双极型晶体管，转子侧变流器和可变制动电阻；
所述电压源，所述转子电感，所述转子电阻，所述撬棒电阻，所述绝缘栅双极型晶体管和所述可变制动电阻依次串联，所述转子侧变流器并联在所述撬棒电阻和所述绝缘栅双极型晶体管的两端；
其中，所述可变制动电阻包括：第零开关、第一开关、第二开关、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻，所述第二电阻，所述第零开关并联，且所述第一电阻的支路上连接所述第一开关，所述第二电阻的支路上连接所述第二开关。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制模块用于：
当风电机组正常运行时，闭合所述第零开关，断开所述第一开关和所述第二开关，其中，所述风电机组正常运行是指所述转子电流不大于第一预设电流值；
当所述风电机组发生故障时，根据分析结果控制转子侧可变制动电阻中各电阻的接入，以实现故障中串接电阻的动态调整。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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