专利名称：一种双馈风电变流器IGBT型Crowbar切出方法
技术领域：
本发明涉及一种双馈式风电机组变流器低电压穿越时的切出方法。
背景技术：
风力发电技术迅猛发展，装机容量快速上升，风力发电在电网供电中所占比例不 断提高。在风力发电占电网比例越来越大的情况下，新的并网导则要求风电机组在电网故 障出现电压跌落时能够保持不脱网，并在故障切除后能尽快帮助电力系统恢复稳定运行， 也就是要求风电机组具备低电压穿越能力。双馈式风力发电机组是当前大型风电机组中获得广泛应用的主流机型，但由于双 馈式发电机的定子直接连接电网，在电网电压瞬间跌落的情况下，定子磁链作为电网电压 的积分项，不能跟随定子电压突变，会产生直流分量，而转子继续旋转，会产生较大的滑差， 引起发电机绕组的过压、过流。一般采用投入Crowbar短路发电机转子绕组，旁路转子变流 器的方式来实现低电压穿越。Crowbar转子短路技术主要有两种拓扑结构，一种是晶闸管二 极管混合桥型Crowbar电路，一种是IGBT型Crowbar电路。其中，IGBT型Crowbar电路结 构如图1所示，当电网电压波动激起双馈发电机电磁暂态导致转子变流器过流时，控制Gl 导通，通过D1-D6组成的整流桥、IGBT Gl和Crowbar电阻Rcb将发电机转子短路。电磁暂 态结束后，关断G1，即切出Crowbar电路，同时恢复转子变流器运行。考虑到Crowbar电路只在电网故障时投入以保护转子变流器，工作时间很短，故 Crowbar电路电气元器件选型时裕量都很小，其中的IGBT器件也是如此。当Crowbar电路 投入以后，流过IGBT (图1的Gl)的电流呈振荡衰减趋势，对于1. 5丽双馈机组，震荡电流 的波峰和波谷差值可以达到1. 5kA以上。如果在电流最小时关断IGBT，可以明显减小IGBT 的开关应力，进而可以减小吸收电容的容值，简化IGBT缓冲吸收电路的设计。判断流过IGBT电流波谷时刻的最简单方法是用传感器直接检测该电流，这势必 需要改变原有系统的设计，并增加硬件成本。目前的文献仅说明在转子电流下降到一定程度时切出Crowbar，但是对Crowbar 切出的具体时刻尚未有过明确说明。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，在没有Crowbar电流检测的条件下，提供 一种根据三相定子电流估计Crowbar电流波谷时刻的方法，利用该方法可以在Crowbar电 流波谷附近切出Crowbar电路。本发明切出方法是由电流互感器采集定子三相电流，送到Crowbar控制器，由 Crowbar控制器根据所述的定子三相电流构造出与Crowbar电流相关的虚拟直流电流，并 根据所述的虚拟直流电流估算Crowbar电流的波谷时刻；同时在Crowbar控制器中设置 Crowbar电路应该投入的最小时间和最大时间，在该时间段内的Crowbar电流的估算波谷 时刻切换Crowbar电路，以减小IGBT关断时的开关应力。
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本发明中的Crowbar电路切出方法包括以下步骤(1)电流互感器采集发电机定子三相电流Isa、Isb、Isc,送到Crowbar控制器，在 Crowbar控制器中将此三相电流送入软件模拟整流单元，构造出定子电流虚拟直流电流(2) Crowbar控制器判断构造出的直流电流Isd。的波谷时刻。判断出波谷时刻后， 在之后的一段时间内Crowbar控制器进行反复判断，以确保判断出的是基波电流的波谷。(3) Crowbar控制器找出基波波谷后，判断Crowbar电路已经投入的时间是否大于 Crowbar电路应该投入的最小时间TeBMin，如果大于Crowbar电路应该投入的最小时间TCBMin， 切出Crowbar电路。(4)Crowbar控制器判断Crowbar电路已经投入的时间是否大于Crowbar电路应该 投入的最大时间TeBMax，如果大于Crowbar电路应该投入的最大时间TeBMax，切出Crowbar电 路。本发明中的切出方法只在Crowbar电路投入后调用，每个采样周期Ts执行一次。步骤(1)中的虚拟直流电流Isd。等同于三相定子电流Isa、Isb、Is。经三相全桥整流 电路整流出的直流电流。步骤(3)中的Crowbar应该投入的最小时间Tcmn的设置，是为了确保Crowbar电 路投入需要的时间后才允许切出，以使Crowbar电路的投入能发挥到有效作用。步骤⑷中的Crowbar应该投入的最大时间Τ。ΒΜμ&设置，是为了确保定子电流 采集出现问题导致估算方法失效时，Crowbar电路也能够切出，以保护Crowbar电路不被烧毁。步骤(3)中的T。BMin与步骤(4)中的T。BMax赋值应该保证这个时间段内有一个 Crowbar电流的波谷，如果两个变量赋值相同，等同于投入Crowbar后固定时间间隔定时切出。
图1为常用的IGBT型双馈风电变流器Crowbar电路；图2为双馈式风力发电系统结构图；
图3为Crowbar切出算法流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
进一步说明本发明。图2所示为本发明的应用对象双馈式风电机组。如图2所示，转子变流器200通 过控制双馈异步发电机100的转子有功电流和无功电流，实现发电机100的输出有功功率 和无功功率解耦控制，网侧变流器300通过控制与电网交换有功功率的大小来控制直流母 线电压的稳定，网侧变流器300也可以通过无功功率控制参与调节机组的功率因数。当出现电网故障导致定子电压跌落时，Crowbar控制器500控制IGBT型Crowbar 电路400动作，通过Crowbar电路400将发电机转子通过Crowbar电阻短接，旁路掉转子变 流器200，进而达到保护转子变流器的目的。
当Crowbar电路400动作后，开始触发本发明中的Crowbar切出算法，算法流程图 如图3所示。Crowbar控制器500基于TI公司DSP设计，具有高速运算功能。步骤1 =Crowbar控制器500以周期Ts采样双馈异步发电机100的定子三相电 流Isa、Isb、Is。，经Crowbar控制器500中的软件模拟整流单元计算得到当前虚拟直流电流
4^)=^41+1^1+14:1)，根据 Isd>)和上一拍的 isdc(n-i)计算出电流增量 Δ Isdc(n)=
IS(Jn)-Isd。(n-l)，如图3中10所示。其中，η取值为1、2、3……的正整数。步骤2 =Crowbar控制器根据AIsde (η)的符号寻找波谷时刻，如图3中20所示。步骤3 =Crowbar控制器找到波谷后，在之后的程序周期中持续一段时间进行反复 判断，确认找到的是基波电流的波谷，如图3中30所示。步骤4 =Crowbar控制器找到基波电流波谷后，开始判断Crowbar电路已经投入的 时间是否大于Crowbar应该投入的最小时间TeBMin，如果大于，切出Crowbar电路，如图3中 的流程40、50、70。步骤5 如果条件不满足步骤4，Crowbar控制器判断Crowbar电路已经投入的时 间是否大于Crowbar应该投入的最大时间TeBMax，如果大于，无条件切出Crowbar电路，如图 3中的流程41或51、60、70。步骤6 如果当前是基波电流波谷，但是Crowbar电路投入的时间小于Crowbar应 该投入的最小时间TfflMin，如图3中40、51、61流程，或者当前不是基波电流波谷而且电路投 入的时间小于Crowbar应该投入的最大时间TCBMax，如图3中的41、61流程，Crowbar电路保 持原状态，返回，继续判断基波电流波谷时刻。在低电压穿越投入Crowbar电路后，Crowbar控制器通过本发明可以确保在 Crowbar电流的波谷时刻切出Crowbar，减小IGBT的开关应力，进而减小对Crowbar电路直 流过压冲击，并可以简化IGBT的缓冲吸收电路，在一定程度上可以优化IGBT型Crowbar硬 件电路的设计。
权利要求
1.一种双馈风电变流器IGBT型Crowbar切出方法，其特征在于，所述的切出方法是根 据电流互感器采集到的定子三相电流，由Crowbar控制器构造出与Crowbar电流相关的虚 拟直流电流，并根据所述的虚拟直流电流估算Crowbar电流的波谷时刻；在Crowbar控制器 中同时设置Crowbar电路应该投入的最小时间和最大时间，在该时间段内的Crowbar电流 的估算波谷时刻切换Crowbar电路，以减小IGBT关断时的开关应力。
2.按照权利要求1所述的双馈风电变流器IGBT型Crowbar切出方法，其特征在于，所 述的切出方法包括以下步骤(1)电流互感器采集发电机定子三相电流Isa、Isb、Is。，并将所述的三相电流送入 Crowbar控制器，由Crowbar控制器中的软件模拟整流单元根据所述的三相电流构造出定子电流虚拟直流电流
全文摘要
一种双馈风电变流器IGBT型Crowbar切出方法，其特征在于，所述的切出方法是根据电流互感器采集到的定子三相电流，由Crowbar控制器构造出与Crowbar电流相关的虚拟直流电流，并根据所述的虚拟直流电流估算Crowbar电流的波谷时刻；在Crowbar控制器中同时设置Crowbar电路应该投入的最小时间和最大时间，在该时间段内的Crowbar电流的估算波谷时刻切出Crowbar电路，以减小IGBT关断时的开关应力，进而可以简化IGBT缓冲吸收电路的设计。
文档编号H02J3/38GK102097825SQ20111002097
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者张启文, 林资旭 申请人:北京科诺伟业科技有限公司