CN111478366B - 基于暂态过电压抑制的双馈风机低压穿越控制方法及系统 - Google Patents

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CN111478366B CN202010391299.3A CN202010391299A CN111478366B CN 111478366 B CN111478366 B CN 111478366B CN 202010391299 A CN202010391299 A CN 202010391299A CN 111478366 B CN111478366 B CN 111478366B
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Abstract

本发明公开了一种基于暂态过电压抑制的双馈风机低压穿越控制方法及系统。根据双馈风机的机端电压与第一预设电压的大小关系判断变流器所采用的运行控制模式，当机端电压大于或等于第一预设电压时采用变流器稳态运行控制模式，当机端电压小于第一预设电压时，在不投入撬棒电路的情况下，采用有功优先低电压穿越控制模式，若投入撬棒电路的情况下，将撬棒电路延时切除。本发明针对风电直流外送系统换向失败导致的送端电网“先低后高”的暂态电压，在低电压穿越期间采用有功优先和撬棒电路延迟切除相结合的方法，使风机在过电压时能够从电网吸收无功功率来抑制过电压，以保证风电场能够在暂态过程中不脱网稳定运行，增强电力系统稳定性。

Description

基于暂态过电压抑制的双馈风机低压穿越控制方法及系统
技术领域
本发明涉及双馈风机低电压穿越控制技术领域，特别是涉及一种针对风电直流外送系统换向失败导致送端电网电压“先低后高”的基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制方法及系统。
背景技术
由于中国的能源与负荷呈逆向分布，跨区域、远距离输电是负荷中心供电的必然需求。高压直流输电技术能够大幅提高电网远距离、大规模输电能力，使中国西北部风电的集约高效开发和大范围配置消纳成为可能，因此高压直流成为中国西北地区风电输送至中东部负荷中心的重要方式。然而由于送端电网相对薄弱，当直流系统发生换相失败时，高压直流在暂态过程中的无功大范围波动导致送端电网电压剧烈变化，呈现出“先低后高”的暂态特性，这个暂态电压将会被风电机组感受到，而且风机过电压更为严重，威胁风电场的安全稳定运行，会造成风机的无序脱网，从而导致直流输送风电能力受限。
目前，风机的低电压穿越控制方法主要有以下两种：(1)采用改进的控制策略，如改进的矢量控制、鲁棒控制等；(2)加装硬件电路，如crowbar电路(撬棒电路)、chopper电路。不同的改进控制策略或是crowbar投切策略有很多，但这些低电压穿越控制方法都针对常规交流电网故障而设计，在该种情况下低电压时间相对较长且无过电压问题，因此风机的低穿控制通常以不脱网运行并能向电网提供无功功率以协助电压恢复为目的。而在风电直流外送系统中，换向失败导致的送端低电压一般持续时间很短，且紧接着就会发生过电压，整个“先低后高”的暂态过程一般不超过200ms，如果仍然采用现有的低电压穿越技术，很有可能会在过电压来临时因为无功过剩而助增过电压，导致风机高压脱网。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制方法及系统，采用有功优先和crowbar延迟切除相结合的方法，使风机在过电压时能够从电网吸收无功功率来抑制过电压，以保证风电场能够在暂态过程中不脱网稳定运行，增强电力系统稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制方法，包括：
获取双馈风机的机端电压；
判断所述机端电压是否大于或等于第一预设电压，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果为是，则采用变流器稳态运行控制模式；
若所述第一判断结果为否，则判断crowbar电路是否投入，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果为否，则采用有功优先低电压穿越控制模式；所述有功优先低电压穿越控制模式为增加有功电流占比使双馈风机增加有功输出、减少无功输出的控制模式；
若所述第二判断结果为是，则将crowbar电路延时切除。
可选的，所述有功优先低电压穿越控制模式的控制方法，具体包括：
获取有功电流占比系数和转子电流最大值；
根据所述有功电流占比系数和所述转子电流最大值采用如下公式确定转子电流d、q轴分量：
Figure BDA0002485866110000021
式中，ird表示转子电流d轴分量，irq表示转子电流q轴分量，Irmax表示转子电流最大值，kP表示有功电流占比系数；
根据所述转子电流d、q轴分量进行双馈风机低电压穿越控制。
可选的，所述判断crowbar电路是否投入的方法，具体包括：
获取转子电流d、q轴分量；
根据所述转子电流d、q轴分量确定转子电流矢量模值；
判断所述转子电流矢量模值是否大于转子电流上限值，得到第三判断结果；
若所述第三判断结果为是，则投入crowbar电路；
若所述第三判断结果为否，则判断所述机端电压是否小于第二预设电压，得到第四判断结果；
若所述第四判断结果为是，则投入crowbar电路；
若所述第四判断结果为否，则不投入crowbar电路。
可选的，所述将所述crowbar电路延时切除，具体包括：
在所述机端电压大于所述第二预设电压并且所述转子电流矢量模值小于转子电流下限值时，延时预设个数的周波后，将所述crowbar电路切除；
所述预设个数为1-2个。
本发明还提供一种基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制系统，包括：
机端电压获取模块，用于获取双馈风机的机端电压；
第一判断结果生成模块，用于判断所述机端电压是否大于或等于第一预设电压，得到第一判断结果；
变流器稳态运行控制模块，用于在所述第一判断结果为是时，采用变流器稳态运行控制模式；
第二判断结果生成模块，用于在所述第一判断结果为否时，判断crowbar电路是否投入，得到第二判断结果；
有功优先低电压穿越控制模块，用于在所述第二判断结果为否时，采用有功优先低电压穿越控制模式；所述有功优先低电压穿越控制模式为增加有功电流占比使双馈风机增加有功输出、减少无功输出的控制模式；
延时切除模块，用于在所述第二判断结果为是时，将crowbar电路延时切除。
可选的，所述有功优先低电压穿越控制模块，具体包括：
第一数据获取单元，用于获取有功电流占比系数和转子电流最大值；
转子电流d、q轴分量确定单元，用于根据所述有功电流占比系数和所述转子电流最大值采用如下公式确定转子电流d、q轴分量：
Figure BDA0002485866110000031
式中，ird表示转子电流d轴分量，irq表示转子电流q轴分量，Irmax表示转子电流最大值，kP表示有功电流占比系数；
双馈风机低电压穿越控制单元，用于根据所述转子电流d、q轴分量进行双馈风机低电压穿越控制。
可选的，所述第二判断结果生成模块，具体包括：
第二数据获取单元，用于获取转子电流d、q轴分量；
转子电流矢量模值确定单元，用于根据所述转子电流d、q轴分量确定转子电流矢量模值；
第三判断结果生成单元，用于判断所述转子电流矢量模值是否大于转子电流上限值，得到第三判断结果；
第四判断结果生成单元，用于在所述第三判断结果为否时，判断所述机端电压是否小于第二预设电压，得到第四判断结果；
crowbar电路投入单元，用于在所述第三判断结果为是时或者在所述第四判断结果为是时，投入crowbar电路；
crowbar电路不投入单元，用于在所述第四判断结果为否时，不投入crowbar电路。
可选的，所述延时切除模块，具体包括：
延时切除单元，用于在所述机端电压大于所述第二预设电压并且所述转子电流矢量模值小于转子电流下限值时，延时预设个数的周波后，将所述crowbar电路切除；
所述预设个数为1-2个。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制方法及系统，根据双馈风机的机端电压与第一预设电压的大小关系判断变流器所采用的运行控制模式，当机端电压大于或等于第一预设电压时采用变流器稳态运行控制模式，当机端电压小于第一预设电压时，在不投入crowbar电路的情况下，采用有功优先低电压穿越控制模式，若投入crowbar电路的情况下，将所述crowbar电路延时切除。本发明针对风电直流外送系统换向失败导致的送端电网“先低后高”的暂态电压，在低电压穿越期间采用有功优先和crowbar延迟切除相结合的方法，使风机在过电压时能够从电网吸收无功功率来抑制过电压，以保证风电场能够在暂态过程中不脱网稳定运行，增强电力系统稳定性。
本发明提出的基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制方法及系统，适用于高比例风电直流外送系统中常见的“先低后高”的暂态电压，在低电压且crowbar未投入时采用有功优先的改进控制策略，使得风机少发无功，避免过电压时的无功盈余；当crowbar投入后延迟其切除时间，使得风机能在过电压时从电网吸收无功，达到抑制过电压的效果。此外，本发明省略了功率外环，响应速度快，能够很好地适应所研究场景下的短时电压波动，控制速度快，控制效果好。同时，控制算法简单易修改，且无需添加其他硬件设备，容易实现且成本低廉，易于推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制方法流程图；
图2为本发明实施例中考虑暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越优化控制流程图；
图3为本发明实施例中高比例风电直流送出系统示意图；
图4为本发明实施例中GSC稳态控制框图；
图5为本发明实施例中RSC稳态控制框图；
图6为本发明实施例中以无功输出为目的的低穿策略的风机无功响应特性图；
图7为本发明实施例中改进后的RSC“有功优先”控制策略框图；
图8为本发明实施例中flag标志位逻辑判断模型示意图；
图9为本发明实施例中改进的crowbar投切判据框图；
图10为本发明实施例中双馈风机电压穿越运行状态判断模型框图；
图11为本发明实施例中“有功优先”改进策略测试结果之无功出力特性对比图；
图12为本发明实施例中“有功优先”改进策略测试结果之电压对比图；
图13为本发明实施例中改进crowbar投切策略测试结果之无功出力特性对比图；
图14为本发明实施例中改进crowbar投切策略测试结果之电压对比图；
图15为本发明实施例中基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制系统结构图。
具体实施方式
下面将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。
本发明的目的是提供一种基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制方法及系统，针对风电直流外送系统换向失败导致的送端电网“先低后高”的暂态电压，在低电压期间采用有功优先和crowbar延迟切除相结合的方法，使风机在过电压时能够从电网吸收无功功率来抑制过电压，以保证风电场能够在暂态过程中不脱网稳定运行，增强电力系统稳定性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
图1为本发明实施例中基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制方法流程图，如图1所示，一种基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制方法，包括：
步骤101：获取双馈风机的机端电压。
步骤102：判断机端电压是否大于或等于第一预设电压，得到第一判断结果。
步骤103：若第一判断结果为是，则采用变流器稳态运行控制模式。
步骤104：若第一判断结果为否，则判断crowbar电路是否投入，得到第二判断结果。
步骤104，具体包括：
获取转子电流d、q轴分量；
根据转子电流d、q轴分量确定转子电流矢量模值；
判断转子电流矢量模值是否大于转子电流上限值，得到第三判断结果；
若第三判断结果为是，则投入crowbar电路；
若第三判断结果为否，则判断机端电压是否小于第二预设电压，得到第四判断结果；
若第四判断结果为是，则投入crowbar电路；
若第四判断结果为否，则不投入crowbar电路。
步骤105：若第二判断结果为否，则采用有功优先低电压穿越控制模式；有功优先低电压穿越控制模式为增加有功电流占比使双馈风机增加有功输出、减少无功输出的控制模式。
步骤105，具体包括：
获取有功电流占比系数和转子电流最大值；
根据有功电流占比系数和转子电流最大值采用如下公式确定转子电流d、q轴分量：
Figure BDA0002485866110000071
式中，ird表示转子电流d轴分量，irq表示转子电流q轴分量，Irmax表示转子电流最大值，kP表示有功电流占比系数；
根据转子电流d、q轴分量进行双馈风机低电压穿越控制。
步骤106：若第二判断结果为是，则将crowbar电路延时切除。
步骤106，具体包括：
在机端电压大于第二预设电压并且转子电流矢量模值小于转子电流下限值时，延时预设个数的周波后，将crowbar电路切除；预设个数为1-2个。
具体的，
图2为本发明实施例中考虑暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越优化控制流程图，如图2所示，
步骤一：建立高比例风电直流送出系统的稳态运行模型。
具体的，所述步骤一的高比例风电直流送出系统示意图如图3所示。由于本发明重点研究双馈风机的低电压穿越控制，因此主要对双馈型风电场的稳态运行模型进行描述，火电机组模型、直流输电模型(高压直流输电标准模型)以及受端电网模型(等效为无穷大电源)在此不作详述。
1)双馈风机单机稳态建模
采用电动机惯例，在dq坐标系下，双馈风机(Doubly-Fed Induction Generator，DFIG)的数学模型如下：
Figure BDA0002485866110000081
其中，
Figure BDA0002485866110000082
式中：usd、usq、urd、urq为定、转子电压d、q轴分量；isd、isq、ird、irq为定、转子电流d、q轴分量；ψsd、ψsq、ψrd、ψrq为定、转子磁链d、q轴分量；Rs、Rr为定、转子绕组电阻；Ls、Lr为定、转子电感，Lm为励磁电感；p为微分算子；ω1为同步转速；ωs＝sω1，s为转差率。
图4为本发明实施例GSC稳态控制框图，图5为本发明实施例RSC稳态控制框图，网侧变流器(Grid Side Converter，GSC)采用电网电压定向矢量控制，转子侧变流器(RotorSide Converter，RSC)采用定子磁链定向的矢量控制，控制框图如图4-5所示。图中，Udc为直流母线电压，igd、igq为网侧变流器d、q轴电流，Lg为GSC侧滤波电感，Us为电网电压，ugd、ugq为GSC输出电压d、q轴分量，Ps、Qs为定子侧有功、无功功率，ψs为定子磁链、σ为发电机漏磁系数，上标*表示指令值。
2)双馈型风电场等值聚合
风电场内包含成百上千台风电机组，如果精确搭建每一台机组的仿真模型则仿真速度将会很慢，因此有必要对其进行等值，以降低仿真时间，同时保证模型的精度。在1)所建立的单机模型的基础上，该步骤进行风电场等值建模。下面为标幺值系统下的双馈型风电场等值参数计算。
(1)发电机参数等值
发电机参数采用容量加权法，标幺值情况下同型号机组的聚合参数为：
Figure BDA0002485866110000091
式中：L*、R*、C*分别为等值前机组电感、电阻、电容参数标幺值；Leq*、Req*、Ceq*分别为等值后机组参数标幺值。Sb为各机组的单机基准容量，SB为等值机的基准容量，n为风机台数。
(2)控制参数等值
标幺值系统下，当系统容量发生变化时，电压/功率外环、电流内环的控制参数无需改变，只要改变相应的基准容量即可。
(3)集电线路等值
风电场集电网络一般由若干条干线组成，每条干线上接入一定数量的风电机组。在进行集电网络等值时，先将各条干线进行等值，得到放射式网络，再对放射式网络进行等值，得到单机的等值集电线路。根据网损不变原则，可得出由干线式网络等值为放射式网络的计算公式和放射式网络等值为单机等值线路的计算公式分别为：
Figure BDA0002485866110000092
Figure BDA0002485866110000093
式中：Zeq为风电场等值阻抗；Zeqi为各等值干线阻抗；Zi为干线上各阻抗的阻抗值；Pi为各机组输出有功功率；Peqi为各干线等值机组出力。
步骤二：建立“有功优先”的双馈风机低电压穿越控制方法。
针对低电压时期crowbar不投入的情况，根据现有风机低电压穿越策略以无功输出为目的而在过电压来临时进一步助增过电压的问题，提出有功优先的改进控制策略，使得风机在低电压期间减少无功输出而增大有功输出，达到消除过电压时期无功盈余的目的，且由于省略了功率外环，响应速度很快，能够很好地适应短时电压波动。
具体的，由于现有的双馈风机低电压穿越策略均针对交流电网故障而设计，以向电网提供无功支撑为目的，同时撤去有功输出，如果将其应用于直流外送系统，当换向失败故障导致送端电网出现“先低后高”的暂态电压时，会在过电压来临时出现无功过剩的问题，从而进一步助增过电压，如图6所示，图6为以无功输出为目的的低穿策略的风机无功响应特性示意图，严重时将导致风机大规模脱网。
“有功优先”型双馈风机低电压穿越改进控制方法如下：
1)建立低电压穿越状态的RSC“有功优先”改进电气控制模型
在crowbar没有投入的情况下，RSC可控，为了不助增过电压，提出“有功优先”的改进控制策略。该控制策略采用指定有功、无功电流百分比的方式直接计算有功、无功电流指令值，省去功率外环，具有响应速度快的优点。具体计算方法如下：
设kP、kQ分别为有功电流、无功电流占比系数，即
Figure BDA0002485866110000101
式中：ird、irq分别为转子电流d、q轴分量，也即无功电流分量和有功电流分量；Irmax为转子电流最大值。它们之间满足如下关系：
Figure BDA0002485866110000102
上式联立得：
Figure BDA0002485866110000103
为了让风机在低电压时期多发有功功率而减少无功功率的输出，该策略采用有功电流优先控制模式，此时优先保证有功电流的输出，因此首先确定有功电流占比系数kP的取值，再根据kP来确定无功电流占比系数kQ的取值，同时确保有功、无功电流在如下范围内：
Figure BDA0002485866110000111
为了尽可能充分地利用风机的输出能力，低电压穿越期间有功、无功电流指令的计算如下式确定：
Figure BDA0002485866110000112
为了减少过电压时期的无功盈余，让风机在低电压时期减少无功功率的输出而多发有功功率，需要尽可能增大kP的取值。根据kP与过电压时期无功盈余量的关系，一般kP取值范围在0.9-1之间。改进后的RSC“有功优先”控制策略如图7所示，其中flag为控制模式选择标志位，当flag＝0时，选择稳态控制模式，当flag＝1时，选择改进的有功优先低穿控制模式。
2)建立控制模式选择标志位flag的逻辑判断模型
flag标志位用于选择RSC的控制模式，在机端电压高于0.9p.u.时，flag＝0，开关打到稳态运行控制模式；当机端电压低于0.9p.u.且crowbar未投入时，flag＝1，开关打到改进的有功优先低穿控制模式。flag标志位逻辑判断模型如图8所示，其中比较器的功能为：当A≥B时，输出为0，当A<B时，输出为1；检测crowbar投切状态模块的功能为：当crowbar未投入时，输出为0，当crowbar投入时，输出为1。
3)建立改进的crowbar投切判据。
针对低电压时期crowbar投入的情况，根据crowbar投入时双馈风机会从电网吸收无功功率的特性，得到延时crowbar切除的改进投切判据，以达到风机在过电压期间从电网吸收无功的目的，从而抑制过电压，帮助电网电压的恢复。
具体的，由于crowbar投入时RSC闭锁，双馈风机运行在普通感应电机模式，此时风机会从电网吸收无功功率。根据这一特性，为了抑制直流外送系统中换向失败导致的过电压，提出改进的crowbar投切判据如下所述：
当转子电流矢量模值高于设定上限值或机端电压低于设定值时，crowbar投入；待机端电压恢复到设定值以上且转子电流矢量模值低于设定下限值时，再延时1-2个周波后，crowbar切除。一般地，转子电流上限值取1.2p.u.，下限值取0.8p.u.，机端电压设定值取0.75p.u.。改进的crowbar投切判据框图如图9所示。
4)测试分析。
根据风电直流外送系统的不同运行情况，判断风机的运行状态，选择相应的控制策略，对比风机的无功响应特性和暂态电压特性。
具体的，根据《GB/T 19963-2011风电场接入电力系统技术规定》，当风电场并网点电压在标称电压的90％～110％之间时，风电机组应能正常运行。因此改进控制策略适用于电压跌落到标称电压90％以下时的情形。图10为双馈风机电压穿越运行状态判断模型框图，双馈风机电压穿越运行状态判断模型如下所述：
(1)机端电压大于等于0.9p.u.：风机保持正常的功率控制模式(稳态运行控制模式)。
(2)机端电压低于0.9p.u.且crowbar未投入：RSC切换为改进的有功优先控制模式。
(3)机端电压低于0.9p.u.且crowbar投入：RSC闭锁，crowbar在满足切除条件后延时1-2周波切除。
本发明采用“有功优先+crowbar延时切除”的改进低穿控制策略后，在低电压且crowbar未投入时，有功优先的RSC改进策略会保证风机的有功输出能力，而减少无功输出，以达到过电压时没有无功盈余的目的；在低电压且crowbar投入时，通过延时crowbar的切除，使得过电压来临时风机仍能从电网吸收一定的无功功率，两者结合，可以合理利用风机的无功控制能力，实现抑制过电压的目的，有助于系统的稳定运行。
本发明采用PSCAD/EMTDC V4.2搭建高比例风电直流外送系统仿真模型系统示意图如附图3所示，其中直流电压±500kV，直流输送容量1000MW；送端风电装机容量800MW，配套火电装机容量500MW；受端电网等效为无穷大电源；仿真步长50μs，仿真时长12s。考虑风电大发运行方式，送端系统火电小开机，设置8s时受端电网发生持续0.1s的单相接地短路故障，引发逆变站发生换相失败，导致送端电网电压呈现“先低后高”的暂态特性，整个暂态过程持续200ms。
为了验证所提策略的合理性和有效性，双馈风电系统设置了以下两种控制模式进行测试：
控制模式1：低电压期间crowbar未投入时，风机采用现有的低穿策略，以发出无功为目的，撤回有功输出；crowbar投入时，达到设定门槛立即切除；
控制模式2：低电压期间crowbar未投入时，风机采用所提的“有功优先”改进策略，减少无功输出，保证有功输出；crowbar投入时，达到设定门槛后延时1-2周波再切除。
对于“有功优先”的改进控制策略，测试结果如图11-12所示。图11对比了两种控制模式下风机的无功出力特性，规定无功为正时风机吸收无功，为负时风机发出无功，可以看出当过电压来临时(8.1-8.2s)，采用控制模式1的风机依然在向电网提供无功功率，而采用控制模式2的风机能够快速收回发出的无功，改从电网吸收无功。附图12将两种控制模式下风机出口处的电压与送端电网电压进行了对比，可以看出控制模式1下的风机出口过电压加重，而采用控制模式2则可以抑制过电压。
对于改进的crowbar投切策略，测试结果如附图13-14所示。附图13对比了两种控制模式下风机的无功出力特性，可以看出过电压期间模式2的风机能够吸收更多的无功；附图14对比了两种模式下的风机出口电压，可以看出延时crowbar的切除对过电压有一定的抑制效果。
图15为本发明实施例中基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制系统结构图。如图15所示，一种基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制系统，包括：
机端电压获取模块201，用于获取双馈风机的机端电压。
第一判断结果生成模块202，用于判断机端电压是否大于或等于第一预设电压，得到第一判断结果。
变流器稳态运行控制模块203，用于在第一判断结果为是时，采用变流器稳态运行控制模式。
第二判断结果生成模块204，用于在第一判断结果为否时，判断crowbar电路是否投入，得到第二判断结果。
第二判断结果生成模块204，具体包括：
第二数据获取单元，用于获取转子电流d、q轴分量；
转子电流矢量模值确定单元，用于根据转子电流d、q轴分量确定转子电流矢量模值；
第三判断结果生成单元，用于判断转子电流矢量模值是否大于转子电流上限值，得到第三判断结果；
第四判断结果生成单元，用于在第三判断结果为否时，判断机端电压是否小于第二预设电压，得到第四判断结果；
crowbar电路投入单元，用于在第三判断结果为是时或者在第四判断结果为是时，投入crowbar电路；
crowbar电路不投入单元，用于在第四判断结果为否时，不投入crowbar电路。
有功优先低电压穿越控制模块205，用于在第二判断结果为否时，采用有功优先低电压穿越控制模式；有功优先低电压穿越控制模式为增加有功电流占比使双馈风机增加有功输出、减少无功输出的控制模式。
有功优先低电压穿越控制模块205，具体包括：
第一数据获取单元，用于获取有功电流占比系数和转子电流最大值；
转子电流d、q轴分量确定单元，用于根据有功电流占比系数和转子电流最大值采用如下公式确定转子电流d、q轴分量：
Figure BDA0002485866110000141
式中，ird表示转子电流d轴分量，irq表示转子电流q轴分量，Irmax表示转子电流最大值，kP表示有功电流占比系数；
双馈风机低电压穿越控制单元，用于根据转子电流d、q轴分量进行双馈风机低电压穿越控制。
延时切除模块206，用于在第二判断结果为是时，将crowbar电路延时切除。
延时切除模块206，具体包括：
延时切除单元，用于在机端电压大于第二预设电压并且转子电流矢量模值小于转子电流下限值时，延时预设个数的周波后，将crowbar电路切除；
预设个数为1-2个。
对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本发明针对换向失败导致送端电网“先低后高”的暂态电压提出一种“有功优先+crowbar延时切除”的低电压穿越优化控制策略。该策略在低电压期间crowbar未投入时，将RSC控制策略切换为改进的有功优先控制模式，通过指定较大的有功电流占比的方式计算出有功、无功电流指令值，达到消除过电压时期无功盈余的目的；在低电压期间crowbar投入时，根据双馈风机从电网吸收无功的特性，在原投切策略的基础上将切除时间延迟1-2周波，达到风机在过电压期间从电网吸收无功的目的。本发明具有响应速度快、控制简单、成本低廉等优点，能够很好地应用于双馈风电直流外送系统的暂态电压穿越。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制方法，其特征在于，包括：
获取双馈风机的机端电压；
判断所述机端电压是否大于或等于第一预设电压，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果为是，则采用变流器稳态运行控制模式；
若所述第一判断结果为否，则判断crowbar电路是否投入，得到第二判断结果；
所述判断crowbar电路是否投入的方法，具体包括：获取转子电流d、q轴分量；根据所述转子电流d、q轴分量确定转子电流矢量模值；判断所述转子电流矢量模值是否大于转子电流上限值，得到第三判断结果；若所述第三判断结果为是，则投入crowbar电路；若所述第三判断结果为否，则判断所述机端电压是否小于第二预设电压，得到第四判断结果；若所述第四判断结果为是，则投入crowbar电路；若所述第四判断结果为否，则不投入crowbar电路；
若所述第二判断结果为否，则采用有功优先低电压穿越控制模式；所述有功优先低电压穿越控制模式为增加有功电流占比使双馈风机增加有功输出、减少无功输出的控制模式；
若所述第二判断结果为是，则将crowbar电路延时切除。
2.根据权利要求1所述的基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制方法，其特征在于，所述有功优先低电压穿越控制模式的控制方法，具体包括：
获取有功电流占比系数和转子电流最大值；
根据所述有功电流占比系数和所述转子电流最大值采用如下公式确定转子电流d、q轴分量：
Figure FDA0003028471840000011
式中，ird表示转子电流d轴分量，irq表示转子电流q轴分量，Irmax表示转子电流最大值，kP表示有功电流占比系数；
根据所述转子电流d、q轴分量进行双馈风机低电压穿越控制。
3.根据权利要求1所述的基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制方法，其特征在于，所述将所述crowbar电路延时切除，具体包括：
在所述机端电压大于所述第二预设电压并且所述转子电流矢量模值小于转子电流下限值时，延时预设个数的周波后，将所述crowbar电路切除；
所述预设个数为1-2个。
4.一种基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制系统，其特征在于，包括：
机端电压获取模块，用于获取双馈风机的机端电压；
第一判断结果生成模块，用于判断所述机端电压是否大于或等于第一预设电压，得到第一判断结果；
变流器稳态运行控制模块，用于在所述第一判断结果为是时，采用变流器稳态运行控制模式；
第二判断结果生成模块，用于在所述第一判断结果为否时，判断crowbar电路是否投入，得到第二判断结果；
所述第二判断结果生成模块，具体包括：
第二数据获取单元，用于获取转子电流d、q轴分量；
转子电流矢量模值确定单元，用于根据所述转子电流d、q轴分量确定转子电流矢量模值；
第三判断结果生成单元，用于判断所述转子电流矢量模值是否大于转子电流上限值，得到第三判断结果；
第四判断结果生成单元，用于在所述第三判断结果为否时，判断所述机端电压是否小于第二预设电压，得到第四判断结果；
crowbar电路投入单元，用于在所述第三判断结果为是时或者在所述第四判断结果为是时，投入crowbar电路；
crowbar电路不投入单元，用于在所述第四判断结果为否时，不投入crowbar电路；
有功优先低电压穿越控制模块，用于在所述第二判断结果为否时，采用有功优先低电压穿越控制模式；所述有功优先低电压穿越控制模式为增加有功电流占比使双馈风机增加有功输出、减少无功输出的控制模式；
延时切除模块，用于在所述第二判断结果为是时，将crowbar电路延时切除。
5.根据权利要求4所述的基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制系统，其特征在于，所述有功优先低电压穿越控制模块，具体包括：
第一数据获取单元，用于获取有功电流占比系数和转子电流最大值；
转子电流d、q轴分量确定单元，用于根据所述有功电流占比系数和所述转子电流最大值采用如下公式确定转子电流d、q轴分量：
Figure FDA0003028471840000031
式中，ird表示转子电流d轴分量，irq表示转子电流q轴分量，Irmax表示转子电流最大值，kP表示有功电流占比系数；
双馈风机低电压穿越控制单元，用于根据所述转子电流d、q轴分量进行双馈风机低电压穿越控制。
6.根据权利要求4所述的基于暂态过电压抑制的双馈风机低电压穿越控制系统，其特征在于，所述延时切除模块，具体包括：
延时切除单元，用于在所述机端电压大于所述第二预设电压并且所述转子电流矢量模值小于转子电流下限值时，延时预设个数的周波后，将所述crowbar电路切除；
所述预设个数为1-2个。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205070452U (zh) * 2015-07-13 2016-03-02 国家电网公司 一种双馈型风电机组高电压穿越系统
CN106532771A (zh) * 2016-12-01 2017-03-22 国网新疆电力公司经济技术研究院 一种自适应电压跌落的双馈风电机组低电压穿越实现方法
CN107394791A (zh) * 2017-06-30 2017-11-24 天津大学 防止撬棒反复投切的双馈风机撬棒自适应切除控制方法
CN110867895A (zh) * 2019-11-26 2020-03-06 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种风电机组高电压穿越控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205070452U (zh) * 2015-07-13 2016-03-02 国家电网公司 一种双馈型风电机组高电压穿越系统
CN106532771A (zh) * 2016-12-01 2017-03-22 国网新疆电力公司经济技术研究院 一种自适应电压跌落的双馈风电机组低电压穿越实现方法
CN107394791A (zh) * 2017-06-30 2017-11-24 天津大学 防止撬棒反复投切的双馈风机撬棒自适应切除控制方法
CN110867895A (zh) * 2019-11-26 2020-03-06 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种风电机组高电压穿越控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
双馈风电机组高电压穿越控制策略与试验;李少林 等;《电力系统自动化》;20160825;第40卷(第16期);正文第2-4节 *
对称和不对称故障下的并网光伏逆变器低电压穿越研究;韩贤岁 等;《电测与仪表》;20150510;第52卷(第9期);全文 *

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