CN109995068B - 故障穿越控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种故障穿越控制装置和方法。该方法包括第一反馈调节模块根据boost电流实测值和初始boost电流给定值，输出用于驱动变流器的机侧boost电路中的IGBT的脉冲宽度调制PWM信号；控制模块根据电网的三相电压信号，判断电网电压是否满足预设的跌落条件，并当电网电压满足预设的跌落条件时，控制第二反馈调节模块和第一反馈调节模块之间的线路接通；第二反馈调节模块还根据直流母线电压实测值和直流母线电压给定值之间的误差信号，对初始boost电流给定值进行调整，使第一反馈调节模块输出更新后的PWM信号。采用本发明实施例中的技术方案，能够避免制动单元长时间重载运行，降低制动单元的故障率。

Description

故障穿越控制装置和方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种故障穿越控制装置和方法。

背景技术

风力发电机组的发电量经过整流后需要通过变流器并入电网中。当电网运行不稳定，比如发生电网电压升高或者跌落等电网故障时，会使得并入电网的能量减小，并入电网能量的减小会使得发电机出口电压快速升高，进而使整流电压升高，但是，风力发电机组的输出功率暂时是保持不变的，这种变流器的输入输出能量的不平衡会使得直流母线电压也快速升高，影响风力发电机组的安全运行。

为保证风力发电机组的安全运行，现有技术的方法为在变流器中设置制动单元，当电网电压跌落时制动单元启动，控制IGBT模块工作，以驱动制动电阻对直流母线上的多余能量进行释放，使直流母线电压恢复至正常电压范围。

但是，本申请的发明人发现，由于电网运行状态不可控，制动单元中的IGBT模块和制动电阻可能需要长时间重载运行，长时间重载运行会使得制动单元的故障率升高，而一旦制动单元发生故障，就无法对直流母线上的多余能量进行释放，影响风力发电机组的安全运行。

发明内容

本发明实施例提供了一种故障穿越控制装置和方法，能够避免制动单元长时间重载运行，降低制动单元的故障率。

第一方面，本发明实施例提供了一种故障穿越控制装置，包括：控制模块、第一反馈调节模块和第二反馈调节模块；其中，

第一反馈调节模块根据boost电流实测值和初始boost电流给定值，输出用于驱动变流器的机侧boost电路中的IGBT的脉冲宽度调制PWM信号；

控制模块根据电网的三相电压信号，判断电网电压是否满足预设的跌落条件，并当电网电压满足预设的跌落条件时，控制第二反馈调节模块和第一反馈调节模块之间的线路接通；

第二反馈调节模块还根据直流母线电压实测值和直流母线电压给定值之间的误差信号，对初始boost电流给定值进行调整，使第一反馈调节模块输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中直流母线电压趋近于直流母线电压给定值。

在第一方面的一些实施例中，控制模块包括第一运算单元、第一判断单元和第一开关单元；其中，第一开关单元设置于第一反馈调节模块和第二反馈调节模块之间的线路上；第一运算单元，用于利用电网的三相电压信号对电网的三个相电压和三个线电压进行有效值运算，得到各电压的有效值；第一判断单元，用于分别判断各电压的有效值是否低于对应的跌落阈值电压，并当任意一个电压的有效值低于对应的跌落阈值电压时，向第一开关单元输出第一控制信号，接通第二反馈调节模块和第一反馈调节模块之间的线路。

在第一方面的一些实施例中，控制模块还包括第二判断单元，用于判断所有相电压和线电压的有效值是否全部达到对应的恢复阈值电压，并当所有相电压和线电压的有效值全部达到对应的恢复阈值电压时，向第一开关单元输出第二控制信号，断开第二反馈调节模块和第一反馈调节模块之间的连接。

在第一方面的一些实施例中，控制模块还包括第二开关单元和限速器；其中，第二开关单元设置于风力发电机组的发电机和第一反馈调节模块之间的线路上；第二判断单元，还用于在所有相电压和线电压全部达到对应的恢复阈值电压之后的预定时间段内，向第二开关单元输出第三控制信号，使限速器串联接入发电机和第一反馈调节模块之间的线路；及在预定时间段之后，向第二开关单元输出第四控制信号，将限速器从发电机和第一反馈调节模块之间的线路上切除。

在第一方面的一些实施例中，初始boost电流给定值为风力发电机组的输出功率和机侧整流电压之间的比值；控制模块还包括第三判断单元，用于判断机侧整流电压或者直流母线电压是否达到变流器的制动单元的启动电压，并当机侧整流电压或者直流母线电压达到制动单元的启动电压时，输出使制动单元启动的控制信号。

在第一方面的一些实施例中，该故障穿越控制装置还包括第三反馈调节模块、第四反馈调节模块和锁相环；其中，第三反馈调节模块根据直流母线电压实测值和直流母线电压给定值之间的误差信号，输出电网的有功电流给定值；第四反馈调节模块根据电网的有功电流给定值、外部电网无功电流给定值、锁相环输出的相位值和电网的三相电流实测值，输出驱动变流器中的IGBT的PWM信号；控制模块还根据电网的三相电压信号，得到电网电压的正序分量，并基于电网电压的正序分量，计算故障穿越过程中变流器需要发出的无功电流给定值，并当电网电压满足预设的跌落条件时，利用变流器需要发出的无功电流给定值更新外部电网无功电流给定值；第四反馈调节模块还根据电网的有功电流给定值、变流器需要发出的无功电流给定值、锁相环输出的相位值和电网的三相电流实测值，输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中变流器输出的无功功率满足电网的无功需求。

在第一方面的一些实施例中，控制模块还包括第二运算单元和第三开关单元；其中，第二运算单元，用于根据电网的三相电压信号得到电网电压的正序分量，并根据电网电压的正序分量，计算故障穿越过程中变流器需要发出的无功电流给定值；第三开关单元设置于第二运算单元和第四反馈调节模块之间的线路上；第一判断单元，还用于当任意一个电压的有效值低于对应的跌落阈值电压时，向第三开关单元输出第五控制信号，接通第二运算单元和第四反馈调节模块之间的线路，暂停外部电网无功电流给定值的给定，并将变流器需要发出的无功电流给定值作为新的无功电流给定值。

在第一方面的一些实施例中，第二判断单元，还用于当所有相电压和线电压的有效值全部达到对应的恢复阈值电压时，向第三开关单元输出第六控制信号，断开第二反馈调节模块和第一反馈调节模块之间的连接，并恢复外部电网无功电流给定值的给定。

在第一方面的一些实施例中，控制模块还包括限幅器，限幅器设置于第三调节模块和第四调节模块之间的线路上。

第二方面，本发明实施例提供了一种故障穿越控制方法，包括：

由第一反馈调节模块根据boost电流实测值和初始boost电流给定值，输出用于驱动变流器的机侧boost电路中的IGBT的PWM信号；

在电网电压满足预设的跌落条件时，控制第二反馈调节模块和第一反馈调节模块之间的线路接通；

由第二反馈调节模块还根据直流母线电压实测值和直流母线电压给定值之间的误差信号，对初始boost电流给定值进行调整，使第一反馈调节模块输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中直流母线电压趋近于直流母线电压给定值。

在第二方面的一些实施例中，根据电网的三相电压信号，判断电网电压是否满足预设的跌落条件包括：利用电网的三相电压信号对电网的三个相电压和三个线电压进行有效值运算，得到各电压的有效值；分别判断各电压的有效值是否低于对应的跌落阈值电压，当任意一个电压的有效值低于对应的跌落阈值电压时，确定风力发电机组处于故障穿越工况。

在第二方面的一些实施例中，该故障穿越控制方法还包括：判断所有相电压和线电压的有效值是否全部达到对应的恢复阈值电压，当所有相电压和线电压的有效值全部达到对应的恢复阈值电压时，断开第二反馈调节模块和第一反馈调节模块之间的连接。

在第二方面的一些实施例中，该故障穿越控制方法还包括：在所有相电压和线电压全部达到对应的恢复阈值电压之后的预定时间段内，使限速器串联接入发电机和第一反馈调节模块之间的线路；及在预定时间段之后，将限速器从发电机和第一反馈调节模块之间的线路上切除。

在第二方面的一些实施例中，该故障穿越控制方法，初始boost电流给定值为风力发电机组的输出功率和机侧整流电压之间的比值；该故障穿越控制方法还包括：判断机侧整流电压是否达到变流器的制动单元的启动电压，当机侧整流电压达到制动单元的启动电压时，输出使制动单元启动的控制信号。

在第二方面的一些实施例中，该故障穿越控制方法还包括：由第三反馈调节模块根据直流母线电压实测值和直流母线电压给定值之间的误差信号，输出电网的有功电流给定值；由第四反馈调节模块根据电网的有功电流给定值、外部电网无功电流给定值、锁相环输出的相位值和电网的三相电流实测值，输出驱动变流器中的IGBT的PWM信号；根据电网的三相电压信号，得到电网电压的正序分量，并基于电网电压的正序分量，计算故障穿越过程中变流器需要发出的无功电流给定值，并当电网电压满足预设的跌落条件时，暂停外部电网无功电流给定值的给定，并将变流器需要发出的无功电流给定值作为新的无功电流给定值；由第四反馈调节模块还根据电网的有功电流给定值、变流器需要发出的无功电流给定值、锁相环输出的相位值和电网的三相电流实测值，输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中变流器输出的无功功率满足电网的无功需求。

在第二方面的一些实施例中，该故障穿越控制方法还包括：判断所有相电压和线电压的有效值是否全部达到对应的恢复阈值电压，并当所有相电压和线电压的有效值全部达到对应的恢复阈值电压时，停止变流器需要发出的无功电流给定值的给定，恢复外部电网无功电流给定值的给定。

根据本发明的实施例，当电网电压发生故障，即当电网电压满足预设的跌落条件时，可以接通第二反馈调节模块和第一反馈调节模块之间的线路，由第二反馈调节模块利用直流母线电压实测值U_dc和直流母线电压给定值U_dc*之间的误差信号对初始boost电流给定值I_boost*进行调整，并将调整后的boost电流给定值I_boost**输入至第一反馈调节模块，使得第一反馈调节模块能够根据boost电流实测值I_boost和调整后的boost电流给定值I_boost**之间的差值，输出更新后的PWM信号。

由于调整后的boost电流给定值I_boost**与故障穿越过程中的直流母线电压相关，能够反映故障穿越过程中的电网状态，利用更新后的PWM信号用于驱动变流器的机侧boost电路中的IGBT工作，就能够使得故障穿越过程中直流母线电压趋近于直流母线电压给定值。

与现有技术中的需要制动单元中的IGBT模块和制动电阻长时间重载运行相比，本发明实施例中的第二反馈调节模块能够从调整boost电流给定值I_boost**的角度出发，调整故障穿越过程中的直流母线电压，本领域技术人员可以将本发明实施例中的故障穿越控制装置单独使用，或者是与制动单元结合使用来降低制动单元的故障率，以减缓制动单元的老化速率，保证风力发电机组并网运行的安全。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明实施例提供的风力发电机组的并网结构的示意图；

图2为本发明第一实施例提供的故障穿越控制装置的结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的故障穿越控制装置的结构示意图；

图4为本发明第三实施例提供的故障穿越控制装置的结构示意图；

图5为本发明第四实施例提供的故障穿越控制装置的结构示意图；

图6为本发明第五实施例提供的故障穿越控制装置的结构示意图；

图7为本发明第六实施例提供的故障穿越控制装置的结构示意图；

图8为本发明一实施例提供的故障穿越控制方法的流程示意图；

图9为本发明另一实施例提供的故障穿越控制方法的流程示意图。

附图标记说明：

101-整流器；102-boost电路；103-变流器；201-控制模块；

2011-第一运算单元；2012-第一判断单元；2013第一开关单元；

2014-第二开关单元；2015-限速器；2016-第二运算单元；

2017-第三开关单元；202-第一反馈调节模块；

203-第二反馈调节模块；501-第三反馈调节模块；

502-第四反馈调节模块；503-锁相环。

具体实施方式

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明实施例的全面理解。

本发明实施例提供一种故障穿越控制装置和方法。采用本发明实施例中的方法能够避免变流器的制动单元长时间重载运行，从而降低制动单元的故障率，且电网发生故障，比如发生不平衡跌落或升高、电压波形畸变等严重异常情况时，能够保证风力发电机组的并网电流完全可控，使系统有很好的并网友好性。

图1为本发明实施例提供的风力发电机组的并网结构的示意图。如图1所示，风力发电机组和电网之间依次设置有整流器101、boost电路102和变流器103。

其中，整流器101用于对风力发电机组发电产生的三相交流电进行整流，然后由boost电路102将整流器101输出的直流电输入至变流器103，接着由变流器103将boost电路102输入的直流电重新转换为三相交流电并入电网。其中，变流器103中的IGBT104模块也称为功率模块，用于具体执行将直流电转换为三相交流的操作。图1中示出的风力发电机组的发电机为永磁同步发电机PMSG。

图2为本发明第一实施例提供的故障穿越控制装置的结构示意图。图2中示出的故障穿越控制装置包括控制模块201、第一反馈调节模块202和第二反馈调节模块203。

其中，第一反馈调节模块202根据boost电流实测值I_boost和初始boost电流给定值I_boost*，输出用于驱动变流器的机侧boost电路中的IGBT的脉冲宽度调制PWM信号。

控制模块201根据电网的三相电压信号(U_a，U_b，U_c)，判断电网电压是否满足预设的跌落条件，并当电网电压满足预设的跌落条件时，控制第二反馈调节模块203和第一反馈调节模块202之间的线路接通。

第二反馈调节模块203还根据直流母线电压实测值U_dc和直流母线电压给定值U_dc*之间的误差信号，对初始boost电流给定值I_boost*进行调整，使第一反馈调节模块202输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中直流母线电压趋近于直流母线电压给定值。

根据本发明的实施例，第一反馈调节模块202可以是持续启动，利用第一反馈调节模块202根据boost电流实测值I_boost和初始boost电流给定值I_boost*之间的差值，输出用于驱动变流器的机侧boost电路中的IGBT的PWM信号，能够对boost电流进行持续微调，稳定变流器的输入电流。

当电网电压发生故障，即当电网电压满足预设的跌落条件时，可以接通第二反馈调节模块203和第一反馈调节模块202之间的线路，由第二反馈调节模块203利用直流母线电压实测值U_dc和直流母线电压给定值U_dc*之间的误差信号对初始boost电流给定值I_boost*进行调整，并将调整后的boost电流给定值I_boost**输入至第一反馈调节模块202，使得第一反馈调节模块202能够根据boost电流实测值I_boost和调整后的boost电流给定值I_boost**之间的差值，输出更新后的PWM信号。

由于调整后的boost电流给定值I_boost**与故障穿越过程中的直流母线电压相关，能够反映故障穿越过程中的电网状态，利用更新后的PWM信号用于驱动变流器的机侧boost电路中的IGBT工作，就能够使得故障穿越过程中直流母线电压趋近于直流母线电压给定值。

与现有技术中的需要制动单元中的IGBT模块和制动电阻长时间重载运行相比，本发明实施例中的第二反馈调节模块203能够从调整boost电流给定值I_boost**的角度出发，调整故障穿越过程中的直流母线电压，本领域技术人员可以将本发明实施例中的故障穿越控制装置单独使用，或者是与制动单元结合使用来降低制动单元的故障率，以减缓制动单元的老化速率，保证风力发电机组并网运行的安全。

图3为本发明第二实施例提供的故障穿越控制装置的结构示意图。图3与图2的不同之处在于，图2中的控制模块201包括第一运算单元2011、第一判断单元2012和第一开关单元2013。

其中，第一开关单元2013设置于第一反馈调节模块202和第二反馈调节模块203之间的线路上；

第一运算单元2011用于利用电网的三相电压信号(U_a，U_b，U_c)对电网的三个相电压和三个线电压进行有效值运算，得到各电压的有效值；

第一判断单元2012，用于分别判断各电压的有效值是否低于对应的跌落阈值电压，并当任意一个电压的有效值低于对应的跌落阈值电压时，向第一开关单元2013输出第一控制信号，以接通第二反馈调节模块203和第一反馈调节模块202之间的线路。

如图3所示，第一开关单元2013的具体实现形式可以是多触点开关，当电网正常运行时，多触点开关中静触点与标志位flag为0的动触点连接，当电网故障时，多触点开关中静触点与标志位flag为1的动触点连接，接通第二反馈调节模块203和第一反馈调节模块202之间的线路，以利用直流母线电压实测值U_dc和直流母线电压给定值U_dc*之间的误差信号对初始boost电流给定值I_boost*进行调整，并将调整后的boost电流给定值I_boost**输入至第一反馈调节模块202，使得第一反馈调节模块202能够根据boost电流实测值I_boost和调整后的boost电流给定值I_boost**之间的差值，输出更新后的PWM信号。

根据本发明的实施例，控制模块201还包括第二判断单元(图中未示出)，用于判断所有相电压和线电压的有效值是否全部达到对应的恢复阈值电压，并当所有相电压和线电压的有效值全部达到对应的恢复阈值电压时，向第一开关单元2013输出第二控制信号，以断开第二反馈调节模块203和第一反馈调节模块202之间的连接。

其中，跌落阈值电压用于表示电网电压的跌落深度，跌落阈值电压可以与恢复阈值电压相等，也可以小于恢复阈值电压。恢复阈值电压用于表示电网电压已恢复到正常工作电压下。

电网跌落的识别可以使用电网电压的有效值来判断，比如当电压低于正常工作电压下限值0.9pu时，则认为有电网跌落的情况发生。但为了提高抗干扰能力，也可以适当将下限值调低。

在一个示例中，可以分别对三个相电压、三个线电压计算有效值，将六个电压依次与低电压门限值比较，如果至少有一个低于门限值则断定电网低电压发生。

图4为本发明第三实施例提供的故障穿越控制装置的结构示意图。图4与图3的不同之处在于，图4中的控制模块201第二开关单元2014和限速器2015。

其中，第二开关单元2014设置于风力发电机组的发电机和第一反馈调节模块202之间的线路上。

在电压恢复过程中，为防止并网功率突变对变流器造成冲击，第二判断单元还用于在所有相电压和线电压全部达到对应的恢复阈值电压之后的预定时间段内，向第二开关单元2014输出第三控制信号，使限速器2015串联接入发电机和第一反馈调节模块202之间的线路；及在预定时间段之后，向第二开关单元2014输出第四控制信号，将限速器2015从发电机和第一反馈调节模块202之间的线路上切除。

如图4所示，第二开关单元2014的具体实现形式可以是多触点开关，当在所有相电压和线电压全部达到对应的恢复阈值电压之后的预定时间段内，多触点开关中静触点与标志位flag为(1-0)的动触点连接，使限速器2015串联接入发电机和第一反馈调节模块202之间的线路；当在预定时间段之后，多触点开关中静触点与标志位flag为(0,1)的动触点连接，将限速器2015从发电机和第一反馈调节模块202之间的线路上切除。

根据本发明的实施例，在boost电流给定之后添加速度限定装置“限速器2015”，可以使boost电流给定值I_boost*缓慢恢复，boost电流给定值I_boost*与变流器的输入功率近似成正比，即可以使输入功率缓慢恢复，那么网侧功率也逐渐恢复。采用以上控制策略可避免电压恢复对变流器造成强烈的冲击，提高了风力发电机组并网运行的稳定性。

在一个示例中，如图4所示，初始boost电流给定值I_boost*可以为风力发电机组的输出功率P_elec*和机侧整流电压U_rec之间的比值。

由于风力发电机组的运行特性，在减小boost电流的过程中，机侧整流电压U_rec并不会维持不变，而是会有一定程度的升高。如果机侧整流电压U_rec高于直流母线的给定值后，会使得boost电路不受控，造成变流器的输入功率也不受控，直流母线电压会跟随整流电压升高而升高，功率平衡算法也会失效。

控制模块201还包括第三判断单元(图中未示出)，用于判断机侧整流电压U_rec或者直流母线电压U_dc是否达到变流器的制动单元的启动电压，并当机侧整流电压U_rec或者直流母线电压U_dc达到制动单元的启动电压时，输出使制动单元启动的控制信号。制动单元中的制动电阻开始动作，最后使得机侧整流电压U_rec稳定在启动电压附近。该方法只有在变流器的输入功率相比输出功率特别大时制动单元才会启动，差额较小时减小boost电流足以使变流器的功率平衡。

另外，在电压跌落期间，标准规定变流器应能发出一定的无功功率，以帮助电网恢复。对无功功率的控制可等效成对无功电流的控制。比如，标准要求无功电流响应时间不大于75ms，持续时间不小于550ms。

图5为本发明第四实施例提供的故障穿越控制装置的结构示意图。图5与图2的不同之处在于，图5中的故障穿越控制装置还包括第三反馈调节模块501、第四反馈调节模块502和锁相环503，用于满足标准规定的无功要求。

其中，第三反馈调节模块501根据直流母线电压实测值U_dc和直流母线电压给定值U_dc*之间的误差信号，输出电网的有功电流给定值I_d*。

第四反馈调节模块502根据电网的有功电流给定值I_d*、外部电网无功电流给定值I_q*、锁相环503输出的相位值θ和电网的三相电流实测值(I_a，I_b，I_c)，输出驱动变流器中的IGBT的PWM信号；

控制模块201还根据电网的三相电压信号(U_a，U_b，U_c)，得到电网电压的正序分量U_d ⁺，并基于电网电压的正序分量U_d ⁺计算故障穿越过程中变流器需要发出的无功电流给定值I_q**，并当电网电压满足预设的跌落条件时，利用变流器需要发出的无功电流给定值I_q**更新外部电网无功电流给定值I_q*；

第四反馈调节模块502还根据电网的有功电流给定值I_d*、变流器需要发出的无功电流给定值I_q**、锁相环503输出的相位值θ和电网的三相电流实测值(I_a，I_b，I_c)，输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中变流器输出的无功功率满足电网的无功需求。

其中，锁相环503能够将电网的三相电压(U_a，U_b，U_c)由abc静止坐标系变换到dq同步旋转坐标系下，并通过锁相内的闭环调节消除q轴分量，此时的dq坐标系旋转角度即为电网电压的真实相位，该方法对对称电网非常有效。

当电网发生三相不对称时，考虑到电网不对称实际上是由于三相电压同时包含了正序和负序分量，因此，可以使用滤波器将负序分量滤除后再运算，同时也可以使用滤波器将高次谐波被消除后再进行相位计算，以增输出相位的稳定性。

为了提高响应速度和跟踪精度，可以采用PID调节器对无功电流进行控制，将并网电流(I_a，I_b，I_c)解耦得出无功电流分量。变流器需要发出的无功电流给定值I_q**与解耦得到的无功电流分量比较后进入闭环调节器，PID调节器输出驱动变流器中的IGBT的PWM信号，再参与到并网电流的调节。

具体地，可以利用公式(1)计算故障穿越过程中电网需要的最小无功电流给定值I_qmin**：

I_qmin**＝1.5×(0.9-U_T ⁺)×I_N (1)

其中，U_T ⁺为无功电流标幺值给定，I_N为网侧电压正序分量标幺值，即电网电压的正序分量U_d ⁺的标幺值。

如图5所示，控制模块201还包括第二运算单元2016和第三开关单元2017。

其中，第二运算单元2016用于根据电网的三相电压信号(U_a，U_b，U_c)得到电网电压的正序分量U_d ⁺，并根据电网电压的正序分量U_d ⁺计算故障穿越过程中变流器需要发出的无功电流给定值I_q**。

第三开关单元2017设置于第二运算单元2016和第四反馈调节模块502之间的线路上。第一判断单元2012还用于当任意一个电压的有效值低于对应的跌落阈值电压时，向第三开关单元2017输出第五控制信号，接通第二运算单元2016和第四反馈调节模块502之间的线路，暂停外部电网无功电流给定值I_q*的给定，并将变流器需要发出的无功电流给定值I_q**作为新的无功电流给定值。

如图5所示，第一开关单元2013的具体实现形式可以是多触点开关，当电网正常运行时，多触点开关中静触点与标志位flag为0的动触点连接，使第四反馈调节模块502接收外部电网无功电流给定值I_q*；当电网故障时，多触点开关中静触点与标志位flag为1的动触点连接，接通第二运算单元2016和第四反馈调节模块502之间的线路，以暂停外部电网无功电流给定值I_q*的给定，并将变流器需要发出的无功电流给定值I_q**作为新的无功电流给定值。

根据本发明的实施例，第二判断单元还用于判断所有相电压和线电压的有效值是否全部达到对应的恢复阈值电压，并当所有相电压和线电压的有效值全部达到对应的恢复阈值电压时，向第三开关单元2017输出第六控制信号，断开第二反馈调节模块203和第一反馈调节模块202之间的连接，并恢复外部电网无功电流给定值的给定I_q*。

根据本发明的实施例，控制模块201还可以包括限幅器(参看图6中的限幅器)，限幅器设置于第三调节模块和第四调节模块之间的线路上，用于限制第三调节模块输出的电网的有功电流给定值I_d*。当直流母线上能量过剩时，电网的有功电流给定值I_d*会逐渐变大，可以在限幅器设置有功电流的最大给定值I_dmax*，即变流器所能承受的最大电流，以防止电网的有功电流给定值I_d*过大，导致变流器发生过流故障。

图6为本发明第五实施例提供的故障穿越控制装置的结构示意图，用于对本发明实施例中的故障穿越控制装置进行举例说明，以便于理解本发明实施例中的技术方案。

如图6所示，第一反馈调节模块202为I_boost调节器，第二反馈调节模块203为U_dc辅助调节器，第三反馈调节模块501为U_dc辅助调节器，第四反馈调节模块502为I_abc调节器，有效值计算器用于利用电网的三相电压信号(U_a，U_b，U_c)对电网的三个相电压和三个线电压进行有效值运算，得到各电压的有效值，FUN函数模块用于计算变流器需要发出的无功电流给定值I_q**。

其中，I_boost调节器根据boost电流实测值I_boost和初始boost电流给定值I_boost*，输出用于驱动变流器的机侧boost电路中的IGBT的脉冲宽度调制PWM信号。

当电网电压满足预设的跌落条件时，U_dc辅助调节器和I_boost调节器之间的线路接通，使得I_boost调节器还根据直流母线电压实测值U_dc和直流母线电压给定值U_dc*之间的误差信号，对初始boost电流给定值I_boost*进行调整，输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中直流母线电压趋近于直流母线电压给定值。

图7为本发明第六实施例提供的故障穿越控制装置的结构示意图，用于展示对本发明实施例中的技术方案进行拓展后故障穿越控制装置。图7与图6的不同之处在于，图6中的整流器为二极管整流器，图7中的整流器为全控整流器，也就是和网侧一样的包含IGBT的PWM变流器，全控整流器通过可以控制转矩来控制从发电机吸收的功率。

在图7的示例中，转矩调节器根据转矩实测值T和初始转矩给定值T*，输出用于驱动变流器的机侧boost电路中的IGBT的脉冲宽度调制PWM信号。当电网电压满足预设的跌落条件时，U_dc辅助调节器和转矩调节器之间的线路接通，使得转矩调节器还根据直流母线电压实测值U_dc和直流母线电压给定值U_dc*之间的误差信号，对初始转矩给定值T*进行调整，输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中直流母线电压趋近于直流母线电压给定值。

图8为本发明一实施例提供的故障穿越控制方法的流程示意图，图8中示出的故障穿越控制方法包括步骤801至步骤806。

在步骤801中，由第一反馈调节模块根据boost电流实测值和初始boost电流给定值，输出用于驱动变流器的机侧boost电路中的IGBT的脉冲宽度调制PWM信号。

在步骤802中，根据电网的三相电压信号，判断电网电压是否满足预设的跌落条件，并当电网电压满足预设的跌落条件时，控制第二反馈调节模块和第一反馈调节模块之间的线路接通。

具体地，根据电网的三相电压信号判断电网电压是否满足预设的跌落条件可以包括：利用电网的三相电压信号对电网的三个相电压和三个线电压进行有效值运算，得到各电压的有效值；然后分别判断各电压的有效值是否低于对应的跌落阈值电压，当任意一个电压的有效值低于对应的跌落阈值电压时，确定风力发电机组处于故障穿越工况。

在步骤803中，由第二反馈调节模块还根据直流母线电压实测值和直流母线电压给定值之间的误差信号，对初始boost电流给定值进行调整，使第一反馈调节模块输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中直流母线电压趋近于直流母线电压给定值。

在步骤804中，判断所有相电压和线电压的有效值是否全部达到对应的恢复阈值电压，当所有相电压和线电压的有效值全部达到对应的恢复阈值电压时，断开第二反馈调节模块和第一反馈调节模块之间的连接。

在步骤805中，在所有相电压和线电压全部达到对应的恢复阈值电压之后的预定时间段内，使限速器串联接入发电机和第一反馈调节模块之间的线路；及在预定时间段之后，将限速器从发电机和第一反馈调节模块之间的线路上切除。

在步骤806中，判断机侧整流电压是否达到变流器的制动单元的启动电压，当机侧整流电压达到制动单元的启动电压时，输出使制动单元启动的控制信号。

图9为本发明另一实施例提供的故障穿越控制方法的流程示意图，与图8的不同之处在于，图9中示出的故障穿越控制方法还包括步骤807至步骤806至步骤811。

在步骤807中，由第三反馈调节模块根据直流母线电压实测值和直流母线电压给定值之间的误差信号，输出电网的有功电流给定值。

在步骤808中，由第四反馈调节模块根据电网的有功电流给定值、外部电网无功电流给定值、锁相环输出的相位值和电网的三相电流实测值，输出驱动变流器中的IGBT的PWM信号。

在步骤809中，根据电网的三相电压信号，得到电网电压的正序分量，并基于电网电压的正序分量，计算故障穿越过程中变流器需要发出的无功电流给定值，并当电网电压满足预设的跌落条件时，暂停外部电网无功电流给定值的给定，并将变流器需要发出的无功电流给定值作为新的无功电流给定值。

在步骤810中，由第四反馈调节模块还根据电网的有功电流给定值、变流器需要发出的无功电流给定值、锁相环输出的相位值和电网的三相电流实测值，输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中变流器输出的无功功率满足电网的无功需求。

在步骤811中，判断所有相电压和线电压的有效值是否全部达到对应的恢复阈值电压，并当所有相电压和线电压的有效值全部达到对应的恢复阈值电压时，停止变流器需要发出的无功电流给定值的给定，恢复外部电网无功电流给定值的给定。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (16)

1.一种故障穿越控制装置，其特征在于，包括：控制模块、第一反馈调节模块和第二反馈调节模块；其中，

所述第一反馈调节模块根据boost电流实测值和初始boost电流给定值，输出用于驱动变流器的机侧boost电路中的IGBT的脉冲宽度调制PWM信号；

所述控制模块在电网电压满足预设的跌落条件时，控制所述第二反馈调节模块和所述第一反馈调节模块之间的线路接通；

所述第二反馈调节模块还根据直流母线电压实测值和直流母线电压给定值之间的误差信号，对所述初始boost电流给定值进行调整，使所述第一反馈调节模块输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中直流母线电压趋近于所述直流母线电压给定值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括第一运算单元、第一判断单元和第一开关单元；其中，

所述第一开关单元设置于所述第一反馈调节模块和所述第二反馈调节模块之间的线路上；

所述第一运算单元，用于利用所述电网的三相电压信号对所述电网的三个相电压和三个线电压进行有效值运算，得到各电压的有效值；

所述第一判断单元，用于分别判断各电压的有效值是否低于对应的跌落阈值电压，并当任意一个电压的有效值低于对应的跌落阈值电压时，向所述第一开关单元输出第一控制信号，接通所述第二反馈调节模块和所述第一反馈调节模块之间的线路。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制模块还包括第二判断单元，用于判断所有相电压和线电压的有效值是否全部达到对应的恢复阈值电压，并当所有相电压和线电压的有效值全部达到对应的恢复阈值电压时，向所述第一开关单元输出第二控制信号，断开所述第二反馈调节模块和所述第一反馈调节模块之间的连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制模块还包括第二开关单元和限速器；其中，

所述第二开关单元设置于风力发电机组的发电机和所述第一反馈调节模块之间的线路上；

所述第二判断单元，还用于在所有相电压和线电压全部达到对应的恢复阈值电压之后的预定时间段内，向所述第二开关单元输出第三控制信号，使所述限速器串联接入所述发电机和所述第一反馈调节模块之间的线路；及在所述预定时间段之后，向所述第二开关单元输出第四控制信号，将所述限速器从所述发电机和所述第一反馈调节模块之间的线路上切除。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述初始boost电流给定值为风力发电机组的输出功率和机侧整流电压之间的比值；

所述控制模块还包括第三判断单元，用于判断所述机侧整流电压或者直流母线电压是否达到变流器的制动单元的启动电压，并当所述机侧整流电压或者直流母线电压达到所述制动单元的启动电压时，输出使所述制动单元启动的控制信号。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第三反馈调节模块、第四反馈调节模块和锁相环；其中，

所述第三反馈调节模块根据所述直流母线电压实测值和所述直流母线电压给定值之间的误差信号，输出所述电网的有功电流给定值；

所述第四反馈调节模块根据所述电网的有功电流给定值、外部电网无功电流给定值、所述锁相环输出的相位值和所述电网的三相电流实测值，输出驱动变流器中的IGBT的PWM信号；

所述控制模块还根据所述电网的三相电压信号，得到电网电压的正序分量，并基于所述电网电压的正序分量，计算故障穿越过程中所述变流器需要发出的无功电流给定值，并当所述电网电压满足预设的跌落条件时，利用所述变流器需要发出的无功电流给定值更新所述外部电网无功电流给定值；

所述第四反馈调节模块还根据所述电网的有功电流给定值、所述变流器需要发出的无功电流给定值、所述锁相环输出的相位值和所述电网的三相电流实测值，输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中所述变流器输出的无功功率满足所述电网的无功需求。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制模块还包括第二运算单元和第三开关单元；其中，

所述第二运算单元，用于根据所述电网的三相电压信号得到电网电压的正序分量，并根据所述电网电压的正序分量，计算故障穿越过程中所述变流器需要发出的无功电流给定值；

所述第三开关单元设置于所述第二运算单元和所述第四反馈调节模块之间的线路上；

所述第一判断单元，还用于当任意一个电压的有效值低于对应的跌落阈值电压时，向所述第三开关单元输出第五控制信号，接通所述第二运算单元和所述第四反馈调节模块之间的线路，暂停外部电网无功电流给定值的给定，并将所述变流器需要发出的无功电流给定值作为新的无功电流给定值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二判断单元，还用于当所有相电压和线电压的有效值全部达到对应的恢复阈值电压时，向所述第三开关单元输出第六控制信号，断开所述第二反馈调节模块和所述第一反馈调节模块之间的连接，并恢复外部电网无功电流给定值的给定。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制模块还包括限幅器，所述限幅器设置于所述第三反馈调节模块和所述第四反馈调节模块之间的线路上。

10.一种故障穿越控制方法，其特征在于，包括：

由第一反馈调节模块根据boost电流实测值和初始boost电流给定值，输出用于驱动变流器的机侧boost电路中的IGBT的PWM信号；

在电网电压满足预设的跌落条件时，控制第二反馈调节模块和所述第一反馈调节模块之间的线路接通；

由所述第二反馈调节模块还根据直流母线电压实测值和直流母线电压给定值之间的误差信号，对所述初始boost电流给定值进行调整，使所述第一反馈调节模块输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中直流母线电压趋近于所述直流母线电压给定值。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据电网的三相电压信号，判断电网电压是否满足预设的跌落条件，包括：

利用所述电网的三相电压信号对所述电网的三个相电压和三个线电压进行有效值运算，得到各电压的有效值；

分别判断各电压的有效值是否低于对应的跌落阈值电压，当任意一个电压的有效值低于对应的跌落阈值电压时，确定风力发电机组处于故障穿越工况。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断所有相电压和线电压的有效值是否全部达到对应的恢复阈值电压，当所有相电压和线电压的有效值全部达到对应的恢复阈值电压时，断开所述第二反馈调节模块和所述第一反馈调节模块之间的连接。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所有相电压和线电压全部达到对应的恢复阈值电压之后的预定时间段内，使限速器串联接入所述发电机和所述第一反馈调节模块之间的线路；及在所述预定时间段之后，将所述限速器从所述发电机和所述第一反馈调节模块之间的线路上切除。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述初始boost电流给定值为风力发电机组的输出功率和机侧整流电压之间的比值；所述方法还包括：

判断所述机侧整流电压是否达到变流器的制动单元的启动电压，当所述机侧整流电压达到所述制动单元的启动电压时，输出使所述制动单元启动的控制信号。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

由第三反馈调节模块根据所述直流母线电压实测值和所述直流母线电压给定值之间的误差信号，输出所述电网的有功电流给定值；

由第四反馈调节模块根据所述电网的有功电流给定值、外部电网无功电流给定值、锁相环输出的相位值和所述电网的三相电流实测值，输出驱动变流器中的IGBT的PWM信号；

根据所述电网的三相电压信号，得到电网电压的正序分量，并基于所述电网电压的正序分量，计算故障穿越过程中所述变流器需要发出的无功电流给定值，并当所述电网电压满足预设的跌落条件时，暂停外部电网无功电流给定值的给定，并将所述变流器需要发出的无功电流给定值作为新的无功电流给定值；

由所述第四反馈调节模块还根据所述电网的有功电流给定值、所述变流器需要发出的无功电流给定值、所述锁相环输出的相位值和所述电网的三相电流实测值，输出更新后的PWM信号，以使故障穿越过程中所述变流器输出的无功功率满足所述电网的无功需求。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断所有相电压和线电压的有效值是否全部达到对应的恢复阈值电压，并当所有相电压和线电压的有效值全部达到对应的恢复阈值电压时，停止所述变流器需要发出的无功电流给定值的给定，恢复外部电网无功电流给定值的给定。

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