專利名稱：實(shí)時(shí)計(jì)算crow-bar阻值提高雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說本發(fā)明涉及一種基于實(shí)時(shí)計(jì)算crow-bar阻值提高雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的方法。
背景技術(shù)：
近年來，DFIG逐漸成為并網(wǎng)風(fēng)電場的主流機(jī)型，但由于其LVRT的實(shí)現(xiàn)難度較大，故在應(yīng)對電網(wǎng)故障方面上存在不足。許多國內(nèi)外專家學(xué)者對這一問題做了大量研究，并提出了多種DFIG的LVRT技術(shù)，其中最常用的方法是在系統(tǒng)中增加crow-bar保護(hù)電路。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，Crow-bar阻值和退出時(shí)間對提高DFIG發(fā)電系統(tǒng)低壓穿越能力十分關(guān)鍵。對于大值機(jī)端電壓驟降而言，若在交流故障恢復(fù)前切除Crowbar，雖對電網(wǎng)恢復(fù)有利，但電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)變換器將可能再次遭受過電流和過電壓的危害；若在故障恢復(fù)后切除，雖可解決系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)的過電流和過電壓問題，但由于DFIG要吸收大量的無功功率，不利于交流電網(wǎng)恢復(fù)。配合快速短接保護(hù)而采用串聯(lián)電阻有助于減小DFIG發(fā)電系統(tǒng)在故障不間斷運(yùn)行期間的無功功率吸收，但不能徹底抵消DFIG定子從電網(wǎng)所吸收的無功功率。當(dāng)前crow-bar保護(hù)電路中的阻值均是事先指定的，實(shí)際運(yùn)行的crow-bar保護(hù)電路更是沒有實(shí)時(shí)計(jì)算阻值的先例。本發(fā)明基于電網(wǎng)短路故障的最大短路電流實(shí)時(shí)計(jì)算crow-bar電路的阻值通過高速電子變阻器投入保護(hù)電路，可控制網(wǎng)側(cè)變換器使其短時(shí)補(bǔ)償DFIG定子從電網(wǎng)吸收無功功率，能夠保證電網(wǎng)故障清除期間整個(gè)機(jī)組不從電網(wǎng)吸收無功功率，有助于電網(wǎng)電壓的迅速恢復(fù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決DFIG成功穿越電網(wǎng)故障引起電壓驟降的問題，能夠保證電網(wǎng)故障清除期間機(jī)組不從電網(wǎng)吸收無功功率，有助于電網(wǎng)電壓的迅速恢復(fù)，并可保證變流器直流側(cè)電壓不越限。本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)，包括下述步驟I)根據(jù)典型運(yùn)行方式離線整定crow-bar電路的初始阻值Rci = l4.lim/Ittoee_shOTt,其中Uuim為網(wǎng)側(cè)變流器能承受的最大電壓，Ithree^short為典型方式下電網(wǎng)側(cè)近端發(fā)生三相短路時(shí)的電流有效值。2)轉(zhuǎn)子側(cè)利用Mallet算法實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子電流的有效值，電網(wǎng)側(cè)實(shí)時(shí)判斷是否發(fā)生短路故障，如果電網(wǎng)發(fā)生短路故障轉(zhuǎn)向步驟3)，否則持續(xù)檢測電網(wǎng)側(cè)是否發(fā)生短路故障；3)計(jì)算電網(wǎng)側(cè)電壓跌落的幅度ClelUeal，若ClelUeal > deIUfix則啟動(dòng)初始阻值為Rtl的crow-bar電路進(jìn)行低電壓穿越保護(hù)，delUfix為整定的網(wǎng)側(cè)電壓跌落幅度，同時(shí)封閉轉(zhuǎn)子側(cè)變流側(cè)絕緣柵雙極型功率管的脈沖，網(wǎng)側(cè)變流器保持正常工作，否則返回步驟2)；4)實(shí)時(shí)計(jì)算crow-bar電路中的最大電阻值Re.max = I4.lim/Ir.max, I4.lim為網(wǎng)側(cè)變流器能承受的最大電壓，Ir.fflax為步驟2)采用Mallet算法實(shí)時(shí)計(jì)算的故障后半個(gè)周波內(nèi)的最大短路電流。5)驅(qū)動(dòng)高速電子變阻器快速將電阻將Rtl快速切換到R。..；6)根據(jù)電網(wǎng)側(cè)發(fā)生的故障類型和故障元件的電壓等級，查找對應(yīng)短路故障類型的離線故障清除時(shí)間定值T
short, clerar 7) (Tshort^cierar_Tshort.ahead)時(shí)刻退出 crow-bar 電路，Tshort.ahead 為此處 Tshort. Jihead 為短路故障清除前提前退出crow-bar電路的時(shí)間整定值； 8)檢測到短路故障消失后，開放轉(zhuǎn)子側(cè)變流器IGBT的脈沖，恢復(fù)風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。本發(fā)明中，披露了一種實(shí)現(xiàn)DFIG成功穿越電壓驟降的方法，該方法基于故障時(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算的故障電流的最大值Iuax和網(wǎng)側(cè)變流器能承受的最大電壓Utlim計(jì)算實(shí)際短路故障需要投入的保護(hù)電阻R。. _ = ur.liffl/Ir.fflax,并結(jié)合離線整定的初始阻值Rtl實(shí)現(xiàn)整個(gè)故障期間的有效穿越，至于步驟4)中的Mallet算法已經(jīng)是工程應(yīng)用的成熟算法，不在此描述。3、有益效果該方法解決了傳統(tǒng)crow-bar電路阻值不能實(shí)時(shí)匹配故障電流大小的難題，通過精確控制Crow-bar電路的切除時(shí)刻和所用串聯(lián)電阻的數(shù)值，既能控制網(wǎng)側(cè)變換器使其短時(shí)補(bǔ)償DFIG定子從電網(wǎng)吸收無功功率，又可保障電網(wǎng)故障清除期間機(jī)組不從電網(wǎng)吸收無功功率，有助于電網(wǎng)電壓的迅速恢復(fù)。
圖I為本發(fā)明方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1，對本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)描述。圖I中步驟I描述的是獲取crow-bar電路離線整定的Rci阻值，計(jì)算公式為Rtl =
Ur. Iim/1 three-short 0 three-short
為電網(wǎng)近端發(fā)生三相短路電流的最大值，I. lim為和網(wǎng)側(cè)變流器能
承受的最大電壓。圖I中步驟2描述的在轉(zhuǎn)子側(cè)采集電流信號后利用Mallet算法計(jì)算其有效值，并在電網(wǎng)側(cè)根據(jù)采集的電壓和電流信號判斷電網(wǎng)是否發(fā)生了短路故障，如果發(fā)生了短路故障轉(zhuǎn)向步驟3，否則重復(fù)步驟2的工作。圖I中步驟3描述的電網(wǎng)側(cè)短路故障后的電壓的跌落幅值ClelUeal是否大于整定的電壓跌路幅值ClelUfix，若ClelUeal > deIUfix則立刻啟動(dòng)初始阻值為Rtl的crow-bar電路進(jìn)行低電壓穿越保護(hù)，否則返回步驟2。圖I中步驟4描述的采用Mallet算法實(shí)時(shí)計(jì)算的故障后半個(gè)周波內(nèi)的最大短路電流Ir.max，然后根據(jù)公式Imax = Ur.lim/lr.max計(jì)算crow_bar電路中的最大電阻值Re._。圖I中步驟5描述的利用高速電子變阻器快速將crow-bar電路的阻值由R0快速切換到Rc.―。
圖I中步驟6描述的是根據(jù)電網(wǎng)側(cè)實(shí)際發(fā)生的故障類型和故障元件的電壓等級，查找對應(yīng)短路故障類型的離線故障清除時(shí)間定值TshOTt.&m。圖I中步驟7描述的在故障時(shí)刻清除時(shí)刻前TshOTt.atead時(shí)刻將crow-bar電路退出運(yùn)行，此處Tsht^atead為短路故障清除前提前退出crow-bar電路的時(shí)間整定值。圖I中步驟8描述的當(dāng)短路故障消失后，立刻開放轉(zhuǎn)子側(cè)變流器IGBT的脈沖，恢
復(fù)風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.實(shí)時(shí)計(jì)算crow-bar電路阻值提高雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的方法,其特征在于包括下列步驟 1)根據(jù)雙饋風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)側(cè)的電壓等級確定crow-bar電路的初始阻值R0,Rtl只用作短路故障后crow-bar電路初始階段短時(shí)間用于釋放能量的電阻，可選Rtl = tlim/Itoe_shOTt，其中Uuim為網(wǎng)側(cè)變流器能承受的最大電壓，Ithree^short為典型方式下電網(wǎng)側(cè)近端發(fā)生三相短路時(shí)的電流有效值； 2)通過采集電網(wǎng)側(cè)的電壓和電流信息實(shí)時(shí)計(jì)算電網(wǎng)側(cè)電壓跌落的幅度，并檢測電網(wǎng)側(cè)是否發(fā)生短路故障，如果發(fā)生短路故障，則轉(zhuǎn)向步驟3)，否則持續(xù)檢測電網(wǎng)側(cè)是否發(fā)生短路故障，轉(zhuǎn)子側(cè)利用Mallet算法實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子電流的有效值； 3)將電壓跌落的幅度ClelUeal與電壓跌落整定值ClelUfix進(jìn)行比較，如果deIUeal>ClelUfix則啟動(dòng)crow-bar電路進(jìn)行低電壓穿越保護(hù)，同時(shí)封閉轉(zhuǎn)子側(cè)變流側(cè)絕緣柵雙極型功率管的脈沖，網(wǎng)側(cè)變流器保持正常工作，否則返回步驟2)； 4)利用步驟2)在短時(shí)窗內(nèi)采用Mallet算法實(shí)時(shí)計(jì)算的故障后半個(gè)周波內(nèi)的最大短路電流并結(jié)合網(wǎng)側(cè)變流器能承受的最大電壓l.lim，實(shí)時(shí)計(jì)算出crow-bar電路中的最大電阻值 = Ur lim/Ir max ； 5)計(jì)算出R。..后啟動(dòng)高速電子變阻器設(shè)備將Rtl快速切換到R。..； 6)根據(jù)步驟2)判斷得到的電網(wǎng)側(cè)發(fā)生的故障類型，結(jié)合故障元件的電壓等級，查找對應(yīng)短路故障類型的離線故障清除時(shí)間定值TshOTt.&m，并計(jì)算短路故障發(fā)生后crow-bar電路退出保護(hù)的時(shí)刻為(TshOTt.Clerar-Tsht^ahead)； 7)在(Tshort.Ciera-Tshort.ahead)時(shí)刻退出crow-bar電路,TshOTt. 為離線整定的對應(yīng)短路故障的清除時(shí)間，Tshort^ead為短路故障清除前退出crow-bar電路的時(shí)間預(yù)留整定值； 8)短路故障消失后，開放轉(zhuǎn)子側(cè)變流側(cè)絕緣柵雙極型功率管(IGBT)的脈沖，恢復(fù)風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于crow-bar電路阻值提高雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的方法，其特征在于可以根據(jù)雙饋風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)側(cè)的電壓等級確定crow-bar電路的初始阻值Rtl，這樣可以在crow-bar電路投入之后且R。..計(jì)算出來之前的過渡過程中發(fā)揮初始阻值R0釋放能量的作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于crow-bar電路阻值提高雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的方法，其特征在于利用小波的快速算法-Mallet算法來實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子電流的有效值，由于當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，Mallet算法可以在短時(shí)窗(半個(gè)周波內(nèi))內(nèi)檢測到電流幅值發(fā)生突變，因此可以僅在半個(gè)周波左右的時(shí)間從初始阻值Rtl切換到R。..。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于crow-bar電路阻值提高雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的方法，其特征在于crow-bar電路的電阻采用了高速電子變阻器，電阻值的快速切換可以保證從初始阻值R0切換到R。..僅需5ms以內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于crow-bar電路阻值提高雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的方法，其特征在于crow-bar電路的電阻R。..是基于電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)的最大短路電流采用公式R。.. = Ur.lim/Ir.max在線計(jì)算出來的，其中Ilim為網(wǎng)側(cè)變流器能承受的最大電壓，Ir. max為故障后半個(gè)周波內(nèi)短路電流的最大值。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于crow-bar電路阻值提高雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的方法，其特征在于crow-bar在故障發(fā)生后(Tshort.clerar_Tshort.^ead)時(shí)刻退出運(yùn)行,Tshort.clerar為離線整定的對應(yīng)短路故障的清除時(shí)間，TshOTt.aheadS短路故障清除前退出crow-bar電路的時(shí)間預(yù)留整定值(實(shí)際整定時(shí)可取5 10ms)，(Tshort.clerar-Tshort.^ead)時(shí)刻退出運(yùn)行有利于減少DFIG在故障切除后從電網(wǎng)吸收的無功，而且隨后能向電網(wǎng)提供更多的無功支持，有利于電網(wǎng)電壓的恢復(fù)?！?br>
全文摘要
本發(fā)明介紹了通過實(shí)時(shí)計(jì)算crow-bar阻值提高雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的方法。并網(wǎng)的雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)(DFIG)由于其定子側(cè)與電網(wǎng)直接相連，當(dāng)電網(wǎng)故障引起電壓突降時(shí)，會(huì)導(dǎo)致DFIG定子側(cè)電壓驟降，并在轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)出較大的電流，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子側(cè)出現(xiàn)過電流和過電壓，嚴(yán)重時(shí)可能損壞變流器和電機(jī)。當(dāng)檢測到發(fā)生短路故障時(shí)，本發(fā)明是基于電網(wǎng)短路故障的最大短路電流實(shí)時(shí)計(jì)算crow-bar電路的阻值，計(jì)算方法不受故障類型和故障地點(diǎn)的限制，可適用于電網(wǎng)任意類型、任意地點(diǎn)的短路故障；通過整定時(shí)間在短路清除前時(shí)刻將corw-bar電路退出運(yùn)行，除可抑制變轉(zhuǎn)子側(cè)電流外，還可保證變流器直流側(cè)電壓不越限。
文檔編號H02H7/26GK102916443SQ20121040071
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者邵俊松 申請人:邵俊松