具有低电压故障穿越能力的全功率变换风电机组

本发明涉及变换风电机组，具体地，涉及一种具有低电压故障穿越能力的全功率变换风电机组。

背景技术：

1、随着惯量传递系数kc的增大，风电机组在弱电网中的运行稳定性下降，容易引发风电机组振荡失稳。因此，有必要研究这种电压源型控制风电机组的稳定控制方法。现有技术亟需一种具有低电压故障穿越能力的全功率变换风电机组。

2、专利文献cn109378888b公开了一种集中式高压整流电流分配充电堆。本发明提供一种安全、可靠的集中式高压整流电流分配充电堆。本发明包括高压保护单元、高压整流变压器单元、高压整流单元和充电桩群电流分配单元，其结构要点高压保护单元的输出端口与高压整流变压器单元的输入端口相连，高压整流变压器单元的输出端口与高压整流单元的输入端口相连，高压整流单元的输出端口与充电桩群电流分配单元的输入端口相连。该专利在结构和性能上仍然有待提高的空间。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有低电压故障穿越能力的全功率变换风电机组。

2、根据本发明提供的一种具有低电压故障穿越能力的全功率变换风电机组,包括：网侧单元、机侧单元；

3、所述网侧单元与机侧单元相连；

4、所述网侧单元包括：网侧变流器；

5、所述网侧变流器控制直流侧电压；

6、所述网侧变流器包括：网侧变流器控制环路；

7、所述网侧变流器控制环路中的直流侧电压经过积分器，积分器的输出为网侧变流器调制波的相位；网侧变流器无功功率的参考值与反馈值之差经过比例积分调节器，该比例积分调节器的输出与额定调制电压之和即为网侧变流器的实际调制电压；根据该实际调制电压与相位生成网侧变流器的调制信号用于正弦脉宽调制。

8、优选地，所述积分器的增益为电网角频率基准值ωbg；

9、所述电网角频率基准值ωbg＝314.15926rad/s；

10、所述网侧变流器控制环路中的直流侧电压经过一个增益为电网角频率基准值ωbg的积分器，积分器的输出为网侧变流器调制波的相位θ；网侧变流器无功功率的参考值与反馈值之差经过比例积分调节器，该比例积分调节器的输出与额定调制电压ut0之和即为网侧变流器的实际调制电压ut；根据该实际调制电压ut与相位θ生成网侧变流器的调制信号用于正弦脉宽调制。

11、优选地，所述网侧单元中采用封锁网侧变流器触发脉冲的方法进行低电压故障穿越。

12、优选地，当具有低电压故障穿越能力的全功率变换风电机组的输出电流幅值时，fi为1；否则，fi为0；

13、当公共连接点电压幅值时，fu为1；否则，fu为0；

14、fi与fu经过一个或门，其输出为短路故障标志位flag；

15、在fi与或门之间加入下降沿延时器，即当fi由0变到1时，延迟器输出立刻由0变为1；当fi由1变到0时，延迟器输出在延迟tf1时间后由1变为0；

16、此处，tf1取0.1s。

17、优选地，根据权利要求2所述的具有低电压故障穿越能力的全功率变换风电机组，其特征在于，所述网侧变流器包括：flag控制、flag控制的选通开关；

18、所述flag控制与flag控制的选通开关相连。

19、优选地，在用于故障穿越的网侧变流器中，对于其中flag控制的选通开关sg2-sg4，flag值为0时，开关处在位置2；flag值为1时，开关处在位置1；当电网发生三相短路故障flag由0变为1，选通开关sg2-sg4由位置2变到位置1，sgabc变为0，封锁网侧变流器的触发脉冲，避免过电流对开关管的损坏；sg2处在位置2意味着由锁相环观测公共连接点电压相位θ，sg3处在位置2无功功率控制被切出，便于短路故障切除后网侧变流器的重新启动；当短路故障切除后flag由0变为1，sg4切换到位置2，网侧变流器重新启动；sg2延迟tf2后由位置1切换到位置2，网侧变流器根据直流电压动态特性与电网同步；sg3延迟tf3后由位置1切换到位置2，无功功率控制被投入，此时故障切除后网侧变流器的重启动完成。

20、优选地，在用于故障穿越的撬棒控制器中，直流电压经过一个滞环比较器，其输出用于决定撬棒是否投入；当大于开通点udc2，滞环比较器输出为1，卸荷电路投入降低直流电压；当小于滞环比较器的关断点udc1，滞环比较器输出为0，卸荷电路从直流侧切除；当风电机组正常运行时flag为1，滞环比较器的开通点udc2、关断点udc1分别为1.1p.u.和0.9p.u.；当短路故障发生时flag为0，开通点udc2、关断点udc1分别设为1.01p.u.和0.99p.u.，由于机侧变流器仍然发出功率，撬棒控制器将直流电压控制在额定值附近；当故障清除后，sc2、sc3在延迟tf2后由位置1切换到位置2，开通点udc2、关断点udc1的值又被分别设为1.1p.u.和0.9p.u.。

21、优选地，在用于故障穿越的机侧变流器控制器中，当短路故障发生flag为1时，sm1、sm2由位置2切换到位置1，惯量传递控制被切出，机侧变流器由最优功率控制变为恒功率控制；故障时机侧变流器有功功率参考值设为0.05p.u.的目的是维持直流侧电压不跌落；当短路故障切除时，sm1延迟tf4后由位置1切换到位置2，机侧变流器变回最优功率控制；sm2延迟tf5后由位置1切换到位置2，惯量传递控制被投入。

22、优选地，在用于故障穿越的变桨控制器中，当风轮转速机侧变流器输出有功功率超过设定值时，变桨控制器增大桨距角β，减少风轮捕获的风功率；当短路故障发生flag为1时，sp1由位置2切换到位置1，对应有功功率设定值由1.2p.u.变为0，变桨控制器输出桨距角β增大，减小因机侧变流器输出有功功率降低引起风轮转速的过度增大；当故障清除后，sp1延迟tf6后由位置1切换到位置2，有功功率设定值变为1.2p.u.，变桨控制器恢复正常。

23、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

24、1、本发明公开了一种具有低电压故障穿越能力的全功率变换风电机组，主要包括网侧变流器的自主电网同步控制、直流电压自主感知电网频率变化的控制、惯量传递控制、网侧变流器的稳定控制器、机侧变流器的稳定控制器以及稳定控制参数的设计方法、低电压故障穿越控制方法；

25、2、本发明中的网侧变流器的稳定控制器测量直流电压，经过放大器和高通滤波器后，其输出叠加到网侧变流器的调制电压上。机侧变流器的稳定控制器在原有机侧变流器的惯量传递控制环路中加入三级一阶低通滤波器。所加入的三级低通滤波器在较小时间尺度可以调节的机侧变流器输出有功功率的相位，提高系统稳定性；

26、3、本发明在较大时间尺度上，可以较好地通过电网频率变化信号，实现风电机组对电网的惯量响应功能。所给出的参数设计方法，根据系统潜在谐振频率整定机侧稳定控制器的低通滤波时间常数、网侧稳定控制器的高通滤波时间常数以及网侧致稳控制系数。在电网故障期间采用封锁网侧变流器触发脉冲的方法进行低电压故障穿越，这种故障穿越方法具有耐受电网短路故障时间更长、无频率失稳风险、适应性更强的优势。