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双馈和直驱技术与使用要求的矛盾 10双馈式发电机和直驱式发电机技术是为了增加风电机的发电效率而发展起来的风电机核心技术。从理论上来讲，双馈式风电机可以让风轮随风速的变化相应改变转速的快慢，保持基本恒定的最佳叶尖速比，这样可以高效的获取阵风的能量。还可以在电网中实现调节有功功率和无功功率的目标，既提高了机组的效力，又对电网起到稳频、稳压的作用。但在实际使用过程中，我们会发现这些性能并不能发..
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双馈和直驱技术与 使用要求 的矛盾
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3秒自动关闭窗口一种低电压穿越用双馈式风力发电机组转子侧变流器及其快速重启方法
专利名称一种低电压穿越用双馈式风力发电机组转子侧变流器及其快速重启方法
技术领域本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种低电压穿越期间双馈式风力发电机组转 子侧变流器快速重启方法。
背景技术随着风电市场的迅猛发展，风力发电占全球总发电量的比重越来越大，风力发电 的稳定性和可靠性越来越受到重视。世界各国电网公司也相继地出台了严格的风电场接入 电网技术规定，包括电网故障穿越能力，即电网出现短暂的跌落时，风机能够保持并网，甚 至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压 时间。由于双馈式风力发电机组的定子侧直接联接电网，这种直接耦合使得电网电压的 降落直接反映在发电机定子端电压上，导致定子磁链出现直流分量，不对称故障时还会出 现负序分量。定子磁链的直流分量和负序分量相对于以较高转速运转的发电机转子会形成 较大的转差(转差频率分别在《3和2 3附近，《s为同步角频率)，从而感应出较大的感 应电动势并产生较大的转子电流，导致转子回路中电压和电流大幅增加。同时，当电网电压 骤降时，双馈式风力发电机组定子绕组发出功率的不突变又会导致定子侧产生很大的故障 电流。由于转子绕组与定子绕组之间的强耦合，快速增加的定子电流会进一步引起转子回 路的过压和过流。而且，大电流会导致发电机铁心饱和、电抗减小，实际转子电流还要进一 步增大。另外，由于风力机调节速度较慢，故障前期风力机吸收的风能不会明显减少，而发 电机组由于定子端电压降低，不能正常向电网输送电能，即有一部分能量被电网侧变流器 传递到电网，而另一部分能量无法输入电网，这些能量将会导致直流侧电容快速充电、直流 电压迅速升高。因电网跌落而引起的双馈式风力发电机组电磁响应的暂态过程会严重威胁 到双馈式风力发电机组转子变流器的安全运行。目前为了在电网故障期间，保护转子侧变流器，使双馈式风力发电机组具有低电 压穿越能力，商用MW级双馈式风力发电机组大都装有有源撬棒电路。电网发生故障引起转 子过流时，最基本的方法是将双馈式异步发电机转子侧变流器闭锁的同时，将有源撬棒回 路接入转子绕组进行限流，待转子绕组电流降到一定值以下时断开有源撬棒电路，再次开 启转子侧变流器以实现双馈式风力发电机组电网故障下的定子侧不离网可控运行。然而电 网故障期间由于定子未离网，双馈式异步发电机转子会有较大感应电动势的存在，双馈式 异步发电机的转子电压方程在定子电压矢量定向的同步旋转坐标系下可表示成
-^rd 转子端口电压由电阻压降、脉变电动势及旋转电动势组成。低电压期间由于双馈 式异步发电机暂态过程的存在，导致转子端口电压的脉变电动势和旋转电动势部分偏大且不易通过计算得到，因此在断开有源撬棒电路再次开启转子侧变流器时可能会引起较大的 冲击电流弓I起双馈式异步发电机转子二次过流。
本发明针对现有技术的不足，设计开发出了一种避免出现双馈式风力发电机组转 子二次过流，提高转子侧变流器的快速控制性能，增强双馈式风力发电机组的低电压穿越 能力的方法。本发明是通过以下技术方案实现的一种低电压穿越用双馈式风力发电机组转子侧变流器，转子侧变流器内安装有转 子端口电压检测装置，转子端口电压检测装置与转子侧变流器电连接。低电压穿越用双馈式风力发电机组转子侧变流器的快速重启方法(1)在转子侧变流器重启前，检测双馈式异步发电机的转子端口电压，并将检测到 的值经坐标变换，得到dq旋转坐标系下转子侧变流器重启前的转子端口电压瞬时值；(2)忽略定子电阻，通过公式irdqr6f = Usdq/(j s*Lm)近似计算出当前电网电压下 实现双馈式风力发电机组转子同步所需要的转子电流指令，其中Usdq为当前电网电 压，Lm为定子与转子绕组间互感、《s为电网频率；(3)通过转子电流闭环控制网络对转子电流进行跟踪控制，实现转子快速同步； 将步骤(2)步计算得到的&作转子电流调节器的输入给定，实际转子电流irfq做转子 电流调节器的输入反馈，同时将步骤(1)步得到的转子端口电压瞬时值&dq用作转子电流 调节器输出的前馈补偿项；(4)将转子电流闭环控制网络的输出经坐标变换，得到空间电压矢量发生 模块的输入0_ref,从而产生用于驱动转子侧功率模块的PWM信号。(5)待转子电流irfq完全跟踪转子同步需要的转子电流指令ird(Lref时，恢复对电机的 有功功率和无功功率的控制，完成双馈式风力发电机组低电压穿越期间转子侧变流器的重启。本发明在转子侧变流器内增加用于检测转子端口电压的检测装置，变流器低电压 穿越期间，将转子侧变流器重启前检测到的转子端口电压瞬时值作为转子侧变流器重启时 转子电流调节器输出的前馈补偿项，以抵消转子侧变流器重启时转子感应电动势对转子侧 变流器的影响。采用本发明提出的控制方法，在变流器低电压穿越期间，通过用转子侧变流器重 启前检测到的转子端口电压瞬时值作为转子侧变流器重启时转子电流调节器输出的前馈 补偿项，以抵消转子侧变流器重启时转子感应电动势对转子侧变流器的影响，避免了出现 双馈式风力发电机组转子二次过流，提高了转子侧变流器的快速控制性能，增强了双馈式 风力发电机组的低电压穿越能力。
附图为双馈式风力发电机组转子侧变流器转子电流控制框图
具体实施例方式参见附图所示。
电网低电压故障一般有电网电压跌落阶段、电网低电压阶段、电网电压恢复阶段、 电网电压正常四个阶段。在电网电压跌落和电网电压恢复两个阶段，双馈式异步发电机会 感应出较大的转子电动势并产生较大的转子电流，导致转子电路中电压和电流大幅增加。 为了保护转子侧变流器，实现双馈式风力发电机组的低电压穿越，通常需要在这两个阶段 对转子侧变流器进行闭锁，同时投入有源撬棒进行能量泄放。同时为了实现电网低电压阶 段及电网电压恢复阶段对双馈式异步发电机的控制，给电网发送有功功率和无功功率以支 撑电网的恢复，待转子电流降到一定值后需要断开有源撬棒对转子侧变流器进行快速重 启，恢复对双馈式异步发电机的有功功率和无功功率的控制。本发明采用的技术方案是通过检测双馈式风力发电机组转子侧变流器转子端口 电压，在变流器低电压穿越期间，将转子侧变流器重启前检测到的转子端口电压瞬时值作 为转子侧变流器重启时转子电流调节器输出的前馈补偿项，以抵消转子侧变流器重启时转 子感应电动势对转子侧变流器的影响。转子侧变流器内安装有转子端口电压检测装置，转 子端口电压检测装置与转子侧变流器电连接。具体转子侧变流器快速重启方法步骤如下(1)在转子侧变流器重启前，检测双馈式异步发电机的转子端口电压，并将检测到 的值经坐标变换，得到dq旋转坐标系下转子侧变流器重启前的转子端口电压瞬时值；(2)忽略定子电阻，通过公式irdqr6f = Usdq/(j s*Lm)近似计算出当前电网电压下 实现双馈式风力发电机组转子同步所需要的转子电流指令，其中Usdq为当前电网电 压，Lm为定子与转子绕组间互感、《s为电网频率；(3)通过转子电流闭环控制网络对转子电流进行跟踪控制，实现转子快速同步。将 步骤(2)步计算得到的作转子电流调节器的输入给定，实际转子电流1_做转子电 流调节器的输入反馈，同时将步骤(1)步得到的转子端口电压瞬时值《:用作转子电流调 节器输出的前馈补偿项；(4)将转子电流闭环控制网络的输出经坐标变换，得到空间电压矢量发生 模块的输入0_ref,从而产生用于驱动转子侧功率模块的PWM信号。(5)待转子电流完全跟踪转子同步需要的转子电流指令irfq &时，恢复对电机 的有功功率和无功功率的控制，完成双馈式风力发电机组低电压穿越期间转子侧变流器的
重启o在低电压穿越期间转子侧变流器的重启过程中，虽然转子感应电动势随发电机工 作状态的变化而变化，但是由于转子电流调节器的无静差调节作用，可以补偿转子感应电 动势的变化。一般双馈式风力发电机组转子侧变流器自启动时，定子未并网，剩磁形成的转 子感应电动势基本可以忽略，因此附图所示的转子电流控制框图与电网电压正常条件下双 馈式风力发电机组转子侧变流器常规自启动方式不矛盾，同样适用于电网电压正常条件下 双馈式风力发电机组转子侧变流器自启动，只是电网电压正常条件下双馈式风力发电机组 转子侧变流器自启动时，转子电流调节器输出的前馈补偿项几乎为0。本发明在双馈式风力发电机组中的原理及应用说明，不限于本实施例，还可以包 括其他形式，但对于本发明所使用的控制原理及方法具有通用性。
一种低电压穿越用双馈式风力发电机组转子侧变流器，其特征在于转子侧变流器内安装有转子端口电压检测装置，转子端口电压检测装置与转子侧变流器电连接。
2.一种低电压穿越用双馈式风力发电机组转子侧变流器快速重启方法，其特征在于包 括如下步骤实现(1)在转子侧变流器重启前，检测双馈式异步发电机的转子端口电压，并将检测到的值 经坐标变换，得到dq旋转坐标系下转子侧变流器重启前的转子端口电压瞬时值&dq ；(2)忽略定子电阻，通过公式&= Usdq/(j s*Lm)近似计算出当前电网电压下实现 双馈式风力发电机组转子同步所需要的转子电流指令&，其中Usdq为当前电网电压，Lm 为定子与转子绕组间互感、《s为电网频率；(3)通过转子电流闭环控制网络对转子电流进行跟踪控制，实现转子快速同步；将步 骤(2)计算得到的作转子电流调节器的输入给定，实际转子电流做转子电流调 节器的输入反馈，同时将步骤(1)步得到的转子端口电压瞬时值&dq用作转子电流调节器 输出的前馈补偿项；(4)将转子电流闭环控制网络的输出经坐标变换，得到空间电压矢量发生模块 的输入0_ref,从而产生用于驱动转子侧功率模块的PWM信号；(5)待转子电流完全跟踪转子同步需要的转子电流指令时，恢复对电机的 有功功率和无功功率的控制，完成双馈式风力发电机组低电压穿越期间转子侧变流器的重启o
本发明涉及一种低电压穿越用双馈式风力发电机组转子侧变流器及其快速重启方法。本发明采用的技术方案是通过检测双馈式风力发电机组转子侧变流器转子端口电压，在变流器低电压穿越期间，将转子侧变流器重启前检测到的转子端口电压瞬时值作为转子侧变流器重启时转子电流调节器输出的前馈补偿项，以抵消转子侧变流器重启时转子感应电动势对转子侧变流器的影响。避免了出现双馈式风力发电机组转子二次过流，提高了转子侧变流器的快速控制能力，增强了双馈式风力发电机组的低电压穿越能力。
文档编号H02P9/00GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者余勇, 吴玉杨, 屠运武, 张显立, 曹仁贤, 邹海晏 申请人:合肥阳光电源有限公司双馈感应发电机转子匝间短路时定子电流谐波分析--《电力系统自动化》2014年21期
双馈感应发电机转子匝间短路时定子电流谐波分析
【摘要】：随着人们对风能重视程度的日益加深,双馈感应发电机(DFIG)的应用越来越广泛。转子绕组匝间短路故障是一种常见故障,对DFIG以及风电系统具有较大危害。文中分析了正常情况以及发生转子绕组匝间短路故障时定子侧电流谐波成分,考虑了绕组结构对谐波成分的影响;建立了DFIG多回路数学模型,计算了发生不同程度转子绕组匝间短路故障时的定、转子电流,分析了发生转子绕组匝间短路故障时电流的变化规律;以傅里叶变换为基础,进一步分析了定子单条支路电流、线电流以及并联支路环流中的谐波成分。这些谐波特性可以用于构造转子绕组匝间短路故障检测与诊断判据。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：TM31【正文快照】：
0引言风能是一种清洁、廉价、储量极为丰富的可再生能源。国内外大容量风力发电机大多数采用双馈感应发电机(DFIG)[1]。转子绕组匝间短路故障是双馈感应发电机的一种常见电气故障。发生轻微的匝间短路故障时,机组仍可继续运行,长期运行下去,可能会导致一点甚至两点接地等恶性
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