定子双绕组式双馈风机低电压穿越控制系统及方法与流程

1.本发明涉及风力发电控制技术领域，特别涉及一种定子双绕组式双馈风机低电压穿越控制系统及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.多数风电场都处于比较偏僻的区域，电网较为薄弱，容易发生波动，当电网电压降落时，而根据磁链守恒定律定子磁链不会突变，其反电动势暂态与周期分量分别作用于转子产生电流暂态和周期分量，使得转子侧转子过电流和直流母线过电压。如果不能抑制转子侧过电流和直流母线过电压，转子侧励磁变换器就会失去对电磁转矩的控制，严重时，风机会退出电网运行。
4.定子双绕组式双馈风机中，在电机的定子槽内设置一套第二定子绕组，其与定子槽内的第一定子绕组无电气连接，利用第二定子绕组所产生的电压为网侧变流器提供交流输入，进而通过转子侧变流器供给电机转子励磁电流，不再需要在网侧变流器前增加变压器，大大降低了制造成本；网侧变流器不再与电网连接，不会将其所产生的谐波传到电网，避免了对电网造成污染。
5.但是，发明人发现，上述风力发电系统依然存在转子侧转子过电流和直流母线过电压导致的风机脱网问题，无法实现有效的低电压穿越控制。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种定子双绕组式双馈风机低电压穿越控制系统及方法，当电网侧电压小于第一预设电压且大于第二预设电压时，转子侧变流器闭锁，转子回路的撬棒保护装置工作以限制励磁电流，且控制双变流器的中间母线与第一超级电容接通以限制转子电压；当电网侧电压小于第二预设电压时，转子侧变流器闭锁，控制双变流器的中间母线与第一超级电容接通，以利用发电机多余的电能向第一超级电容充电实现转子电压限制，避免了转子侧转子过电流和直流母线过电压的影响，极大的提高了发电系统的稳定性。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.本发明第一方面提供了一种定子双绕组式双馈风机低电压穿越控制系统。
9.一种定子双绕组式双馈风机低电压穿越控制系统，其特征在于：
10.包括：
11.电压检测模块，被配置为：检测电网侧电压，并将检测到的电网侧电压发送给低电压穿越控制模块；
12.低电压穿越控制模块，被配置为：当电网侧电压小于第一预设电压且大于第二预设电压时，转子侧变流器闭锁，转子回路的撬棒保护装置工作，且控制双变流器的中间母线与第一超级电容接通；当电网侧电压小于第二预设电压时，转子侧变流器闭锁，控制双变流
器的中间母线与第一超级电容接通。
13.进一步的，定子双绕组式双馈风机，至少包括：第一定子绕组、第二定子绕组、双变流器、转子绕组和第一超级电容；
14.其中，第一定子绕组与电网连接，双变流器包括转子侧变流器和定子侧变流器，转子侧变流器与转子绕组连接，定子侧变流器与第二定子绕组连接，双变流器的中间母线之间连接有直流母线电容，直流母线电容分别与转子侧变流器和定子侧变流器并联，第一超级电容与直流母线电容并联。
15.更进一步的，第一定子绕组通过第一开关与电网连接，第一超级电容通过第二开关与双变流器的中间母线连接，定子侧变流器通过第三开关与第二定子绕组连接。
16.更进一步的，还包括与第一超级电容并联的用于发电机孤网启动的第二超级电容，第二超级电容通过第四开关与双变流器的中间母线连接。
17.更进一步的，第一超级电容的容量大于第二超级电容。
18.更进一步的，还包括与转子绕组通过可控硅开关连接的撬棒电阻。
19.本发明第二方面提供了一种定子双绕组式双馈风机低电压穿越控制方法。
20.一种定子双绕组式双馈风机低电压穿越控制方法，包括以下过程：
21.获取定子双绕组式双馈风机的电网侧电压；
22.当电网侧电压小于第一预设电压且大于第二预设电压时，转子侧变流器闭锁，转子回路的撬棒保护装置工作，且控制双变流器的中间母线与第一超级电容接通；当电网侧电压小于第二预设电压时，转子侧变流器闭锁，控制双变流器的中间母线与第一超级电容接通。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.1、本发明所述的定子双绕组式双馈风机低电压穿越控制系统及方法，当电网侧电压小于第一预设电压且大于第二预设电压时，转子侧变流器闭锁，转子回路的撬棒保护装置工作以限制励磁电流，且控制双变流器的中间母线与第一超级电容接通以限制转子电压；当电网侧电压小于第二预设电压时，转子侧变流器闭锁，控制双变流器的中间母线与第一超级电容接通，以利用发电机多余的电能向第一超级电容充电实现转子电压限制，避免了转子侧转子过电流和直流母线过电压的影响，极大的提高了发电系统的稳定性。
25.2、本发明所述的定子双绕组式双馈风机低电压穿越控制系统及方法，可以不用额外加装撬棒电阻，当发生低电压故障时，闭合第二开关，使发电机多余的电能向超级电容充电，从而实现低电压穿越功能，有效的保证了电网的稳定。
附图说明
26.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
27.图1为本发明实施例1提供的定子双绕组式双馈风机低电压穿越控制系统的结构示意图。
28.图2为本发明实施例1提供的定子双绕组式双馈风机的结构示意图。
29.图3为本发明实施例2提供的定子双绕组式双馈风机的结构示意图。
30.其中，1-电网；2-变压器；3-风机叶片；4-齿轮箱；5-第一定子绕组；6-第二定子绕
组；7-转子绕组；8-转子侧变流器；9-定子侧变流器；10-第一超级电容；11-第二超级电容。
具体实施方式
31.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
32.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
33.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
34.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
35.实施例1：
36.如图1和图2所示，本发明实施例1提供了一种定子双绕组式双馈风机低电压穿越控制系统，包括：
37.电压检测模块，被配置为：检测电网侧电压，并将检测到的电网侧电压发送给低电压穿越控制模块；
38.低电压穿越控制模块，被配置为：当电网侧电压小于第一预设电压且大于第二预设电压时，转子侧变流器闭锁，转子回路的撬棒保护装置工作，且控制双变流器的中间母线与第一超级电容接通；当电网侧电压小于第二预设电压时，转子侧变流器闭锁，控制双变流器的中间母线与第一超级电容接通。
39.具体的，当电网电压跌落时，由于磁链的变化导致两个问题，第一问题是转子电路出现了直流分量，此直流分量是有害的，一般采用撬棒电阻来较快地将转子电流衰减到安全范围内，有效地保护了转子励磁变换器，降低了对电网和机械系统的暂态冲击，转子绕组此时相当于短路；第二个问题是转子侧的变流器在控制策略中应该被封锁，由于转子侧变流器被封锁，网侧变流器还在逆变，所以直流母线电压升高，升的太高超出阈值时，所以本实施通过第一超级电容来分担。
40.本实施例中，具体的采用如下方案：
41.(1)当电网电压跌落深度比较大时(一般超过电网电压40％-80％时)，闭锁转子侧变流器，同时投入转子回路的撬棒保护装置和第一超级电容，达到限制通过励磁变流器的电流和转子绕组过电压的作用，以此来维持发电机不脱网运行(此时定子双绕组式双馈风机按感应电动机方式运行)。
42.(2)当电网电压跌落较小的时候(一般为电网电压的20％-30％)，采用主动低电压控制策略，这时候不投入撬棒电阻，转子侧变流器不闭锁，照常运行(也可以加大无功输出支撑电网电压恢复)，只投入超级电容即可，这时超级电容自己就可以吸纳多余的电机能量。
43.本实施例中，当电网电压恢复时，及时恢复转子侧变流器的工作(即由发生故障时的封锁变为正常运行)，同时控制策略一般采用的有功无功解耦控制，此时应该使发电机发出无功率入网，帮助电网电压恢复。
44.如图2所示，定子双绕组式双馈风机，包括：风机叶片3、齿轮箱4、第一定子绕组5、第二定子绕组6、双变流器、转子绕组7和第一超级电容10；
45.其中，第一定子绕组通过变压器2与电网1连接，双变流器包括转子侧变流器8和定子侧变流器9，转子侧变流器8与转子绕组7连接，定子侧变流器9与第二定子绕组6连接，双变流器的中间母线之间连接有直流母线电容，直流母线电容分别与转子侧变流器8和定子侧变流器9并联，第一超级电容10与直流母线电容并联。
46.具体的，第一定子绕组5通过第一开关k1与变压器2连接，进而通过变压器2与电网1连接，第一超级电容10通过第二开关k2与双变流器的中间母线连接，定子侧变流器9通过第三开关k3与第二定子绕组6连接。
47.可以理解的，本实施例中，第一超级电容10也可以用蓄电池进行替代，只要能够实现电量的容纳和释放即可，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
48.本实施例中，撬棒电阻安装在转子电路中，撬棒电阻与转子电路之间通过可控硅开关k5来控制投切。
49.具体的，当发生电网电压剧烈波动，电网电压瞬时跌落时，要求风力发电机在0.625s内不能脱网，此时一般采用撬棒电阻消耗掉发电机在这段时间内发出的电能。采用本装置，可以不用额外加装撬棒电阻，当发生低电压故障时，闭合k2，使发电机多余的电能向第一超级电容充电，从而实现低电压穿越功能。
50.实施例2：
51.如图3所示，还包括与第一超级电容并联的用于发电机孤网启动或者并网点功率波动平抑的第二超级电容11，第二超级电容通过第四开关k4与双变流器的中间母线连接。
52.本实施例中，优选的，第一超级电容10的容量大于第二超级电容，可以理解的，在其他一些实施方式中，只要能够保证第一超级电容10用于接收足够的能量，第二超级电容11用于实现孤网启动或者平抑控制即可，可以对容量基于上述原则进行选择，这里不再赘述。
53.第二超级电容11在调试完成后即可通过充能接口充至满值，发电机孤网启动控制过程：
54.s1：闭合开关k2，超级电容直接向双变流器的中间母线充能，使其电压达到稳定状态；
55.s2：启动dc/ac转子侧变流器，根据当前转子转速，控制母线电流通过转子侧电流进行逆变，使发电机的合成磁场的转速达到同步转速，从而在定子中耦合出工频电压；
56.s3：当定子电压稳定且调整好相位后，闭合k1，使风力发电机并网发电；
57.s4：闭合k3通过电网经过网侧变流整流向双变流器的中间母线充能，并向超级电容补充能量，当超级电容电能积蓄到够下一次启动的能量时断开k2，启动控制结束。
58.并网点功率波动平抑过程，包括：
59.控制第二超级电容11通过变流器与电网进行有功功率交换，可对并网点的功率波动进行补偿，进而在并网点获得稳定的输出功率，从而使并网点的输出功率满足系统平滑的期望值。
60.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。