CN112952900A - 一种双风轮风力发电机组故障穿越控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双风轮风力发电机组故障穿越控制方法及系统，属于风力发电技术领域。通过检测三端口风机变流器并网点电压，判断并联电网是否发生电压故障，若并联电网发生电压故障，则计算三端口风机变流器直流母线电压值大小以及当前双风轮发电机组中相对转速较低风轮的转速，根据低速风轮实时转速以及功率值，快速切换低转速风轮对应机侧变流器工作状态从而改变电机的电动与发电状态，使低转速风轮从直流母线吸收瞬时电能或通过三端口风机变流器向电网系统释放电能。本发明的技术方案通过快速控制风电机组双风轮互为负载，解决了现有技术中靠电阻消耗电能实现风机故障穿越造成的效率低、成本高、安全性差等问题，具有良好的应用前景。

Description

一种双风轮风力发电机组故障穿越控制方法及系统

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种双风轮风力发电机组故障穿越控制方法及系统。

背景技术

由于传统化石能源的大量消耗造成区域性雾霾以及全球变暖等重大环境问题，大力发展清洁的可再生能源(如风能、光能等可再生能源)已成为全球的共识。风能和光能作为可再生新能源，由于其具备来源广、储量大以及无污染等优点正日益受到人们的关注。电能作为能源的特殊载体具有清洁、高效环境友好等特点，因此大力发展新能源发电意义重大。

随着风电产业的快速发展，风资源较好的区域已经开发殆尽。同时，随着风电并网价格不断下调以及国家补贴的取消，对风电场盈利能力造成巨大压力。为提高风能利用率从而降低发电成本，各大风机厂家大力开展新型风机研制工作，并不断有新型和改进型风电机组出现。其中异侧双风轮风力发电机组风能利用率较高，是在相同条件下获取更大发电量的有效手段。具体地，将双风轮风机通过三端口并网变流器并入常规的电网系统，与电力网系统实现高效、灵活的互联。其中，三端口并网变流器正如同步电机在传统电力系统中所扮演的中心角色一样，使得双风轮风机的电能有效地接入到电网系统中。

但是，电网系统故障会导致三端口并网变流器并网点电压跌落或抬升。如果不具备故障穿越能力，三端口并网变流器的直流侧电压也会升高，从而导致发电机定子侧电压升高，严重时可能会造成变流器损坏以及发电机绕组绝缘击穿等问题。考虑自身安全原因，一般都会与电网系统自动脱网；大量风电机组与电网系统解列，往往会恶化电网稳定性，甚至会加剧电网故障导致电网系统崩溃。例如：2017年新疆的某风电场在低电压故障后，由于电网内无功补偿装置不具备自投切功能，造成局部电网无功功率过高，进而电压抬高过剩，使得部分风机因高电压保护动作与电网自动脱离，由于风机无法不脱离电网继续运行，即不能够实现故障穿越，导致第二批直驱风机脱网，数量甚至超过了低电压脱网的直驱风机的数量，对电网安全造成较大的影响。

相关技术中，风电机组故障穿越方法主要是增加转子侧或定子侧撬棒电路以及变流器直流母线放电(chopper)电路等。这些方法的主要技术路线就是通过能耗电阻消耗瞬时多余的能量，来保护风电机组和并网变流器的安全。但这些故障穿越控制方法给风电机组带来了额外成本、安装空间、重量以及故障点等额外问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种双风轮风力发电机组故障穿越控制方法及系统，解决了现有技术中靠电阻消耗电能实现风机故障穿越造成的效率低、成本高、安全性差等问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种双风轮风力发电机组故障穿越控制方法，采用三端口风机变流器进行控制，三端口风机变流器包括两个机侧变流器和一个并网变流器，两个机侧变流器分别与双风轮风电机组的内定子绕组和外定子绕组连接，并网变流器与电网系统连接；

双风轮风力发电机组运行时，检测并网变流器网侧的并网点电压，当电网电压下降时，判断并网点电压是否在电网故障电压设定值范围内，若并网点电压在电网故障电压设定值范围内，计算三端口风机变流器公共直流母线电压大小；根据三端口风机变流器的直流母线电压与额定直流母线电压值的关系，使用并联于公共直流母线的与较低转速相连接的机侧变流器从公共直流母线吸收电能或向公共直流母线释放电能，完成双风轮风力发电机组的故障穿越。

优选地，若并网点电压不在电网故障电压设定值范围内，则判断公共直流母线电压与额定公共直流母线电压的数值关系；

若公共直流母线电压大于额定公共直流母线电压，则根据公共直流母线电压与额定公共直流母线电压之间的差值，计算增加有功电流值；根据增加有功电流值计算增加有功功率值，并网变流器根据增加有功功率值增大并网变流器的输出功率；

若公共直流母线电压小于额定公共直流母线电压，则根据公共直流母线电压与额定公共直流母线电压之间的差值，计算减小有功电流值；根据减小有功电流值计算减小有功功率值，并网变流器根据减小有功功率值减小并网变流器的输出功率。

优选地，根据三端口风机变流器的直流母线电压与额定直流母线电压值的关系，使用并联于公共直流母线的与较低转速相连接的机侧变流器从公共直流母线吸收电能或向公共直流母线释放电能，具体包括：

若三端口风机变流器公共直流母线电压大于或等于电网电压故障对应的公共直流母线电压上门槛值，则使用与较低转速风轮相连接的机侧变流器从公共直流母线吸收电能；

若三端口风机变流器公共直流母线电压小于或等于电网电压故障对应的公共直流母线电压下门槛值，则使用与较低转速风轮相连接的机侧变流器向公共直流母线释放电能。

进一步优选地，根据三端口风机变流器的直流母线电压与额定直流母线电压值的关系，同时计算有功电流变化量；

根据有功电流变化量与电能差量的对应关系，计算与转速较低或较高风轮相连接的机侧变流器吸收或释放的电能功率；与双风轮风电机组中转速较低或较高风轮相连接的机侧变流器从三端口风机变流器公共直流母线吸收电能或向三端口风机变流器公共直流母线释放电能。

优选地，若并网点电压在电网故障电压设定值范围内，则三端口风机变流器中的并网变流器向电网系统输出无功电流，以支撑并网点电网系统电压；

三端口风机变流器中的并网变流器向电网系统输出无功电流的方法包括：

判断并网点电压是否大于或等于最高无功输出判定电压上门槛值；若是，则并网变流器向电网系统输出感性无功电流，以降低并网点电压；

判断并网点电压是否小于或等于最低无功输出判定电压下门槛值；若是，则并网变流器向电网系统输出容性无功电流，以支撑并网点电压。

本发明公开了一种一种双风轮风力发电机组故障穿越控制系统，包括三端口风机变流器，三端口风机变流器包括两个机侧变流器和一个并网变流器，两个机侧变流器分别与双风轮风电机组的内定子绕组和外定子绕组连接，并网变流器与电网系统连接；两个机侧变流器与一个并网变流器通过公共直流母线连接，公共直流母线之间并联有直流母线电容；两个机侧变流器与公共直流母线并联，两个机侧变流器还与三端口风机变流器的主控制器连接，两个机侧变流器用于从公共直流母线吸收电能或向公共直流母线释放电能；

并网变流器与电网系统之间的线路上设有网侧电压传感器和网侧电流传感器，网侧电压传感器和网侧电流传感器分别用于检测并网变流器网侧的并网点电压和电流；网侧电压传感器和网侧电流传感器连接有网侧信号检测与处理控制器，网侧信号检测与处理控制器用于对并网点电压和并网电流进行检测、滤波以及数字化处理；

两个机侧变流器与双转子发电机内外定子绕组之间连接有机侧电压传感器和机侧电流传感器，机侧电压传感器和机侧电流传感器分别用于检测两个机侧变流器的机侧电压和机侧电流值；机侧电压传感器和机侧电流传感器连接有机侧信号检测与处理控制器，机侧信号检测与处理控制器用于对两个机侧变流器的机侧电压和机侧电流进行检测、滤波以及数字化处理；

公共直流母线连接有公共直流母线电压传感器和公共直流母线电流传感器，公共直流母线电压传感器和公共直流母线电流传感器分别用于检测公共直流母线的电压值和电流值；公共直流母线电压传感器和公共直流母线电流传感器连接有公共直流母线信号检测与处理控制器，公共直流母线信号检测与处理控制器用于对公共直流母线的电压和电流进行检测、滤波以及数字化处理。

优选地，所述双风轮风力发电机组故障穿越控制系统还包括数字信号滤波处理子单元，数字信号滤波处理子单元分别与网侧信号检测与处理控制器、机侧信号检测与处理控制器和公共直流母线信号检测与处理控制器连接，数字信号滤波处理子单元用于对不同的电压和电流信号进行滤波处理。

优选地，所述双风轮风力发电机组故障穿越控制系统还包括有功电流变化计算子单元和有功功率变化计算子单元，有功电流变化计算子单元用于根据公共直流母线电压与额定公共直流母线电压之间电压差值，计算有功电流变化值；有功电流变化计算子单元连接有电能计算器，电能计算器用于根据有功电流变化量与功率变化量的对应关系，计算与转速较低风轮相连的机侧变流器吸收或释放的电能量；有功功率变化计算子单元与两个机侧变流器连接，有功功率变化计算子单元用于根据功率变化量从公共直流母线吸收电能或向所述公共直流母线输入电能。

优选地，并网变流器具体包括：

并网点电压计算子单元，用于判断并网点电压是否大于或等于最高无功输出电压上门槛值以及用于判断并网点电压是否小于或等于最低无功输出电压下门槛值；

并网点电压计算子单元连接有感性无功电流计算子单元和容性无功电流计算子单元；感性无功电流计算子单元还与并网变流器连接，用于若并网点电压计算子单元判定并网点电压大于或等于最高无功输出电压上门槛值时，向并网点输出感性无功电流，以降低并网点电压；容性无功电流计算子单元还与并网变流器电连接，用于若并网点电压计算子单元判定并网点电压小于或等于最低无功输出电压下门槛值时，向并网点输出容性无功电流，以提高并网点电压。

进一步优选地，并网点电压计算子单元连接有公共直流母线电压计算子单元，用于若并网点电压未在电网故障电压设定值范围内时，判断公共直流母线电压与额定公共直流母线电压的数值关系；

公共直流母线电压计算子单元连接有有功电流计算子单元，用于若公共直流母线电压不等于额定公共直流母线电压时，根据公共直流母线电压与额定公共直流母线电压之间的电压差值，计算有功电流变化量；有功电流计算子单元连接有有功功率计算子单元，用于根据有功电流变化量计算有功功率变化量；并网变流器还用于根据有功功率变化量增大或减小并网功率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的双风轮风力发电机组故障穿越控制方法，通过检测三端口风机变流器中并网变流器连接的并网点电压和电流；根据该并网点电压是否在电网故障电压范围内，以判断三端口风机变流器中并网变流器并联的电网系统是否发生故障。如背景技术所述，三端口风机变流器中并网变流器网侧若出现电压变化，也将导致三端口风机变流器中公共直流母线电压发生变化，因此，在并网点电压在电网故障电压范围内时，需要计算公共直流母线的电压值，根据公共直流母线电压与公共直流母线电压门槛值的关系，判断公共直流母线电压是否有较大升高；若直流母线电压升高较大，双风轮风电机组有可能拖网，影响电网系统安全运行，因此，在公共直流母线电压出现较大升高时，通过并联于公共直流母线的与转速较低风轮连接的机侧变流器从公共直流母线吸收另一台机侧变流器释放的电能，以平衡公共直流母线上的电压，从而防止双风轮风电机组拖网，从而提高了双风轮风电机组的故障穿越能力，提高了电网系统的安全性与稳定性。同时，通过三端口风电变流器中与较低风轮连接的机侧变流器从公共直流母线吸收电能而驱动较低转速风轮加速旋转，还可以在电网电压故障恢复后通过三端口风机变流器向电网释放电能，因此能够提高能源的利用率。该方法操作简单，通过快速控制风电机组双风轮互为负载，解决了现有技术中靠电阻消耗电能实现风机故障穿越造成的效率低、成本高、安全性差等问题，具有良好的应用前景。

本发明公开了一种风电机组控制系统，去掉了并网风电机组故障穿越过程所采用的增加撬棒电路和chopper电路及其相应控制系统，降低了并网风电机组的成本，提高了风电机组的经济性。提高了效率和安全性。

附图说明

图1是本发明的双风轮风力发电机组电网故障穿越系统的整体构成示意图；

图2是本发明的双风轮风力发电机组电网故障穿越系统的三端口变流器主控制器的连接示意图；

图3是本发明的双风轮风力发电机组电网故障穿越系统的并网变流器连接示意图；

图4是本发明的双风轮风力发电机组电网故障穿越控制方法的控制总流程示意图；

图5是本发明的双风轮风力发电机组电网故障穿越控制方法的控制流程分的分步示意图；

图6是本发明的双风轮风力发电机组电网故障穿越控制方法的控制流程的分步示意图；

图7是本发明的双风轮风力发电机组电网故障穿越控制方法的控制流程的分步示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图4，为本发明实施例提供的一种双风轮风电机组的故障穿越实现方法的流程示意图，该故障穿越实现方法包括如下步骤：

首先，检测并网变流器并网点的电压和电流；

通过检测并网变流器网侧的并网点电压，能够判断并网变流器的并网点电压是否正常，电网系统是否发生故障，若电网系统发生故障，会引起三端口风机变流器公共直流母线电压的变化，从而使得双风轮风电机组自保护动作而脱网。

其次，判断并网点电压是否在电网发生电压故障的故障电压范围内。

具体地，可以判断并网点的三相电网电压的基波分量是否高于额定电压的1.1pu或者低于额定电压的0.9pu，若三相电网电压的基波分量高于额定电压的1.1pu或者低于额定电压的0.9pu，则判定并网点电压出现故障。

若并网点电压在电网发生故障的电压范围内，则计算三端口风机变流器公共直流母线电压大小。

如背景技术所述：三端口风机变流器并联电网的故障会导致电网电压跌落或抬升，间接引起三端口风机变流器公共直流母线电压升高，如果不具备故障穿越能力，可能会损坏三端口风电变流器或发电机绝缘，也可能导致风机轴承点蚀等问题。因此，需要进一步判断三端口变流器公共直流母线电压大小，以方便对公共直流母线电压的合理控制，以防止双风轮风电机组脱网，影响电网安全性。

根据三端口风电变流器公共直流母线电压与额定公共直流母线电压限值的关系，使用并联于三端口风机变流器公共直流母线的两个机侧变流器进行快速状态切换，快速吸收公共直流母线的电能或向公共直流母线释放电能。

同时，如图1所示，根据三端口风机变流器中公共直流母线电压大小，通过与前后风轮中转速较低风轮连接的机侧变流器驱动风轮加速转动来从公共直流母线吸收电能或通过与前后风轮中转速较高风轮连接的机侧变流器加大释放风轮动能来向公共直流母线释放电能，能够平衡三端口风机变流器公共直流母线电压，防止双风轮风电机组风机与电网自动脱网，从而提高电网的安全性。

通过上述方法，在三端口风机变流器公共直流母线电压出现较大变化时，通过并联于公共直流母线的机侧变流器驱动转速较低风轮加速旋转从公共直流母线吸收电能或向公共直流母线释放电能，以平衡直流母线上的电压，从而提高了直驱风机的故障穿越功能，提高了电网系统的安全性与稳定性。同时，在电网电压恢复正常后，通过风轮加速旋转存储的公共直流母线电能再释放给公共直流母线，并通过并网变流器端口释放给电网，实现了电能的高效转换，因此能够实现节能的效果。

如图5所示，图4所示实施例中，根据三端口风机变流器公共直流母线电压与额定公共直流母线电压限值的关系，使用并联于公共直流母线的机侧变流器从公共直流母线吸收电能或通过公共直流母线以及并网变流器向电网系统释放电能的步骤具体包括：

分别判断公共直流母线电压与电网故障后公共直流电压上门槛值和公共直流母线电压下门槛值的大小关系；

若三端口风机变流器公共直流母线电压大于或等于电网故障后公共直流电压上门槛值，则使用与前后风轮中转速较低风轮连接的机侧变流器驱动风轮加速旋转吸收公共直流母线多余电能；

若三端口风机变流器公共直流母线电压小于或等于电网故障后公共直流电压下门槛值，则使用与前后风轮中转速较高风轮连接的机侧变流器驱动风轮增大向公共直流母线输入电能；其中，电网故障后公共直流电压上门槛值大于电网故障后公共直流电压下门槛值。

通过双风轮风电机组中转速较低或较高风轮的吸收或释放电能的具体过程如图7所示，双风轮风电机组的故障穿越实现方法还包括：

根据公共直流母线电压与额定公共直流母线电压之间电压差值，计算有功电流变化值；

根据有功电流变化值与功率变化值的对应关系，计算机侧变流器吸收或释放的功率变化值；

根据公共直流母线电压与额定公共母线电压之间电压差，计算有功电流变化值，然后根据该有功电流变化值与功率变化值的对应关系，计算与转速较低或较高风轮相连接的机侧变流器吸收或释放的功率变化值，该计算的功率变化值即为对应机侧变流器从公共直流母线吸收的直驱风机释放的电能或向电网系统释放的电能。上述方法实现了根据公共直流母线电压的电能与旋转动能转化过程。

与此同时，当三端口风机变流器中的并网变流器并网点电压出现较大变化时，并网变流器还需要输出感性或容性无功电流，以平衡电网系统的电压，如图5所示，该双风轮风电机组的故障穿越实现方法具体包括：

首先判断并网点电压是否大于或等于最高无功输出判定电压；

并网变流器向电网系统输出感性无功电流；以降低并网点电压。

当电网系统的并网点电压大于或等于最高无功输出判定电压时，通过并网变流器向该并网变换器网侧的电网系统输出感性无功电流，即向电网输出感性无功功率，从而能够降低电网的网侧电压，从而利于并网点电压恢复到正常值。

判断并网点电压是否小于或等于最低无功输出判定电压，若是，则并网变流器向电网系统输出容性无功电流，以提高并网点电压，即向电网输出感性无功功率，从而提高网侧电压，从而使得并网点电压恢复到正常值。

通过上述过程可知，通过并网变流器向并网点电网系统根据电网系统的电压情况，从而输出感性无功电流或者容性无功电流，从而平衡网侧电压，能够使得三端口风机变流器并网点电压恢复到正常范围之内，从而保持了电网系统的安全性与稳定性。

如图7所示，该实施例中的并网变换器的故障穿越实现方法除了图5和图6所示的各个步骤外，还包括：

计算公共直流母线电压与额定公共直流母线电压的大小。

通过判断公共直流母线电压与额定公共直流母线电压的大小，从而判公共直流母线电压是否超出正常范围，机侧变流器和并网变流器进一步对超过正常范围的直流母线电压进行调节，以将公共直流母线电压恢复到正常值。

根据公共直流母线电压与额定公共直流母线电压之间的电压差值，计算消耗有功电流变化值。

根据有功电流值计算有功功率变化值，三端口风机变流器中的两个机侧变流器一个并网变流器根据有功功率量变化值改变输入和输出公共直流母线的功率值，保持输入和输出公共直流母线瞬时功率相等，保持公共直流母线电压的稳定。

通过上述方法，实现了双风轮风电机组转速较低风轮吸收转速较高风轮释放的电能的效果，从而保证公共直流母线电压的稳定，实现了双风轮风电机组内部能量的自我调节与相互转化，进一步维持电网系统的并网点电压稳定，提高了对高电网电压调节的有序性和稳定性。

基于同一发明构思，本实施例还提供了双风轮风电机组的故障穿越实现系统，由于系统对应的方法是本申请实施例中的双风轮风电机组的故障穿越实现方法，并且该系统解决问题的原理与方法相似，因此该系统的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

图1为本发明实施例提供的一种双风轮风电机组的故障穿越实现系统，如图1所示，该直驱风机的故障穿越实现系统包括：依次机械连接的前后风轮、双转子发电机组、电连接的三端口风机变流器中的两个机侧变流器、公共直流母线、并网变流器、并网变压器和并联电网系统。其中，双风轮风电机组中的前后风轮分别于双转子发电机中的内外转子机械相连接，双转子发电机组中内外定子绕组分别于三端口风机变流器的两个机侧变流器电连接，与三端口风机变流器中的两个机侧变流器与一个并网变流器通过公共直流母线电连接，公共直流母线之间并联有直流母线电容；三端口风机变流器中的并网变流器与并网变压器电连接；并网变压器与并联电网电连接；故障穿越实现系统还包括：

连接于并网变流器与并网变压器之间线路的电压传感器和电流传感器，用于检测三端口风机变流器并网点电压；

连接于算端口风机变流器公共直流母线之间的电压传感器和电流传感器用于检测公共直流母线之间的电压和通过直流母线的电流；

分别连接于三端口风机变流器两个机侧变流器与双转子发电机内外定子之间的机侧电压传感器和电流传感器分别用于检测两个机侧变流器与发电机内外定子之间的三相电压和三相电流；

与电压和电流传感器电连接的信号采集与处理控制器，用于对所有电压传感器和电流传感器信号进行采集与滤波处理，并对处理后的信号进行数字化处理；

数字信号滤波子单元与信号采集与处理控制器电连接，对信号采集与处理控制器输出的数字信号进行数字滤波处理，然后经处理后的数字信号传递给电压和电流计算与比较子单元；

如图2所示，直驱风机的故障穿越实现系统除了图1所示的各个结构模块外，还包括：

公共直流母线电压计算子单元，用于计算三端口风机变流器公共直流母线电压值，并分别与电网电压故障公共直流母线电压上门槛值和电网电压故障公共直流母线电压上门槛值进行的比较判断；

双风轮风电机组的双转子发电机为同轴嵌套式结构，由内转子、内定子、外转子、外定子、水冷系统构成，内、外定子之间相互独立无电气连接，内、外定子之间存在弱磁耦合。

三端口风机变流器的机侧变流器分别还与三端口风机变流器的控制器电连接，用于若三端口风机变流器控制器判定公共直流母线电压大于或等于直流电压的上门槛值，与当前转速较低风轮相连接的机侧变流器从直流母线吸收电能；

三端口风机变流器的机侧变流器分别还与三端口风机变流器的控制器电连接，用于若三端口风机变流器控制器判定公共直流母线电压小于或等于直流电压的下门槛值，与当前转速较高风轮相连接的机侧变流器向直流母线增大释放的电能；其中，直流电压上门槛值大于直流电压下门槛值。

双风轮风电机组的故障穿越实现系统，还包括：

如图3所示，有功电流计算单元，用于根据公共直流母线电压与额定公共直流母线电压之间电压差，计算有功电流变化量；

与有功电流计算单元电连接的功率计算单元，用于根据有功电流计算单元计算的有功电流变化量与功率变化量的对应关系，计算两组机侧变流器吸收或释放的瞬时功率值；

三端口风机变流器的两组机侧变流器还与功率计算单元电连接，用于根据功率计算单元计算的功率变化值从公共直流母线吸收公共直流母线的电能或向公共直流母线释放电能。

三端口风机变流器的并网变流器，还用于若并网点电压在电网故障电压范围内时，向并联电网系统输出无功电流，以支撑电网系统电压；并网变流器具体包括：

并网点电压计算判断单元，用于计算判断并网点电压是否大于或等于最高无功输出判定电压以及用于判断并网点电压是否小于或等于最低无功输出判定电压；

与并网点电压计算判断单元电连接的感性无功电流计算单元，感性无功电流计算单元还与并网变流器电连接，用于若并网点电压计算判断单元判定并网点电压大于或等于最高无功输出判定电压时，控制并网变流器向电网系统输出感性无功电流，以降低并网点电压；

与并网点电压计算判断单元电连接的容性无功电流计算单元，容性无功电流计算单元还与并网变流器电连接，用于若并网点电压计算判断单元判定并网点电压小于或等于最低无功输出判定电压时，控制并网变流器向电网系统输出容性无功电流，以提高并网点电压。

双风轮风电机组的故障穿越实现系统还包括：

与信号采集与处理控制单元电连接的公共直流母线电压计算单元，用于若信号采集与处理控制单元检测到并网点电压未超出电网电压故障电压范围时，判断公共直流母线电压与额定公共直流母线电压的大小；

与公共直流母线电压计算单元电连接的有功电流计算单元，用于若公共直流母线电压计算单元判定公共直流母线电压大于额定公共直流母线电压时，根据公共直流母线电压与额定公共直流母线电压之间的电压差，计算有功电流变化值；

与有功电流计算单元电连接的有功功率计算单元，用于根据有功电流计算单元计算有功功率变化量，三端口风机变流器中的两组机侧变流器还用于调节根据有功功率计算单元计算的有功功率变化量向公共直流母线输入的功率变化值；

三端口风机变流器中的并网变流器还与释放有功功率计算单元电连接，用于根据有功功率计算单元计算的有功功率变化量向电网系统输出电能。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种子模块分别描述。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

需要说明的是，在本文中，诸如“上门槛值”和“下门槛值”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双风轮风力发电机组故障穿越控制方法，其特征在于，采用三端口风机变流器进行控制，三端口风机变流器包括两个机侧变流器和一个并网变流器，两个机侧变流器分别与双风轮风电机组的内定子绕组和外定子绕组连接，并网变流器与电网系统连接；

双风轮风力发电机组运行时，检测并网变流器网侧的并网点电压，当电网电压下降时，判断并网点电压是否在电网故障电压设定值范围内，若并网点电压在电网故障电压设定值范围内，计算三端口风机变流器公共直流母线电压大小；根据三端口风机变流器的直流母线电压与额定直流母线电压值的关系，使用并联于公共直流母线的与较低转速相连接的机侧变流器从公共直流母线吸收电能或向公共直流母线释放电能，完成双风轮风力发电机组的故障穿越。

2.根据权利要求1所述的双风轮风力发电机组故障穿越控制方法，其特征在于，若并网点电压不在电网故障电压设定值范围内，则判断公共直流母线电压与额定公共直流母线电压的数值关系；

若公共直流母线电压大于额定公共直流母线电压，则根据公共直流母线电压与额定公共直流母线电压之间的差值，计算增加有功电流值；根据增加有功电流值计算增加有功功率值，并网变流器根据增加有功功率值增大并网变流器的输出功率；

若公共直流母线电压小于额定公共直流母线电压，则根据公共直流母线电压与额定公共直流母线电压之间的差值，计算减小有功电流值；根据减小有功电流值计算减小有功功率值，并网变流器根据减小有功功率值减小并网变流器的输出功率。

3.根据权利要求1所述的双风轮风力发电机组故障穿越控制方法，其特征在于，根据三端口风机变流器的直流母线电压与额定直流母线电压值的关系，使用并联于公共直流母线的与较低转速相连接的机侧变流器从公共直流母线吸收电能或向公共直流母线释放电能，具体包括：

若三端口风机变流器公共直流母线电压大于或等于电网电压故障对应的公共直流母线电压上门槛值，则使用与较低转速风轮相连接的机侧变流器从公共直流母线吸收电能；

若三端口风机变流器公共直流母线电压小于或等于电网电压故障对应的公共直流母线电压下门槛值，则使用与较低转速风轮相连接的机侧变流器向公共直流母线释放电能。

4.根据权利要求3所述的双风轮风力发电机组故障穿越控制方法，其特征在于，根据三端口风机变流器的直流母线电压与额定直流母线电压值的关系，同时计算有功电流变化量；

根据有功电流变化量与电能差量的对应关系，计算与转速较低或较高风轮相连接的机侧变流器吸收或释放的电能功率；与双风轮风电机组中转速较低或较高风轮相连接的机侧变流器从三端口风机变流器公共直流母线吸收电能或向三端口风机变流器公共直流母线释放电能。

5.根据权利要求1所述的双风轮风力发电机组故障穿越控制方法，其特征在于，若并网点电压在电网故障电压设定值范围内，则三端口风机变流器中的并网变流器向电网系统输出无功电流，以支撑并网点电网系统电压；

三端口风机变流器中的并网变流器向电网系统输出无功电流的方法包括：

判断并网点电压是否大于或等于最高无功输出判定电压上门槛值；若是，则并网变流器向电网系统输出感性无功电流，以降低并网点电压；

判断并网点电压是否小于或等于最低无功输出判定电压下门槛值；若是，则并网变流器向电网系统输出容性无功电流，以支撑并网点电压。

6.一种双风轮风力发电机组故障穿越控制系统，其特征在于，包括三端口风机变流器，三端口风机变流器包括两个机侧变流器和一个并网变流器，两个机侧变流器分别与双风轮风电机组的内定子绕组和外定子绕组连接，并网变流器与电网系统连接；两个机侧变流器与一个并网变流器通过公共直流母线连接，公共直流母线之间并联有直流母线电容；两个机侧变流器与公共直流母线并联，两个机侧变流器还与三端口风机变流器的主控制器连接，两个机侧变流器用于从公共直流母线吸收电能或向公共直流母线释放电能；

并网变流器与电网系统之间的线路上设有网侧电压传感器和网侧电流传感器，网侧电压传感器和网侧电流传感器分别用于检测并网变流器网侧的并网点电压和电流；网侧电压传感器和网侧电流传感器连接有网侧信号检测与处理控制器，网侧信号检测与处理控制器用于对并网点电压和并网电流进行检测、滤波以及数字化处理；

两个机侧变流器与双转子发电机内外定子绕组之间连接有机侧电压传感器和机侧电流传感器，机侧电压传感器和机侧电流传感器分别用于检测两个机侧变流器的机侧电压和机侧电流值；机侧电压传感器和机侧电流传感器连接有机侧信号检测与处理控制器，机侧信号检测与处理控制器用于对两个机侧变流器的机侧电压和机侧电流进行检测、滤波以及数字化处理；

公共直流母线连接有公共直流母线电压传感器和公共直流母线电流传感器，公共直流母线电压传感器和公共直流母线电流传感器分别用于检测公共直流母线的电压值和电流值；公共直流母线电压传感器和公共直流母线电流传感器连接有公共直流母线信号检测与处理控制器，公共直流母线信号检测与处理控制器用于对公共直流母线的电压和电流进行检测、滤波以及数字化处理。

7.根据权利要求6所述的双风轮风力发电机组故障穿越控制系统，其特征在于，所述双风轮风力发电机组故障穿越控制系统还包括数字信号滤波处理子单元，数字信号滤波处理子单元分别与网侧信号检测与处理控制器、机侧信号检测与处理控制器和公共直流母线信号检测与处理控制器连接，数字信号滤波处理子单元用于对不同的电压和电流信号进行滤波处理。

8.根据权利要求6所述的双风轮风力发电机组故障穿越控制系统，其特征在于，所述双风轮风力发电机组故障穿越控制系统还包括有功电流变化计算子单元和有功功率变化计算子单元，有功电流变化计算子单元用于根据公共直流母线电压与额定公共直流母线电压之间电压差值，计算有功电流变化值；有功电流变化计算子单元连接有电能计算器，电能计算器用于根据有功电流变化量与功率变化量的对应关系，计算与转速较低风轮相连的机侧变流器吸收或释放的电能量；有功功率变化计算子单元与两个机侧变流器连接，有功功率变化计算子单元用于根据功率变化量从公共直流母线吸收电能或向所述公共直流母线输入电能。

9.根据权利要求6所述的双风轮风力发电机组故障穿越控制系统，其特征在于，并网变流器具体包括：

并网点电压计算子单元，用于判断并网点电压是否大于或等于最高无功输出电压上门槛值以及用于判断并网点电压是否小于或等于最低无功输出电压下门槛值；

并网点电压计算子单元连接有感性无功电流计算子单元和容性无功电流计算子单元；感性无功电流计算子单元还与并网变流器连接，用于若并网点电压计算子单元判定并网点电压大于或等于最高无功输出电压上门槛值时，向并网点输出感性无功电流，以降低并网点电压；容性无功电流计算子单元还与并网变流器电连接，用于若并网点电压计算子单元判定并网点电压小于或等于最低无功输出电压下门槛值时，向并网点输出容性无功电流，以提高并网点电压。

10.根据权利要求9所述的双风轮风力发电机组故障穿越控制系统，其特征在于，并网点电压计算子单元连接有公共直流母线电压计算子单元，用于若并网点电压未在电网故障电压设定值范围内时，判断公共直流母线电压与额定公共直流母线电压的数值关系；

公共直流母线电压计算子单元连接有有功电流计算子单元，用于若公共直流母线电压不等于额定公共直流母线电压时，根据公共直流母线电压与额定公共直流母线电压之间的电压差值，计算有功电流变化量；有功电流计算子单元连接有有功功率计算子单元，用于根据有功电流变化量计算有功功率变化量；并网变流器还用于根据有功功率变化量增大或减小并网功率。

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