一種風電變流器的高電壓穿越方法技術

本發明專利技術涉及一種風電變流器的高電壓穿越方法，風電變流器包括直流母線電壓泄放電路；直流母線電壓泄放電路包括IGBT、直流泄荷電阻，IGBT與直流泄荷電阻串聯后連接在變流器兩端。當電網電壓高于額定電壓的設定倍數時，進入高電壓穿越狀態，網側變流器增加無功輸出，實現高電壓穿越的暫態過渡過程，可以實現在1.1-1.3pu電網電壓下機組的不脫網運行。同時通過正負序電流控制實現變流器有功功率波動的抑制，直流母線電壓泄放電路進行電能釋放，有效的抑制并網有功功率和直流母線電壓由于電網電動勢不平衡造成的波動。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及，風電變流器包括直流母線電壓泄放電路；直流母線電壓泄放電路包括IGBT、直流泄荷電阻，IGBT與直流泄荷電阻串聯后連接在變流器兩端。當電網電壓高于額定電壓的設定倍數時，進入高電壓穿越狀態，網側變流器增加無功輸出，實現高電壓穿越的暫態過渡過程，可以實現在1.1-1.3pu電網電壓下機組的不脫網運行。同時通過正負序電流控制實現變流器有功功率波動的抑制，直流母線電壓泄放電路進行電能釋放，有效的抑制并網有功功率和直流母線電壓由于電網電動勢不平衡造成的波動。【專利說明】-種風電變流器的高電壓穿越方法
本專利技術涉及，屬于風力發電
。
技術介紹
目前風力發電系統主要有恒速恒頻發電系統和變速恒頻風力發電系統兩大類。因 恒速恒頻發電系統只能在一定風速下捕獲風能,發電效率較低，應用越來越少；而變速恒頻 風力發電系統越來越得到廣泛的應用。變速恒頻風力發電系統一般采用雙饋電機或永磁同 步電機作為發電機，采用永磁同步電機作為發電機的直驅型風機可以省去雙饋型風機的增 速齒輪箱，減少發電機的體積和重量，同時也可以降低噪聲和維護費用，因而得到越來越廣 泛的應用。隨著大規模的海上風電和陸上風電的發展，大規模的風電接入電網，因為風電系 統的波動性的特點，給電力系統帶來很多問題，如：電壓波動、功率不平衡、諧波含量大等現 象，給電力系統的穩定運行埋下隱患。 基于安全穩定運行和控制保護要求，很多國家制定了新的并網技術規定，近年來， 高電壓穿越已經越來越被重視，國外如美國、加拿大、澳大利亞、愛爾蘭、丹麥等已經制定了 詳細的HVRT標準規范和技術要求。中國國家標準中，明確規定了低電壓穿越（LVRT)的相 關標準，高電壓穿越（HVRT)的相關標準暫未正式出臺。 當電網電壓發生故障驟升時，如果不加以控制，可能會造成變流器和風電機組的 損壞，同時也可能對電網產生功率沖擊，造成電力系統的暫態不穩定，嚴重時可能導致局部 甚至系統癱瘓，危害電網中其他設備甚至造成更嚴重的損失。因此，并網型風力發電設備的 故障穿越能力十分重要，當電網故障或者擾動引起風電場并網點的電壓升高時，風電機組 能夠不間斷的并網運行，在必要的時候還需要對電網提供無功功率的支持，完成電網電壓 驟升到恢復正常過程的故障穿越。 實際運行的風電場中，很對因素可能導致電網電壓的驟升，例如：單相對地故障、 風電場負載的突然切除、大的電容補償器的投入等等。直驅風電變流器的網側直接與電網 相連，當電網電壓驟升時，電網側功率無法送出，功率由電網側流入變流器，導致直流母線 電壓快速升高，導致系統故障停機，嚴重情況下可能因為過電壓毀壞功率器件IGBT。 并且在完成電網電壓驟升到恢復正常過程的故障穿越之后，有功功率和直流母線 電壓由于電網電動勢不平衡會造成波動，但是現有技術中并沒有有效地防止此類波動的措 施。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，用以解決高電壓穿越 后，并網有功功率和直流母線電壓由于電網電動勢不平衡造成的波動的問題。 為實現上述目的，本專利技術的方案包括：，風電 變流器包括機側變流器、網側變流器、直流母線電壓泄放電路，直流母線電壓泄放電路包括 IGBT、直流泄荷電阻，IGBT與直流泄荷電阻串聯后連接在直流母線電壓兩端；當電網電壓 高于額定電壓的設定倍數時，網側變流器增加無功輸出，直流母線電壓泄放電路進行電能 釋放；并且觸發正負序電流控制：電網電流在正負同步旋轉坐標系下進行解耦，得到正、負 序電流分量，負序電流分量給定為零，負序電流分量經過PI調節器輸出得到控制負序電流 的調制電壓，正序電流分量經過PI調節器輸出得到控制正序電流的調制電壓，控制正序電 流的調制電壓與控制負序電流的調制電壓疊加并進行調制，完成正負序電流控制。 觸發正負序電流控制的步驟具體為： ⑴、d軸正序直流電流給定值t與d軸正序直流電流反饋值id+相比較，通過PI 調節輸出d軸正序直流電壓值ud+，q軸正序直流電流給定值￠+與q軸正序直流電流反饋值 iq+相比較，通過PI調節輸出q軸正序直流電壓值IV，d軸正序直流電壓信號ud+與q軸正 序直流電壓信號IV進行dq坐標到α β坐標變換得到α β坐標系下正序輸出u#ae+。 (2)、d軸負序直流電流給定值與d軸負序直流電流反饋值id_相比較，通過PI 調節輸出d軸負序直流電壓值ud_，q軸負序直流電流給定值與q軸負序直流電流反饋值 、相比較，通過PI調節輸出q軸負序直流電壓值IV，d軸負序直流電壓信號ud_與q軸負 序直流電壓信號IV進行dq坐標到α β坐標變換得到α β坐標系下正序輸出u#ae_。 (3)、設定d軸負序直流電流給定值和q軸負序直流電流給定值為零，正序輸 出U' 0+與負序輸出疊加得到調制信號和u%_t(rtal，然后進行SVPWM調制。 網側變流器改變無功電流來增加無功輸出。 直流母線電壓泄放電路還包括二極管，二極管與IGBT反向并聯后與直流泄荷電 阻串聯。 本專利技術提供，有效降低了當電網電壓驟升時， 系統故障停機，嚴重時燒壞功率器件IGBT的問題；并且是在已有的低電壓穿越的硬件基礎 上進行的，不需要增加額外的成本就可以實現高電壓穿越，避免了對現有正在運行于風場 的直驅風力發電機組的硬件改造，節約了成本，提高了高壓穿越改造進行的可行性。 更重要的是：采用正負序雙同步旋轉坐標系控制，將電網電流在正負同步旋轉坐 標系下進行解耦，得到正、負序電流分量，將負序電流分量給定為零，正、負序電流分量分別 經過PI調節器輸出得到控制負序電流的調制電壓和控制正序電流的調制電壓，兩者疊加 并進行調制。使得負序電流得到良好的控制，而且有效的抑制并網有功功率和直流母線電 壓由于電網電動勢不平衡造成的波動。 【專利附圖】【附圖說明】 圖1為本專利技術系統結構圖； 圖2為高電壓穿越方法流程圖； 圖3為變流器正負序控制原理圖。 【具體實施方式】 下面結合附圖對本專利技術做進一步詳細的說明。 如圖1所示，圖1為本專利技術系統結構圖，風電變流器包括網側變流器GSC、機側變流 器LSC、直流母線電壓泄放電路DBR，直流母線電壓泄放電路DBR包括IGBT、直流泄荷電阻 R、二極管，二極管與IGBT反向并聯后與直流泄荷電阻R串聯。 實時監測風力發電機組的電網電壓，當檢測到的電網電壓為額定電壓的設定倍 數時，這里以1. 1倍為例。當檢測到的電網電壓為額定電壓的1. 1倍時，變流器進入高電 壓穿越控制狀態，網側變流器通過改變無功電流增加無功輸出，無功電流計算公式為I,= k* (MUg-l)，式中MUg為電網電壓標幺值幅值，k需要根據變流器功率等級的實際情況確定。然 后通過提高變流器無功電流來調節電網電壓，電網電壓U g，變流器交流側電壓Us、電抗器電 壓隊三者形成矢量三角形。當電網電壓Ug增加時，由于U s有限定值不能跳變，需要調節電 抗器電流增大隊，達到新的平衡狀態，實現了通過提高變流器無功電流來調節電網電壓 的目的。 網側變流器計算控制所需的調制度，當計算得到的調制度大于設定值時，網側變 流器增加無功電流輸出用以減小調制度，使得網側調制度運行在設定值之下。 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種風電變流器的高電壓穿越方法，其特征在于，風電變流器包括機側變流器、網側變流器、直流母線電壓泄放電路，直流母線電壓泄放電路包括IGBT、直流泄荷電阻，IGBT與直流泄荷電阻串聯后連接在直流母線電壓兩端；當電網電壓高于額定電壓的設定倍數時，網側變流器增加無功輸出，直流母線電壓泄放電路進行電能釋放；并且觸發正負序電流控制：電網電流在正負同步旋轉坐標系下進行解耦，得到正、負序電流分量，負序電流分量給定為零，負序電流分量經過PI調節器輸出得到控制負序電流的調制電壓，正序電流分量經過PI調節器輸出得到控制正序電流的調制電壓，控制正序電流的調制電壓與控制負序電流的調制電壓疊加并進行調制，完成正負序電流控制。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張建，高亞春，劉少宇，朱斯，馬步云，岳巍澎，肖鵬，郜亞秋，劉剛，孫健，程林志，楊楊，史航，盧仁寶，李松博，石磊，
申請(專利權)人：國家電網公司，許繼集團有限公司，許繼電氣股份有限公司，許昌許繼風電科技有限公司，國網新源張家口風光儲示范電站有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11