一种采用自适应撬棒电路的低电压穿越方法和系统与流程

1.本发明涉及风机控制技术领域，并且更具体地，涉及一种采用自适应撬棒电路的低电压穿越方法和系统。


背景技术：

2.当电网发生短路等电压跌落故障时，双馈型风机的感应发电机(dfig)机端电压骤降，这将导致发电机定子、转子绕组出现暂态过电流，如果转子电流超过变流器承受的电流限额值，将会损坏变流器。此外，由于暂态过程中机械、电气功率的不平衡，还会导致直流母线上出现过电压。为保证dfig不脱网运行，常采用转子撬棒(crowbar)保护电路完成低电压穿越(low voltage ride through，lvrt)。主动型撬棒电路的每个桥臂有两个串联二极管，直流侧由一个绝缘栅双极型晶闸管(igbt)和一个固定阻值的撬棒电阻串联而成。这种保护电路使转子侧变频器在电网故障时可以与转子保持连接，当故障消除后通过切除保护电路，使风电系统快速恢复正常运行，因而具有更大的灵活性。
3.撬棒电路通常在风机转子过电流超过二倍标幺值时将双馈型风机的发电机转子短路，故障期间过剩能量流经撬棒电阻并被吸收，可以防止发电机转子回路的浪涌电流流入变频器，实现对变频器的保护。但当撬棒电阻阻值过高时，直流母线电压存在越限风险；反之，当撬棒电阻阻值过低时，转子电流抑制效果将变差。传统固定阻值的撬棒电路很难兼顾对转子电流和直流母线电压的抑制以及对撬棒投入工作时间的控制，难以满足不同故障严重程度下风机lvrt需求。
4.针对以上固定阻值撬棒存在的不足，有研究提出了采用变阻值撬棒电路实现双馈型风机低电压穿越。变阻值撬棒电路分为串联以及并联结构，通过控制电阻串/并联以实现阻值动态变化，从而兼顾对转子过电流和直流母线过电压的抑制，减小dfig脱网风险。现有的变阻值方案往往是一级或两级变阻值，其阻值大小仍较固定，无法随故障严重程度精细调整阻值，对不同运行工况下风机转子电流抑制效果较差，严重的可能会导致故障穿越失败，造成较为严重的经济损失。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中采用变阻值撬棒电路实现双馈型风机低电压穿越，其阻值大小仍较固定，无法随故障严重程度精细调整阻值的问题，本发明提供一种采用自适应撬棒电路的低电压穿越方法和系统。
6.根据本发明的一方面，本发明提供一种采用自适应撬棒电路的低电压穿越方法，所述方法包括：
7.对于接入高比例双馈型风机的电网，采集所述双馈型风机的机端电压、转子电流和转子旋转电角速度，以及直流母线电压；
8.当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，并闭锁转子侧换流器，其中，所述并联式撬棒包括并联的最大电阻r1和最
小电阻r2，以及与最大电阻r1串联的绝缘栅双极型晶闸管igbt1和与最小电阻r2串联的绝缘栅双极型晶闸管igbt2；
9.根据电网发生故障前后的机端电压和转子旋转电角速度，直流母线电压越限值，以及双馈型风机设备参数计算撬棒调整值；
10.根据所述撬棒调整值、所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率确定所述igbt1和igbt2的调整占空比；
11.当故障后直流母线电压不小于直流母线电压越限值，或者故障后直流母线电压小于直流母线电压越限值，且故障时间大于设置的延时值时，按照所述调整占空比控制所述igbt1和igbt2交替导通；
12.当直流母线电压小于直流母线电压越限值，且转子电流小于电流限额值时，切除所述并联式撬棒，并解锁转子侧换流器。
13.可选地，所述对于接入高比例新能源的电网，采集所述双馈型风机的机端电压、转子电流和转子旋转电角速度，以及直流母线电压之前还包括确定所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及撬棒整定值，其中：
14.测量机端电压跌落至0pu，且风机按照额定功率运行时的转子电流i
max1
，根据所述转子电流流i
max1
和直流母线电压越限值u
max_th
确定所述最小电阻r2的电阻限值r
pdr
，其中，所述电阻限值r
pdr
计算公式为：
15.i
max1rpdr
＝u
max_th
16.根据电流限额值i
max_th
和直流母线电压越限值u
max_th
确定所述最大电阻r1的电阻限值r
cb
，所述计算公式为：
17.i
max_thrcb
＝u
max_th
18.测量当机端电压跌落至0pu，风机按照额定功率运行，且转子电流为电流限额值i
max_th
时的直流母线电压u
max1
，根据所述电流限额值和所述直流母线电压u
max1
计算并联式撬棒的撬棒整定值r
cb1
，所述计算公式为：
19.i
max_thrcb1
＝u
max1
。
20.可选地，所述当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，包括：
21.根据所述撬棒整定值r
cb1
、所述电阻限值r
cb
和r
pdr
，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率fi确定所述igbt1和igbt2的整定占空比，其中，所述整定占空比的计算公式为：
[0022][0023]
式中，d
10
为所述igbt1的整定占空比，d2为所述igbt2的整定占空比；
[0024]
根据计算确定的整定占空比d
10
和d
20
，在ti周期内首先将所述igbt1开启d
10
ms，接着将所述igbt2在延时d
10
ms后开启d
20
ms。
[0025]
可选地，所述根据电网发生故障前后的机端电压，直流母线电压越限值，以及双馈型风机设备参数计算撬棒调整值，其中，所述撬棒调整值的函数表达式为：
[0026][0027]
其中，u1、u2为电网发生故障前后的机端电压，ωr为采集的转子旋转电角速度；所述双馈型风机设置参数包括：ls、lr为双馈型风机定子自感和转子自感，lm为励磁电感，rr为转子电阻，ω为同步角速度，τs为衰减时间常数，漏感系数ω1为转差电角速度，ω1＝ω-ωr，s为转差率，s＝ω1/ω，t对应在电网正常频率下的一个周期时间；
[0028]
以设定的电阻步长r0逐步增大撬棒电阻，当所述撬棒调整值的函数表达式成立时得到的撬棒电阻确定为当前工况下的撬棒调整值。
[0029]
可选地，所述根据所述撬棒调整值、所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率确定所述igbt1和igbt2的调整占空比，其中，所述调整占空比的计算公式为：
[0030][0031]
式中，d
11
为所述igbt1的调整占空比，d
21
为所述igbt2的调整占空比。
[0032]
根据本发明的另一方面，本发明提供一种采用自适应撬棒电路的低电压穿越系统，所述系统包括：
[0033]
数据采集模块，用于对于接入高比例双馈型风机的电网，采集所述双馈型风机的机端电压、转子电流和转子旋转电角速度，以及直流母线电压；
[0034]
撬棒投入模块，用于当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，并闭锁转子侧换流器，其中，所述并联式撬棒包括并联的最大电阻r1和最小电阻r2，以及与最大电阻r1串联的绝缘栅双极型晶闸管igbt1和与最小电阻r2串联的绝缘栅双极型晶闸管igbt2；
[0035]
第一计算模块，用于根据电网发生故障前后的机端电压和转子旋转电角速度，直流母线电压越限值，以及双馈型风机设备参数计算撬棒调整值；
[0036]
第二计算模块，用于根据所述撬棒调整值、所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率确定所述igbt1和igbt2的调整占空比；
[0037]
撬棒调整模块，用于当故障后直流母线电压不小于直流母线电压越限值，或者故障后直流母线电压小于直流母线电压越限值，且故障时间大于设置的延时值时，按照所述
调整占空比控制所述igbt1和igbt2交替导通；
[0038]
撬棒切除模块，用于当直流母线电压小于直流母线电压越限值，且转子电流小于电流限额值时，切除所述并联式撬棒，并解锁转子侧换流器。
[0039]
可选地，所述系统还包括撬棒整定模块，用于确定所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及撬棒整定值，其中：
[0040]
测量机端电压跌落至0pu，且风机按照额定功率运行时的转子电流i
max1
，根据所述转子电流流i
max1
和直流母线电压越限值u
max_th
确定所述最小电阻r2的电阻限值r
pdr
，其中，所述电阻限值r
pdr
计算公式为：
[0041]imax1rpdr
＝u
max_th
[0042]
根据电流限额值i
max_th
和直流母线电压越限值u
max_th
确定所述最大电阻r1的电阻限值r
cb
，所述计算公式为：
[0043]imax_thrcb
＝u
max_th
[0044]
测量当机端电压跌落至0pu，风机按照额定功率运行，且转子电流为电流限额值i
max_th
时的直流母线电压u
max1
，根据所述电流限额值和所述直流母线电压u
max1
计算并联式撬棒的撬棒整定值r
cb1
，所述计算公式为：
[0045]imax_thrcb1
＝u
max1
。
[0046]
可选地，所述撬棒投入模块当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，包括：
[0047]
根据所述撬棒整定值r
cb1
、所述电阻限值r
cb
和r
pdr
，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率fi确定所述igbt1和igbt2的整定占空比，其中，所述整定占空比的计算公式为：
[0048][0049]
式中，d
10
为所述igbt1的整定占空比，d2为所述igbt2的整定占空比；
[0050]
根据计算确定的整定占空比d
10
和d
20
，在ti周期内首先将所述igbt1开启d
10
ms，接着将所述igbt2在延时d
10
ms后开启d
20
ms。
[0051]
可选地，所述第一计算模块根据电网发生故障前后的机端电压，直流母线电压越限值，以及双馈型风机设备参数计算撬棒调整值，其中，所述撬棒调整值的函数表达式为：
[0052][0053]
其中，u1、u2为电网发生故障前后的机端电压，ωr为采集的转子旋转电角速度；所述双馈型风机设置参数包括：ls、lr为双馈型风机定子自感和转子自感，lm为励磁电感，rr
为转子电阻，ω为同步角速度，τs为衰减时间常数，漏感系数ω1为转差电角速度，ω1＝ω-ωr，s为转差率，s＝ω1/ω，t对应在电网正常频率下的一个周期时间；
[0054]
以设定的电阻步长r0逐步增大撬棒电阻，当所述撬棒调整值的函数表达式成立时得到的撬棒电阻确定为当前工况下的撬棒调整值。
[0055]
可选地，所述第二计算模块根据所述撬棒调整值、所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率确定所述igbt1和igbt2的调整占空比，其中，所述调整占空比的计算公式为：
[0056][0057]
式中，d
11
为所述igbt1的调整占空比，d
21
为所述igbt2的调整占空比。
[0058]
本发明技术方案提供的采用自适应撬棒电路的低电压穿越方法和系统，其中，所述方法包括：当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，并闭锁转子侧换流器；根据电网发生故障前后的机端电压和转子旋转电角速度，直流母线电压越限值，以及双馈型风机设备参数计算撬棒调整值；根据所述撬棒调整值、所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率确定所述igbt1和igbt2的的调整占空比；当故障后直流母线电压不小于直流母线电压越限值，或者故障后直流母线电压小于直流母线电压越限值，且故障时间大于设置的延时值时，按照所述调整占空比控制所述igbt1和igbt2交替导通；当直流母线电压小于直流母线电压越限值，且转子电流小于电流限额值时，切除所述并联式撬棒，并解锁转子侧换流器。本发明所述方法和系统相较以往固定阻值的撬棒电路很难兼顾对转子电流和直流母线电压的抑制以及对撬棒投入工作时间的控制，难以满足不同故障严重程度下风机lvrt需求能根据不同故障严重程度精细调整并联式撬棒结构的阻值，最大限度提升了撬棒电路对转子电流的抑制效果，充分满足了不同故障严重程度下的双馈型风机的低电压穿越要求。
附图说明
[0059]
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
[0060]
图1为根据本发明优选实施方式的采用自适应撬棒电路的低电压穿越方法的流程图；
[0061]
图2为根据本发明优选实施方式的并联式撬棒的结构示意图；
[0062]
图3为根据本发明优选实施式的撬棒调整值与直流母线电压关系示意图；
[0063]
图4为根据本发明优选实施方式进行低电压穿越，与无保护投入和采用传统固定电阻撬棒电路投入进行低电压穿越的直流电压对比示意图；
[0064]
图5为根据本发明优选实施方式进行低电压穿越，与无保护投入和采用传统固定
电阻撬棒电路投入进行低电压穿越的转子电流对比示意图；
[0065]
图6为根据本发明优选实施方式的采用自适应撬棒电路的低电压穿越系统的结构示意图。
具体实施方式
[0066]
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
[0067]
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
[0068]
示例性方法
[0069]
图1为根据本发明优选实施方式的采用自适应撬棒电路的低电压穿越方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的采用自适应撬棒电路的低电压穿越方法从步骤101开始。
[0070]
在步骤101，对于接入高比例双馈型风机的电网，采集所述双馈型风机的机端电压、转子电流和转子旋转电角速度，以及直流母线电压。
[0071]
在步骤102，当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，并闭锁转子侧换流器，其中，所述并联式撬棒包括并联的最大电阻r1和最小电阻r2，以及与最大电阻r1串联的绝缘栅双极型晶闸管igbt1和与最小电阻r2串联的绝缘栅双极型晶闸管igbt2。
[0072]
图2为根据本发明优选实施方式的并联式撬棒的结构示意图。如图2所示，本优选实施方式的自适应撬棒电路选择的是并联动态最大电阻r1和最小电阻r2的撬棒结构，对应地，与最大电阻r1和最小电阻r2分别串联的绝缘栅双极型晶闸管为igbt1和igbt2。通过调节所述igbt1和igbt2的占空比，就能使自适应撬棒电路生成在最大电阻r1的电阻限值r
cb
和最小电阻r2的电阻限值r
pdr
之间任意电阻值，从而实现在电网不同故障严重程度下的阻值精细调节。
[0073]
优选地，所述对于接入高比例新能源的电网，采集所述双馈型风机的机端电压、转子电流和转子旋转电角速度，以及直流母线电压之前还包括确定所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及撬棒整定值，其中：
[0074]
测量机端电压跌落至0pu，且风机按照额定功率运行时的转子电流i
max1
，根据所述转子电流流i
max1
和直流母线电压越限值u
max_th
确定所述最小电阻r2的电阻限值r
pdr
，其中，所述电阻限值r
pdr
计算公式为：
[0075]imax1rpdr
＝u
max_th
[0076]
根据电流限额值i
max_th
和直流母线电压越限值u
max_th
确定所述最大电阻r1的电阻限值r
cb
，所述计算公式为：
[0077]imax_thrcb
＝u
max_th
[0078]
测量当机端电压跌落至0pu，风机按照额定功率运行，且转子电流为电流限额值i
max_th
时的直流母线电压u
max1
，根据所述电流限额值和所述直流母线电压u
max1
计算并联式撬棒的撬棒整定值r
cb1
，所述计算公式为：
[0079]imax_thrcb1
＝u
max1
。
[0080]
在本优选实施方式中，由于在电网故障发生前，机端电压跌落深度及撬棒投入时刻未知，为保证在电压跌落至任意深度下转子电流都能得到有效抑制，因此，初始投入的撬棒电阻r
cb1
要按照考虑故障最严重的情况来整定，即在风电机组并网点发生短路故障，使机端电压跌落至0，且风机按照额定功率运行，但又要保证撬棒电阻投入后转子电流不大于电流限额值。通过该种方式进行整定得到的撬棒整定值能够保证在电网发生任何故障的时候，由于初始投入的撬棒整定值足够大，从而保证不因为转子电流暂态升高而损坏变流器。
[0081]
优选地，所述当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，包括：
[0082]
根据所述撬棒整定值r
cb1
、所述电阻限值r
cb
和r
pdr
，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率fi确定所述igbt1和igbt2的整定占空比，其中，所述整定占空比的计算公式为：
[0083][0084]
式中，d
10
为所述igbt1的整定占空比，d2为所述igbt2的整定占空比；
[0085]
根据计算确定的整定占空比d
10
和d
20
，在ti周期内首先将所述igbt1开启d
10
ms，接着将所述igbt2在延时d
10
ms后开启d
20
ms。
[0086]
在步骤103，根据电网发生故障前后的机端电压和转子旋转电角速度，直流母线电压越限值，以及双馈型风机设备参数计算撬棒调整值。
[0087]
优选地，所述根据电网发生故障前后的机端电压，直流母线电压越限值，以及双馈型风机设备参数计算撬棒调整值，其中，所述撬棒调整值的函数表达式为：
[0088][0089]
其中，u1、u2为电网发生故障前后的机端电压，ωr为采集的转子旋转电角速度；所述双馈型风机设置参数包括：ls、lr为双馈型风机定子自感和转子自感，lm为励磁电感，rr为转子电阻，ω为同步角速度，τs为衰减时间常数，漏感系数ω1为转差电角速度，ω1＝ω-ωr，s为转差率，s＝ω1/ω，t对应在电网正常频率下的一个周期时间；
[0090]
以设定的电阻步长r0逐步增大撬棒电阻，当所述撬棒调整值的函数表达式成立时
得到的撬棒电阻确定为当前工况下的撬棒调整值。
[0091]
图3为根据本发明优选实施式的撬棒调整值与直流母线电压关系示意图。如图3所示，随着撬棒调整值的增大，直流母线电压也随之非线性增加。将电阻步长设置的足够小时，就能随着步长值的逐步增加，得到等于直流母线电压越限值的撬棒调整值。本优选实施方式中，当直流母线电压越限值为1250v时，采用0.01ω的步长值进行遍历，可得到当撬棒调整值为0.13ω时，直流母线电压近似等于直流母线电压越限值。
[0092]
在本优选实施方式中，为了在电网出现故障时，能及时抑制转子电流，因此，必须在检测到转子电流大于电流限额值后，立刻投入撬棒整定值r
cb1
。但是在故障较为严重的情况下，持续投入撬棒整定值r
cb1
可能会导致直流母线电压越限，而在故障较轻时，又可能对转子电流的抑制效果不明显，此时，就需要对撬棒电阻的阻值进行调整，从而在保证直流母线电压不越限的情况下，又能最大程度的抑制转子电流。采集上述撬棒调整值计算的函数表达式，采用步进求解的方式即可得到既不使直流母线越限，又能抑制转子电流的准确撬棒调整值。当检测到直流母线电压越限后投入撬棒调整值，可保证直流母线电压进一步越限，而且还尽量延长了投入电阻值较大的撬棒整定值的时间以抑制转子电流，属于被动投入模式。而当直流母线电压在故障后设置的延时值内一直不超过直流母线电压时，说明此时主要需要抑制转子电流，因此，直接投入撬棒调整值即可，属于主动投入模式。需要注意的是，所述延时值的取值应略大于直流母线电压峰值出现的时间，从而保证在检测到直流母线电压最大值后再对是否投入撬棒调整值进行判断，防止被动投入模式被误判为主动投入模式，致使其切换时刻提前，减少最开始投入撬棒整定值的持续时间，削弱对转子电流的抑制效果。
[0093]
在步骤104，根据所述撬棒调整值、所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率确定所述igbt1和igbt2的调整占空比。
[0094]
优选地，所述根据所述撬棒调整值、所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率确定所述igbt1和igbt2的调整占空比，其中，所述调整占空比的计算公式为：
[0095][0096]
式中，d
11
为所述igbt1的调整占空比，d
21
为所述igbt2的调整占空比。
[0097]
在本优选实施试方式中，所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率为1khz，因此，所述igbt1和igbt2的一个脉冲周期为1ms，则令所述igbt1和igbt2的调整占空比之和为1，按照计算确定的撬棒调整值得到调整占空比d
11
和d
21
后，令所述igbt1和igbt2按照调整占空比d
11
和d
21
交替导通，在1ms的脉冲周期内，先令所述igbt1开启d
11
ms，接着所述igbt2开启d
21
ms，即可实现撬棒电路的阻值由撬棒整定值r
cb1
向撬棒调整值r
cb2
的转变。
[0098]
在步骤105，当故障后直流母线电压不小于直流母线电压越限值，或者故障后直流
母线电压小于直流母线电压越限值，且故障时间大于设置的延时值时，按照所述调整占空比控制所述igbt1和igbt2交替导通。
[0099]
在步骤106，当直流母线电压小于直流母线电压越限值，且转子电流小于电流限额值时，切除所述并联式撬棒，并解锁转子侧换流器。
[0100]
图4为根据本发明优选实施方式进行低电压穿越，与无保护投入和采用传统固定电阻撬棒电路投入进行低电压穿越的直流电压对比示意图。如图4所示，对于直流母线电压越限值为1250v的接入高比例双馈型风机的电网来说，在无保护投入的情况下，发生电网故障时，直流母线电压越限，而在采用本发明的技术方案中的自适应撬棒电路，以及传统方案中具备固定阻值的撬棒电路，在电网发生故障时，均能保证直流母线电压不越限。
[0101]
图5为根据本发明优选实施方式进行低电压穿越，与无保护投入和采用传统固定电阻撬棒电路投入进行低电压穿越的转子电流对比示意图。如图5所示，与图4的时间轴对应，在无保护投入的情况下，电网发生故障时，不仅直流母线电压越限，而且转子过电流最高，无法达到抑制转子过电流的效果。而采用本发明的技术方案中的自适应撬棒电路，以及传统方案中具备固定阻值的撬棒电路，在电网发生故障时，保证直流母线电压不越限的情况下，和传统方案在5s时抑制的转子过电流为2.3pu，超过转子电流限额值2.0pu相比，本发明的方案却能将转子过电流抑制至1.9pu，小于转子电流限额值2.0pu，显然对转子过电流有更好的抑制效果。
[0102]
综上所述，本优选实施方式所述的采用自适应撬棒电路的低电压穿越方法在电网发生故障，转子电流大于转子电流限额值时，先是迅速投入撬棒整定值，然后根据故障工况，结合风机设备参数计算撬棒调整值，并在合适的时间投入撬棒调整值，从而在和传统方案相比，保证直流母线电压不越限的情况下，通过更准确地撬棒电路阻值的调整，具有了更好的转子过电流抑制效果。
[0103]
示例性系统
[0104]
图6为根据本发明优选实施方式的采用自适应撬棒电路的低电压穿越系统的结构示意图。如图6所示，本优选实施方式所述的采用自适应撬棒电路的低电压穿越系统600包括：
[0105]
数据采集模块601，用于对于接入高比例双馈型风机的电网，采集所述双馈型风机的机端电压、转子电流和转子旋转电角速度，以及直流母线电压；
[0106]
撬棒投入模块602，用于当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，并闭锁转子侧换流器，其中，所述并联式撬棒包括并联的最大电阻r1和最小电阻r2，以及与最大电阻r1串联的绝缘栅双极型晶闸管igbt1和与最小电阻r2串联的绝缘栅双极型晶闸管igbt2；
[0107]
第一计算模块603，用于根据电网发生故障前后的机端电压和转子旋转电角速度，直流母线电压越限值，以及双馈型风机设备参数计算撬棒调整值；
[0108]
第二计算模块604，用于根据所述撬棒调整值、所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率确定所述igbt1和igbt2的调整占空比；
[0109]
撬棒调整模块605，用于当故障后直流母线电压不小于直流母线电压越限值，或者故障后直流母线电压小于直流母线电压越限值，且故障时间大于设置的延时值时，按照所述调整占空比控制所述igbt1和igbt2交替导通；
[0110]
撬棒切除模块606，用于当直流母线电压小于直流母线电压越限值，且转子电流小于电流限额值时，切除所述并联式撬棒，并解锁转子侧换流器。
[0111]
优选地，所述系统还包括撬棒整定模块，用于确定所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及撬棒整定值，其中：
[0112]
测量机端电压跌落至0pu，且风机按照额定功率运行时的转子电流i
max1
，根据所述转子电流流i
max1
和直流母线电压越限值u
max_th
确定所述最小电阻r2的电阻限值r
pdr
，其中，所述电阻限值r
pdr
计算公式为：
[0113]imax1rpdr
＝u
max_th
[0114]
根据电流限额值i
max_th
和直流母线电压越限值u
max_th
确定所述最大电阻r1的电阻限值r
cb
，所述计算公式为：
[0115]imax_thrcb
＝u
max_th
[0116]
测量当机端电压跌落至0pu，风机按照额定功率运行，且转子电流为电流限额值i
max_th
时的直流母线电压u
max1
，根据所述电流限额值和所述直流母线电压u
max1
计算并联式撬棒的撬棒整定值r
cb1
，所述计算公式为：
[0117]imax_thrcb1
＝u
max1
。
[0118]
优选地，所述撬棒投入模块602当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，包括：
[0119]
根据所述撬棒整定值r
cb1
、所述电阻限值r
cb
和r
pdr
，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率fi确定所述igbt1和igbt2的整定占空比，其中，所述整定占空比的计算公式为：
[0120][0121]
式中，d
10
为所述igbt1的整定占空比，d2为所述igbt2的整定占空比；
[0122]
根据计算确定的整定占空比d
10
和d
20
，在ti周期内首先将所述igbt1开启d
10
ms，接着将所述igbt2在延时d
10
ms后开启d
20
ms。
[0123]
优选地，所述第一计算模块603根据电网发生故障前后的机端电压，直流母线电压越限值，以及双馈型风机设备参数计算撬棒调整值，其中，所述撬棒调整值的函数表达式为：
[0124][0125]
其中，u1、u2为电网发生故障前后的机端电压，ωr为采集的转子旋转电角速度；所述双馈型风机设置参数包括：ls、lr为双馈型风机定子自感和转子自感，lm为励磁电感，rr
为转子电阻，ω为同步角速度，τs为衰减时间常数，漏感系数为转差电角速度，ω1＝ω-ωr，s为转差率，s＝ω1/ω，t对应在电网正常频率下的一个周期时间；
[0126]
以设定的电阻步长r0逐步增大撬棒电阻，当所述撬棒调整值的函数表达式成立时得到的撬棒电阻确定为当前工况下的撬棒调整值。
[0127]
优选地，所述第二计算模块604根据所述撬棒调整值、所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率确定所述igbt1和igbt2的调整占空比，其中，所述调整占空比的计算公式为：
[0128][0129]
式中，d
11
为所述igbt1的调整占空比，d
21
为所述igbt2的调整占空比。
[0130]
本优选实施方式所述的采用自适应撬棒电路的低电压穿越系统通过在电网发生故障时，初始投入撬棒整定值，然后根据电网故障严重程度计算精确的撬棒调整值后，再次投入撬棒调整值实现低电压穿越，抑制转子过电流的步骤，与发明所述采用自适应撬棒电路的低电压穿越方法的步骤相同，达到的技术效果也相同，在此不同赘述。
[0131]
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
[0132]
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
[0133]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0134]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0135]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0136]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0137]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种采用自适应撬棒电路的低电压穿越方法，其特征在于，所述方法包括：对于接入高比例双馈型风机的电网，采集所述双馈型风机的机端电压、转子电流和转子旋转电角速度，以及直流母线电压；当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，并闭锁转子侧换流器，其中，所述并联式撬棒包括并联的最大电阻r1和最小电阻r2，以及与最大电阻r1串联的绝缘栅双极型晶闸管igbt1和与最小电阻r2串联的绝缘栅双极型晶闸管igbt2；根据电网发生故障前后的机端电压和转子旋转电角速度，直流母线电压越限值，以及双馈型风机设备参数计算撬棒调整值；根据所述撬棒调整值、所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率确定所述igbt1和igbt2的调整占空比；当故障后直流母线电压不小于直流母线电压越限值，或者故障后直流母线电压小于直流母线电压越限值，且故障时间大于设置的延时值时，按照所述调整占空比控制所述igbt1和igbt2交替导通；当直流母线电压小于直流母线电压越限值，且转子电流小于电流限额值时，切除所述并联式撬棒，并解锁转子侧换流器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对于接入高比例新能源的电网，采集所述双馈型风机的机端电压、转子电流和转子旋转电角速度，以及直流母线电压之前还包括确定所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及撬棒整定值，其中：测量机端电压跌落至0pu，且风机按照额定功率运行时的转子电流i
max1
，根据所述转子电流流i
max1
和直流母线电压越限值u
max_th
确定所述最小电阻r2的电阻限值r
pdr
，其中，所述电阻限值r
pdr
计算公式为：i
max1
r
pdr
＝u
max_th
根据电流限额值i
max_th
和直流母线电压越限值u
max_th
确定所述最大电阻r1的电阻限值r
cb
，所述计算公式为：i
max_th
r
cb
＝u
max_th
测量当机端电压跌落至0pu，风机按照额定功率运行，且转子电流为电流限额值i
max_th
时的直流母线电压u
max1
，根据所述电流限额值和所述直流母线电压u
max1
计算并联式撬棒的撬棒整定值r
cb1
，所述计算公式为：i
max_th
r
cb1
＝u
max1
。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，包括：根据所述撬棒整定值r
cb1
、所述电阻限值r
cb
和r
pdr
，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率f
i
确定所述igbt1和igbt2的整定占空比，其中，所述整定占空比的计算公式为：
式中，d
10
为所述igbt1的整定占空比，d2为所述igbt2的整定占空比；根据计算确定的整定占空比d
10
和d
20
，在t
i
周期内首先将所述igbt1开启d
10
ms，接着将所述igbt2在延时d
10
ms后开启d
20
ms。4.根据权利要求2所述的方法，所述根据电网发生故障前后的机端电压，直流母线电压越限值，以及双馈型风机设备参数计算撬棒调整值，其中，所述撬棒调整值的函数表达式为：为：其中，u1、u2为电网发生故障前后的机端电压，ω
r
为采集的转子旋转电角速度；所述双馈型风机设置参数包括：ls、lr为双馈型风机定子自感和转子自感，lm为励磁电感，rr为转子电阻，ω为同步角速度，τ
s
为衰减时间常数，漏感系数为转差电角速度，ω1＝ω-ω
r
，s为转差率，s＝ω1/ω，t对应在电网正常频率下的一个周期时间；以设定的电阻步长r0逐步增大撬棒电阻，当所述撬棒调整值的函数表达式成立时得到的撬棒电阻确定为当前工况下的撬棒调整值。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述撬棒调整值、所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率确定所述igbt1和igbt2的调整占空比，其中，所述调整占空比的计算公式为：式中，d
11
为所述igbt1的调整占空比，d
21
为所述igbt2的调整占空比。6.一种采用自适应撬棒电路的低电压穿越系统，其特征在于，所述系统包括：数据采集模块，用于对于接入高比例双馈型风机的电网，采集所述双馈型风机的机端电压、转子电流和转子旋转电角速度，以及直流母线电压；
撬棒投入模块，用于当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，并闭锁转子侧换流器，其中，所述并联式撬棒包括并联的最大电阻r1和最小电阻r2，以及与最大电阻r1串联的绝缘栅双极型晶闸管igbt1和与最小电阻r2串联的绝缘栅双极型晶闸管igbt2；第一计算模块，用于根据电网发生故障前后的机端电压和转子旋转电角速度，直流母线电压越限值，以及双馈型风机设备参数计算撬棒调整值；第二计算模块，用于根据所述撬棒调整值、所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率确定所述igbt1和igbt2的调整占空比；撬棒调整模块，用于当故障后直流母线电压不小于直流母线电压越限值，或者故障后直流母线电压小于直流母线电压越限值，且故障时间大于设置的延时值时，按照所述调整占空比控制所述igbt1和igbt2交替导通；撬棒切除模块，用于当直流母线电压小于直流母线电压越限值，且转子电流小于电流限额值时，切除所述并联式撬棒，并解锁转子侧换流器。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括撬棒整定模块，用于确定所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及撬棒整定值，其中：测量机端电压跌落至0pu，且风机按照额定功率运行时的转子电流i
max1
，根据所述转子电流流i
max1
和直流母线电压越限值u
max_th
确定所述最小电阻r2的电阻限值r
pdr
，其中，所述电阻限值r
pdr
计算公式为：i
max1
r
pdr
＝u
max_th
根据电流限额值i
max_th
和直流母线电压越限值u
max_th
确定所述最大电阻r1的电阻限值r
cb
，所述计算公式为：i
max_th
r
cb
＝u
max_th
测量当机端电压跌落至0pu，风机按照额定功率运行，且转子电流为电流限额值i
max_th
时的直流母线电压u
max1
，根据所述电流限额值和所述直流母线电压u
max1
计算并联式撬棒的撬棒整定值r
cb1
，所述计算公式为：i
max_th
r
cb1
＝u
max1
。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述撬棒投入模块当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，包括：根据所述撬棒整定值r
cb1
、所述电阻限值r
cb
和r
pdr
，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率f
i
确定所述igbt1和igbt2的整定占空比，其中，所述整定占空比的计算公式为：式中，d
10
为所述igbt1的整定占空比，d2为所述igbt2的整定占空比；根据计算确定的整定占空比d
10
和d
20
，在t
i
周期内首先将所述igbt1开启d
10
ms，接着将所
述igbt2在延时d
10
ms后开启d
20
ms。9.根据权利要求7所述的系统，所述第一计算模块根据电网发生故障前后的机端电压，直流母线电压越限值，以及双馈型风机设备参数计算撬棒调整值，其中，所述撬棒调整值的函数表达式为：其中，u1、u2为电网发生故障前后的机端电压，ω
r
为采集的转子旋转电角速度；所述双馈型风机设置参数包括：ls、lr为双馈型风机定子自感和转子自感，lm为励磁电感，rr为转子电阻，ω为同步角速度，τ
s
为衰减时间常数，漏感系数为转差电角速度，ω1＝ω-ω
r
，s为转差率，s＝ω1/ω，t对应在电网正常频率下的一个周期时间；以设定的电阻步长r0逐步增大撬棒电阻，当所述撬棒调整值的函数表达式成立时得到的撬棒电阻确定为当前工况下的撬棒调整值。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第二计算模块根据所述撬棒调整值、所述最大电阻r1和最小电阻r2的电阻限值，以及所述igbt1和igbt2的高频脉冲频率确定所述igbt1和igbt2的调整占空比，其中，所述调整占空比的计算公式为：式中，d
11
为所述igbt1的调整占空比，d
21
为所述igbt2的调整占空比。

技术总结
本发明提供一种采用自适应撬棒电路的低电压穿越方法和系统，所述方法包括：当电网发生故障使所述转子电流大于电流限额值时，按照预先设置的撬棒整定值投入并联式撬棒，并闭锁转子侧换流器；再计算撬棒调整值，并在故障后直流母线电压不小于直流母线电压越限值，或者故障后直流母线电压小于直流母线电压越限值，且故障时间大于设置的延时值时，投入撬棒调整值；当直流母线电压小于直流母线电压越限值，且转子电流小于电流限额值时，切除所述并联式撬棒，并解锁转子侧换流器。所述方法和系统能根据不同故障严重程度精细调整并联式撬棒结构的阻值，提升了撬棒电路对转子电流的抑制效果，满足了不同故障严重程度下的双馈型风机的低电压穿越要求。低电压穿越要求。低电压穿越要求。


技术研发人员：程林 韩志勇 王吉利 柯贤波 贾媛 李莹 周成 马晓伟 刘诗雨 武朝强 牛栓保 谢醉冰
受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/9