CN113595092B - 一种复合故障穿越控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种复合故障穿越控制方法、装置、设备及存储介质，涉及双馈风电机组技术领域。能够避免转子侧换流器旁路造成的不可控性的同时，最大限度的向机组给予无功支持，提升高电压穿越的可靠性。包括：在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击，减小撬棒电路投入频率；在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的网侧变流器切换至外环电网电压控制模式运行，并在网侧变流器的电压外环控制上加入前馈补偿项，以在电网电压骤升的情况下，通过保持直流母线电压稳定，对电网进行无功支持促使电压快速恢复。
Description
技术领域
本申请涉及双馈风电机组技术领域，特别是涉及一种复合故障穿越控制方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
随着大规模风电并网，风电机组的运行状况对电网的安全稳定的影响日益凸显。关于风电机组单次型故障穿越，即低电压穿越与高电压穿越技术的研究已日益成熟。
目前双馈风电机组(DFIG，Doubly fed Induction Generator)的高电压穿越(High VoltageRide-Through)通常采用单次高压型故障。然而，由于现有技术下，双馈风电机组完成低电压穿越后，无功补偿装置未能即时撤出，对电压二次骤升的暂态分析造成影响，使得原本用于保护双馈风电机组的撬棒电路失去对转子侧变流器的控制，造成双馈风电机组无功过剩，引发低\高电压复合型故障。
发明内容
本申请实施例提供一种复合故障穿越控制方法、装置、设备及存储介质，能够避免转子侧换流器旁路造成的不可控性的同时，最大限度的向机组给予无功支持，保持直流母线电压处于稳定状态，提升高电压穿越的可靠性。
本申请实施例第一方面提供一种复合故障穿越控制方法，所述方法包括：
在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击，减小撬棒电路投入频率；
在电网电压大于预设阈值的情况下，将所述双馈风电机组的网侧变流器切换至外环电网电压控制模式运行，并在网侧变流器的电压外环控制上加入前馈补偿项，以在电网电压骤升的情况下，保持直流母线电压稳定，对电网进行无功支持促使电压快速恢复。
可选地，所述方法还包括：
将保证直流母线电压在特定区间不高于安全阈值作为条件，利用所述网侧变流器基于电网电压定向矢量控制获得的第一关联关系对第二关联关系进行重置，得到前馈分量；其中，所述第二关联关系是所述直流母线电压与所述网侧变流器的有功功率的关系；
在电网电压大于预设阈值的情况下，使网侧变流器采用外环电网电压控制模式运行，并在网侧变流器的电压外环控制上加入前馈补偿项，包括
在电网电压大于预设阈值的情况下，使网侧变流器采用外环电网电压控制模式运行，并在所述网侧变流器的电压外环控制上加入所述前馈分量。
可选地，所述方法还包括：
根据转子的最大电流幅值与所述双馈风电机组正常运行时的电流幅值，设置转子过电流抑制控制器；
在所述过电流抑制模式的控制电路中加入所述转子过电流抑制控制器，得到具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式；
在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击包括：
在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至所述具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击。
可选地，所述方法还包括：
在电网电压小于预设阈值的情况下，将所述转子侧变流器切换至最大风能追踪模式，并将所述网侧变流器切换至单位功率因素控制模式。
可选地，所述方法还包括：
获得转子最大电流与电压骤升幅度的第三关联关系；
利用所述第三关联关系对转子电流阈值进行转换，得到电压骤升幅度阈值；
在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击，包括：
在实时电压骤升值大于所述电压骤升幅度阈值的情况下，短接所述转子侧变流器，以使所述撬棒电路启动；
在实时电压骤升值小于所述电压骤升幅度阈值的情况下，将所述转子侧变流器切换至无功补偿模式，并保持所述网侧变流器在所述外环电网电压控制模式运行。
可选地，所述方法还包括：
根据定子磁链自由分量受复合故障中电压跌落的影响程度，构建定子磁链自由分量计算模型；
根据所述定子磁链自由分量与所述定子总磁链的第四关联关系，以及所述定子磁链自由分量与所述转子总磁链的第五关联关系，构建转子电流计算模型；
采用所述转子电流计算模型输出所述双馈风电机组在当前条件下的转子电流最大值；
根据转子的最大电流幅值与所述双馈风电机组正常运行时的电流幅值，设置转子过电流抑制控制器，包括：
根据所述转子电流最大值与所述双馈风电机组正常运行时的电流幅值，设置转子过电流抑制控制器。
本申请实施例第二方面提供一种复合故障穿越控制装置，所述装置包括：
第一切换模块，用于在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击，减小撬棒电路投入频率；
第一加入模块，用于在电网电压大于预设阈值的情况下，将所述双馈风电机组的网侧变流器切换至外环电网电压控制模式运行，并在网侧变流器的电压外环控制上加入前馈补偿项，以在电网电压骤升的情况下，保持直流母线电压稳定，对电网进行无功支持促使电压快速恢复。
可选地，所述装置还包括：
重置模块，用于将保证直流母线电压在特定区间不高于安全阈值作为条件，利用所述网侧变流器基于电网电压定向矢量控制获得的第一关联关系对第二关联关系进行重置，得到前馈分量；其中，所述第二关联关系是所述直流母线电压与所述网侧变流器的有功功率的关系；
所述第一加入模块包括：加入子模块，用于在电网电压大于预设阈值的情况下，使网侧变流器采用外环电网电压控制模式运行，并在所述网侧变流器的电压外环控制上加入所述前馈分量。
可选地，所述装置还包括：
设置模块，用于根据转子的最大电流幅值与所述双馈风电机组正常运行时的电流幅值，设置转子过电流抑制控制器；
第二加入模块，用于在所述过电流抑制模式的控制电路中加入所述转子过电流抑制控制器，得到具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式；
所述第一切换模块包括：第一切换子模块，用于在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至所述具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击。
可选地，所述装置还包括：
第二切换模块，用于在电网电压小于预设阈值的情况下，将所述转子侧变流器切换至最大风能追踪模式，并将所述网侧变流器切换至单位功率因素控制模式。
可选地，所述装置还包括：
获得模块，用于获得转子最大电流与电压骤升幅度的第三关联关系；
转换模块，用于利用所述第三关联关系对转子电流阈值进行转换，得到电压骤升幅度阈值；
所述第一切换模块包括：短接子模块，用于在实时电压骤升值大于所述电压骤升幅度阈值的情况下，短接所述转子侧变流器，以使所述撬棒电路启动；
第二切换子模块，用于在实时电压骤升值小于所述电压骤升幅度阈值的情况下，将所述转子侧变流器切换至无功补偿模式，并保持所述网侧变流器在所述外环电网电压控制模式运行。
可选地，所述装置还包括：
第一构建模块，用于根据定子磁链自由分量受复合故障中电压跌落的影响程度，构建定子磁链自由分量计算模型；
第二构建模块，用于根据所述定子磁链自由分量与所述定子总磁链的第四关联关系，以及所述定子磁链自由分量与所述转子总磁链的第五关联关系，构建转子电流计算模型；
输出模块，用于采用所述转子电流计算模型输出所述双馈风电机组在当前条件下的转子电流最大值；
所述设置模块包括：
设置子模块，用于根据所述转子电流最大值与所述双馈风电机组正常运行时的电流幅值，设置转子过电流抑制控制器。
本申请实施例第三方面提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如本申请第一方面所述的方法中的步骤。
本申请实施例第四方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本申请第一方面所述的方法的步骤。
本申请实施例根据双馈风电机组的定子磁链自由分量，构建能够输出转子电流精确值的转子电流计算模型，利用该转子电流计算模型得到了低/高压复合故障穿越暂态中转子电流的最大值，基于该低/高压复合故障穿越暂态中转子电流的最大值和双馈风电机组正常运行时的电流幅值，建立了转子过电流抑制控制器，将转子过电流抑制控制器加入转子侧变流器的过电流控制策略中，得到具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式，具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式可以根据并网点电压不同变化情况，切换对应工作模式，通过抑制转子过电流大小减轻对系统的冲击，并且避免撬棒电路的频繁投入，增强了双馈风电机组自身的无功支撑能力。另一方面，本申请实施例基于低压故障穿越、高压故障穿越或低/高压复合故障穿越时系统的无功需求，改进了网侧变流器的控制策略，在网侧变流器电压外环中附加前馈分量以平衡功率的输入与输出，保持母线电压处于稳定状态，同时运用无功支持功能向系统持续提供无功功率，有利于电网电压快速恢复。该策略能够减少撬棒保护的投切频率，在一定程度上避免转子侧换流器旁路造成的不可控性；还能够最大限度的向机组给予无功支持，保持直流母线电压处于稳定状态，提升高电压穿越的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是双馈风电机组低/高压复合故障下的电压波形图；
图2是本申请实施例中双馈风电机组控制流程图；
图3是本申请实施例提出的复合故障穿越控制方法的步骤流程图；
图4是本申请实施例中具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式的转子侧变流器控制框图；
图5是本申请实施例提出的复合故障穿越控制方法中网侧变流器执行的控制策略图；
图6是本申请实施例提出的复合故障穿越控制装置的功能模块图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
申请人通过对双馈风电机组的复合故障穿越暂态进行分析，发现针对双馈风电机组复合故障中高压穿越阶段的定子磁链自由分量中仍然存在表征低压恢复阶段中的影响参数，因此根据定子磁链自由分量受复合故障中电压跌落的影响程度，获得所述定子磁链自由分量计算模型；具体分析过程如下：
图1是双馈风电机组低/高压复合故障下的电压波形图，如图1所示，在低电压故障恢复过程中，无功补偿装置与具备低电压穿越功能(LVRT，Low voltage ride through)的风电机组会向电网给予无功支持，若投入的无功补偿装置不能及时撤出，将导致双馈风电机组系统无功过剩，从而并网点电压迅速增大，形成低\高电压复合故障。
电网电压在t0时刻出现跌落，该幅值由p表示，现有技术在此刻启动撬棒电路，通过撬棒电路保护双馈风电机组。t1时刻撬棒电路断开，DFIG在低压情况下稳定运行，t2时刻在故障保护装置(撬棒电路)的作用下完成低压穿越过程使其电压开始逐渐恢复，并且在t3时刻电压恢复到故障前水平。然而，由于控制功能的滞后性，在低压故障穿越时无功补偿装置不能立即撤出，将引起风电场无功过剩从而导致t4时刻并网点电压抬升。t3-t4时刻的电网电压骤升用m表示，在双馈风电机组的转子的实时电流高于规定限值时，连接撬棒电路实施保护，在t5时刻将撬棒电路切除。双馈风电机组在经过低/高压复合故障后在t6时刻恢复正稳态运行。
根据上述对低/高压复合故障穿越全过程分析可知，电网电压骤升伊始的定子自由磁链中仍然会受到低电压穿越过程的表征量影响，所以低/高压复合故障造成的暂态冲击相比单次型高电压故障更为强烈，进一步说明了低/高压复合故障与单次型故障存在一定差异。鉴于上述问题，本申请实施例基于根据定子磁链自由分量受复合故障中电压跌落的影响程度，构建定子磁链自由分量计算模型，具体获得定子磁链自由分量计算模型的方法如下：
首先，在不计磁饱和现象的基础上，利用以定子坐标系为基础的空间矢量坐标系，构建双馈风电机组模型。构建的双馈风电机组模型参考(1)式、(2)式、(3)式以及(4)式共同所示：
其中，为定子电压，/>为定子电流，/>为定子总磁链，/>为转子电压，/>为转子电流，/>为转子磁链，Ls为定子全电感，Rs为转子电阻，Lr为转子全电感，Rr为转子电阻，Lm为励磁电感，ωr为转子转速，j为实际含义，表示转子磁链和转子转速的乘积的虚数部分。
由于兆瓦级双馈风电机组可忽略定子电阻，更新(1)式得到双馈风电机组在稳态运行状态下的定子总磁链模型，定子总磁链模型如(5)式所示：
其中，为定子总磁链，是由故障穿越过程中同步角速度旋转形成的强制分量与定子时间常数衰减形成的定子磁链自由分量/>相结合而成，Us为定子电压，ω0表示定子同步旋转角速度。
假设电网在上述t0时刻出现变化，得到如(6)式所示的定子磁链自由分量：
其中，τs为暂态定子时间常数，σ为漏感系数，/>
当忽略电压跌落恢复阶段t3-t4会直接影响定子磁链自由分量，m表示t4-t5次电压骤升幅度，根据磁链守恒定律得到t4时刻定子磁链自由分量如(7)式所示：
通过公式(7)计算可得，定子磁链自由分量仅与电压骤升幅度m有关，与电网电压跌落恢复无关。通过分析图1可知，大部分电压骤升现象是在恢复电压跌落t3时刻后，因此，电压正常至骤升发生时刻的间歇时间Tr(t4-t3)，与此同时恢复电压电网故障角度θ、电网电压跌落深度p等因素都对定子磁链自由分量产生影响，设置定子磁链自由分量在t4时刻影响函数，影响函数采用(8)式表示：
结合根据磁链守恒定律得到t4时刻定子磁链自由分量，和分析图1得到的定子磁链自由分量在t4时刻影响函数，设t4时刻为电网电压二次骤升初始时刻，得到电网电压二次骤升时双馈风电机组的转子总磁模型，和定子总磁模型。该转子总磁模型表征了定子磁链自由分量与转子总磁链的关系，因此转子总磁模型可以是定子磁链自由分量与转子总磁链的第五关联关系，定子总磁模型表征了定子磁链自由分量与定子总磁链的关系，因此定子总磁模型可以是定子磁链自由分量与定子总磁链的第四关联关系。
定子总磁模型如(9)式所示：
转子总磁模型如(10)式所示：
其中，τr为暂态转子时间常数，
C1＝Ψr(0-)-AΨsn(0+)-BΨsf(0+)-Ψs(0+)，s＝(ω0-ωr)/ω0；
根据所述定子磁链自由分量与所述定子总磁链的第四关联关系，以及所述定子磁链自由分量与所述转子总磁链的第五关联关系，构建转子电流计算模型；具体构建转子电流计算模型的方法如下：
根据双馈风电机组模型的(3)式和(4)式，得到转子电流的基础表达模型，转子电流的基础表达模型如(11)式所示：
其中，/>
将定子总磁模型和转子总磁模型融合到电流的基础表达模型，构建得到用于输出电网电压二次骤升时的转子电流的转子电流计算模型。转子电流计算模型如(12)式所示：
采用所述转子电流计算模型输出所述双馈风电机组在当前条件下的转子电流最大值；
本申请实施例采用控制变量法，以电网电压二次骤升幅度m为变量，结合第一次电网电压跌落最严重的故障情况：单次低压穿越故障的电压跌落深度范围大部分处于0.5～0.8(标幺值)之间，电网电压恢复阶段时间为0.5～2s，分布系统中故障恢复角度的取值为45°～60°。鉴于此，本申请实施例取p＝0.8(标幺值)，Tr＝0.5s，θ＝60°，即取定子自由磁链分量初始值为最高峰值，输入转子电流计算模型，得到电网电压二次骤升时转子电流最大值，转子电流最大值irmax如(13)式所示：
本申请实施例根据双馈风电机组的定子磁链自由分量，构建能够输出转子电流精确值的转子电流计算模型，利用该转子电流计算模型得到了低/高压复合故障穿越暂态中转子电流的最大值，基于该低/高压复合故障穿越暂态中转子电流的最大值和双馈风电机组正常运行时的电流幅值，建立了转子过电流抑制控制器，将转子过电流抑制控制器加入转子侧变流器的过电流控制策略中，得到具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式，具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式可以根据并网点电压不同变化情况，切换对应工作模式，通过抑制转子过电流大小减轻对系统的冲击，并且避免撬棒电路的频繁投入，增强了双馈风电机组自身的无功支撑能力。另一方面，本申请实施例基于低压故障穿越、高压故障穿越或低/高压复合故障穿越时系统的无功需求，改进了网侧变流器的控制策略，在网侧变流器电压外环中附加前馈分量以平衡功率的输入与输出，保持母线电压处于稳定状态，同时运用无功支持功能向系统持续提供无功功率，有利于电网电压快速恢复。该策略能够减少撬棒保护的投切频率，在一定程度上避免转子侧换流器旁路造成的不可控性；还能够最大限度的向机组给予无功支持，保持直流母线电压处于稳定状态，提升高电压穿越的可靠性。
图2是本申请实施例中双馈风电机组控制流程图，图3是本申请实施例提出的复合故障穿越控制方法的步骤流程图，如图2和图3所示，所述方法包括：
复合故障穿越可以是高/低压复合故障穿越。
步骤S11：在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击，减小撬棒电路投入频率。预设阈值为1.1(标幺值)。
首先检测电网电压Ug，在电网电压小于预设阈值的情况下，将所述转子侧变流器切换至最大风能追踪模式，并将所述网侧变流器切换至单位功率因素控制模式。在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击。
步骤S12：在电网电压大于预设阈值的情况下，还将所述双馈风电机组的网侧变流器切换至外环电网电压控制模式运行，并在网侧变流器的电压外环控制上加入前馈补偿项，以在电网电压骤升的情况下，保持直流母线电压稳定，对电网进行无功支持促使电压快速恢复。
在本申请一种示例中，采用复合故障穿越控制方法进行高电压故障穿越，能够避免由无功过剩导致的高/低压复合故障。
1)首先通过电压测量环节检测电网电压Ug，判断Ug幅值是否在预设阈值的范围1.1(标幺值)之内。
2)在Ug<1.1(标幺值)时，将转子侧变流器(RSC)切换至最大风能追踪模式，转子侧变流器以最大风能追踪模式运行，将网侧变流器(GSC)切换至单位功率因数控制模式，网侧变流器以最大风能追踪模式运行。在Ug≥1.1(标幺值)时，将网侧变流器切换为外环电网电压控制模式，将转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行。成功抑制转子电流后，转子侧变流器和网侧变流器可充分发挥自身无功补偿作用，提供感性无功协助电网电压在短时间内迅速恢复正常状态。
本申请另一种实施例提出将转子侧变流器切换至过电流抑制模式的具体方法。
步骤S11-1：根据转子的最大电流幅值与所述双馈风电机组正常运行时的电流幅值，设置转子过电流抑制控制器。
根据转子的最大电流幅值与所述双馈风电机组正常运行时的电流幅值，设置转子过电流抑制控制器，包括：根据所述转子电流最大值与所述双馈风电机组正常运行时的电流幅值，设置转子过电流抑制控制器。
利用最大电流幅值irmax与DFIG正常运行时的电流幅值ir(0-)，设置转子过电流抑制控制器，转子过电流抑制控制器的K值如(14)式所示：
步骤S11-2：在所述过电流抑制模式的控制电路中加入所述转子过电流抑制控制器，得到具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式。
图4是本申请实施例中具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式的转子侧变流器控制框图。图4中的ROSC表示转子过电流抑制，SVPWM表示空间电压矢量过调制方法。RSC表示转子侧变流器，PI表示比例积分控制器，dc/abc表示空间坐标矢量变化，Sabc表示坐标变化，表示d轴的转子电流，/>表示q轴的转子电流，/>表示d轴的转子电压，/>表示q轴的转子电压。
如图4所示，本申请基于低压恢复阶段的电网电压二次骤升暂态分析及对转子电流的影响，在传统的转子侧变流器控制策略中加入转子过电流抑制控制器，利用转子侧变流器解耦控制双馈风电机组的无功分量与有功分量，即在使用矢量控制方法表示时，利用转子侧变流器解耦控制转子电流闭环控制系统上的q轴分量与d轴转子电流，达到调节双馈风电机组无功与有功输出的作用。
在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击包括：在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至所述具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击。
设定双馈风电机组处于正常运行状态或电网电压受到小扰动，即Ug<1.1(标幺值)时，经过比较器将信号输出至转子过电流抑制控制器，使其工作在模式0状态下，输出K＝1，转子侧变流器进行最大风能追踪，网侧变流器进行单位功率因素控制。电网电压二次骤升检测结果显示Ug的值高于1.1(标幺值)，此时需将转子过电流控制器的模式转换为模式1，再向转子过电流抑制控制器中输入骤升幅度m、定子电压Us、二次骤升电压前ir(0-)转子电流瞬时值，进而输出K值，并根据限幅环节对K值进行整定，防止超过转子侧变流器的功率调节容量，使转子侧变流器在二次骤升期间输出的有功、无功转子电流指令值均在正常范围内，从而有效抑制高/低压复合故障穿越期间转子过电流对双馈风电机组系统的冲击。
在电网电压发生二次骤升故障时，转子侧变流器中转子过电流抑制控制器会根据并网点电压不同变化情况，切换对应工作模式，通过抑制转子过电流大小减轻对系统的冲击，并且避免撬棒电路的频繁投入，增强了机组自身的无功支撑能力。
继续参考图2，电网电压骤升后，如果经转子侧变流器的过电流抑制调节后，转子电流仍然比撬棒电路上的驱动阈值高，则转子侧变流器被迫短接，撬棒电路立刻投入保护，此时网侧变流器仍可在维持母线电压稳定基础上通过无功指定值向电网输出感性无功。
根据上述控制流程，在电网电压二次骤升过程中，一方面双馈风电机组采用转子过电流抑制器减小过电流，同时调动网侧变流器，通过发送无功功率从而对电网电压起到支撑作用；另一方面电压出现骤升故障后对转子过电流起到一定抑制作用，导致撬棒投入降低。
本申请另一实施例将电流的驱动阈值转换为电压骤升幅度阈值，以电压骤升幅度阈值作为撬棒电路的驱动阈值更加直观。
获得转子最大电流与电压骤升幅度的第三关联关系。
假设在电网电压二次骤升阶段仅使用撬棒电路进行保护，且撬棒电路启动阀值设定为2(标幺值)，对转子电流最大值(13)式进行更新，得到第三关联关系，第三关联关系如(15)式所示：
利用所述第三关联关系对转子电流阈值进行转换，得到电压骤升幅度阈值；由式(15)计算可得：m>0.12，表示电压骤升幅度高出额定电压12％的条件下，则立刻启用撬棒电路。
在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击，包括：
在实时电压骤升值大于所述电压骤升幅度阈值的情况下，短接所述转子侧变流器，以使所述撬棒电路启动；
在实时电压骤升值小于所述电压骤升幅度阈值的情况下，将所述转子侧变流器切换至无功补偿模式，并保持所述网侧变流器在所述外环电网电压控制模式运行。
本申请另一个实施例提出在网侧变流器的电压外环控制上加入前馈补偿项的具体方法，步骤如下：
步骤S12-1：将保证直流母线电压在特定区间不高于安全阈值作为条件，利用所述网侧变流器基于电网电压定向矢量控制获得的第一关联关系对第二关联关系进行重置，得到前馈分量；其中，所述第二关联关系是所述直流母线电压与所述网侧变流器的有功功率的关系。安全阈值为1.1(标幺值)。
由于网侧变流器在电网电压定向矢量控制下，获得的第二关联关系如(16)式所示：
若不计线路与开关产生的损耗，即可得出直流母线电压Udc与电网输出网侧变流器的有功功率Pg之间的第一关联关系关系，第一关联关系如(17)式所示：
其中，Cdc为dc-link电容器值；irdc为转子侧直流电流。
假设可确保直流母线电压在某个区间内保持稳定且期间不高于安全阈值，那么重置第二关联关系可以得到前馈分量，前馈分量如(18)式所示：
步骤S12-2：在电网电压大于预设阈值的情况下，使网侧变流器采用外环电网电压控制模式运行，并在所述网侧变流器的电压外环控制上加入所述前馈分量。
将前馈分量igd加入到网侧变流器的外环输出上，从而减小注入dc-link电容的瞬态电流值，以此来保持直流母线电压的相对稳定。
图5是本申请实施例提出的复合故障穿越控制方法中网侧变流器执行的控制策略图。参考图5，网侧变流器环电网电压控制策略在为双馈风电机组提供无功补偿的同时，通过附加前馈补偿项改变电流内环控制的参考值达到稳定母线电压的目的。此策略经济有效，控制简单，同时也减少了直流侧卸荷电路的投入次数，为双馈风电机组在电网电压二次骤升故障穿越提供了保障。图5中的SVPWM表示空间电压矢量过调制方法，GSC表示网侧变流器，PI表示比例积分控制器，dq/abc表示空间坐标矢量变化，Qg表示检测电荷量，igd表示检测电流d轴分量，igq表示检测电流q轴分量，Sabc表示坐标变化，uabc表示进行坐标变化的电压。Udc表示dc轴电压，irdc表示转子电流dc轴分量。
基于同一发明构思，本申请实施例提供一种复合故障穿越控制装置。参考图6，图6是本申请实施例提出的复合故障穿越控制装置的功能模块图。该装置包括：
第一切换模块61，用于在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击，减小撬棒电路投入频率；
第一加入模块62，用于在电网电压大于预设阈值的情况下，将所述双馈风电机组的网侧变流器切换至外环电网电压控制模式运行，并在网侧变流器的电压外环控制上加入前馈补偿项，以在电网电压骤升的情况下，保持直流母线电压稳定，对电网进行无功支持促使电压快速恢复。
可选地，所述装置还包括：
重置模块，用于将保证直流母线电压在特定区间不高于安全阈值作为条件，利用所述网侧变流器基于电网电压定向矢量控制获得的第一关联关系对第二关联关系进行重置，得到前馈分量；其中，所述第二关联关系是所述直流母线电压与所述网侧变流器的有功功率的关系；
所述第一加入模块包括：加入子模块，用于在电网电压大于预设阈值的情况下，使网侧变流器采用外环电网电压控制模式运行，并在所述网侧变流器的电压外环控制上加入所述前馈分量。
可选地，所述装置还包括：
设置模块，用于根据转子的最大电流幅值与所述双馈风电机组正常运行时的电流幅值，设置转子过电流抑制控制器；
第二加入模块，用于在所述过电流抑制模式的控制电路中加入所述转子过电流抑制控制器，得到具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式；
所述第一切换模块包括：第一切换子模块，用于在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至所述具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击。
可选地，所述装置还包括：
第二切换模块，用于在电网电压小于预设阈值的情况下，将所述转子侧变流器切换至最大风能追踪模式，并将所述网侧变流器切换至单位功率因素控制模式。
可选地，所述装置还包括：
获得模块，用于获得转子最大电流与电压骤升幅度的第三关联关系；
转换模块，用于利用所述第三关联关系对转子电流阈值进行转换，得到电压骤升幅度阈值；
所述第一切换模块包括：短接子模块，用于在实时电压骤升值大于所述电压骤升幅度阈值的情况下，短接所述转子侧变流器，以使所述撬棒电路启动；
第二切换子模块，用于在实时电压骤升值小于所述电压骤升幅度阈值的情况下，将所述转子侧变流器切换至无功补偿模式，并保持所述网侧变流器在所述外环电网电压控制模式运行。
可选地，所述装置还包括：
第一构建模块，用于根据定子磁链自由分量受复合故障中电压跌落的影响程度，构建定子磁链自由分量计算模型；
第二构建模块，用于根据所述定子磁链自由分量与所述定子总磁链的第四关联关系，以及所述定子磁链自由分量与所述转子总磁链的第五关联关系，构建转子电流计算模型；
输出模块，用于采用所述转子电流计算模型输出所述双馈风电机组在当前条件下的转子电流最大值；
所述设置模块包括：
设置子模块，用于根据所述转子电流最大值与所述双馈风电机组正常运行时的电流幅值，设置转子过电流抑制控制器。
基于同一发明构思，本申请另一实施例提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请上述任一实施例所述的复合故障穿越控制方法中的步骤。
基于同一发明构思，本申请另一实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行时实现本申请上述任一实施例所述的复合故障穿越控制方法中的步骤。
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书中的各个实施例均采用递进或说明的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本申请实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、装置、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。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、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种复合故障穿越控制方法、装置、设备及存储介质，进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种复合故障穿越控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击，减小撬棒电路投入频率；
在电网电压大于预设阈值的情况下，将所述双馈风电机组的网侧变流器切换至外环电网电压控制模式运行，并在网侧变流器的电压外环控制上加入前馈补偿项，以在电网电压骤升的情况下，保持直流母线电压稳定，对电网进行无功支持促使电压快速恢复。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将保证直流母线电压在特定区间不高于安全阈值作为条件，利用所述网侧变流器基于电网电压定向矢量控制获得的第一关联关系对第二关联关系进行重置，得到前馈分量；其中，所述第一关联关系是所述直流母线电压与电网输出网侧变流器的有功功率的关系，所述第二关联关系是所述直流母线电压与所述网侧变流器的有功功率的关系，所述第一关联关系通过公式
得到，所述第二关联关系通过公式
得到，Udc表示dc轴电压，irdc表示转子电流dc轴分量，Cdc为dc-link电容器值，Pg为有功功率，Us为定子电压，igd为检测电流d轴分量；
在电网电压大于预设阈值的情况下，使网侧变流器采用外环电网电压控制模式运行，并在网侧变流器的电压外环控制上加入前馈补偿项，包括
在电网电压大于预设阈值的情况下，使网侧变流器采用外环电网电压控制模式运行，并在所述网侧变流器的电压外环控制上加入所述前馈分量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据转子的最大电流幅值与所述双馈风电机组正常运行时的电流幅值，设置转子过电流抑制控制器；
在所述过电流抑制模式的控制电路中加入所述转子过电流抑制控制器，得到具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式；
在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击包括：
在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至所述具有转子过电流抑制控制器的过电流抑制模式，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在电网电压小于预设阈值的情况下，将所述转子侧变流器切换至最大风能追踪模式，并将所述网侧变流器切换至单位功率因素控制模式。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获得转子最大电流与电压骤升幅度的第三关联关系，所述第三关联关系为转子最大电流与电压骤升幅度之间的关系，所述第三关联关系通过公式
得到，其中，Us为定子电压，m为输入骤升幅度，τs为暂态定子时间常数，ω0表示定子同步旋转角速度，j为实际含义，Lr为转子全电感；
利用所述第三关联关系对转子电流阈值进行转换，得到电压骤升幅度阈值；
在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击，包括：
在实时电压骤升值大于所述电压骤升幅度阈值的情况下，短接所述转子侧变流器，以使所述撬棒电路启动；
在实时电压骤升值小于所述电压骤升幅度阈值的情况下，将所述转子侧变流器切换至无功补偿模式，并保持所述网侧变流器在所述外环电网电压控制模式运行。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据定子磁链自由分量受复合故障中电压跌落的影响程度，构建定子磁链自由分量计算模型；
根据所述定子磁链自由分量与定子总磁链的第四关联关系，以及所述定子磁链自由分量与转子总磁链的第五关联关系，构建转子电流计算模型，所述第四关联关系为定子总磁模型，所述第四关联关系通过公式
得到，所述第五关联关系为转子总磁模型，所述第五关联关系通过公式
得到，其中，为定子总磁链，/>为强制分量，/>为定子磁链自由分量，τs为暂态定子时间常数，τr为暂态转子时间常数，Tr为电压正常至骤升发生时刻的间歇时间，p为电网电压的跌落深度，θ为恢复电压电网故障角度，将所述定子总磁模型和所述转子总磁模型融合到电流的基础表达模型，构建得到用于输出电网电压二次骤升时的转子电流的转子电流计算模型中，所述转子电流的基础表达模型如
所示，其中，/>
所述转子电流计算模型为
，
为转子电流，Lr为转子全电感，Lm为励磁电感，ωr为转子转速，Ls为定子全电感，C1＝Ψr(0-)-AΨsn(0+)-BΨsf(0+)-Ψs(0+)，s＝(ω0-ωr)/ω0；
采用所述转子电流计算模型输出所述双馈风电机组在当前条件下的转子电流最大值；
根据转子的最大电流幅值与所述双馈风电机组正常运行时的电流幅值，设置转子过电流抑制控制器，包括：
根据所述转子电流最大值与所述双馈风电机组正常运行时的电流幅值，设置转子过电流抑制控制器。
7.一种复合故障穿越控制装置，其特征在于，所述装置包括：
第一切换模块，用于在电网电压大于预设阈值的情况下，将双馈风电机组的转子侧变流器切换至过电流抑制模式运行，以通过抑制转子过电流减轻对所述双馈风电机组的冲击，减小撬棒电路投入频率；
第一加入模块，用于在电网电压大于预设阈值的情况下，将所述双馈风电机组的网侧变流器切换至外环电网电压控制模式运行，并在网侧变流器的电压外环控制上加入前馈补偿项，以在电网电压骤升的情况下，保持直流母线电压稳定，对电网进行无功支持促使电压快速恢复。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
重置模块，用于将保证直流母线电压在特定区间不高于安全阈值作为条件，利用所述网侧变流器基于电网电压定向矢量控制获得的第一关联关系对第二关联关系进行重置，得到前馈分量；其中，所述第二关联关系是所述直流母线电压与所述网侧变流器的有功功率的关系；
所述第一加入模块包括：加入子模块，用于在电网电压大于预设阈值的情况下，使网侧变流器采用外环电网电压控制模式运行，并在所述网侧变流器的电压外环控制上加入所述前馈分量。
9.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一所述的方法中的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行时实现如权利要求1-6任一所述的方法的步骤。
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Legal Events
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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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