【《海上风电系统容错运行控制策略分析案例》2200字】

海上风电系统容错运行控制策略分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u17981海上风电系统容错运行控制策略分析案例 16081.1中性点偏移控制策略 2200531.1.1中性点偏移原理及参数计算 2155631.1.2中性点偏移策略实现方法 5164091.2网侧电流谐波分析 5海上风电系统由于维护不易，成本高，所以应该具有良好的可靠性，目前风电机组大多采用变流器并联的方式进行扩容，当一套变流器系统损坏以后，还可以用剩下的系统降额发电，具有一定的免维护性，本文采用的CMC变流器开关器件多，所以可靠性较低，但是每一相有多个单元，所以具有一定的冗余性。当变流器单元发生故障时，变流器输出电压会发生三相不平衡，造成发电机损坏。所以在变流器故障时，可以采用容错运行控制策略使输出三相电压仍能保持平衡，继续向网侧输送电能。这就是本章所研究的问题。当CMC功率单元发生故障时，先逐渐将该单元的参考电压值降低为0，然后停止开关管的触发脉冲，以防止输出端过电压，最后通过功率单元输出端的旁路开关将其旁路，从而切除故障单元。如图3-1所示，当功率单元正常工作时，开关断开，当功率单元故障时，开关闭合。图3-1单个功率单元旁路设CMC每相有M个功率单元，每相正常时输出电压为UM，当变流器每相有N个单元发生故障，剩下单元正常运行，此时输出电压变为UM/M(M-N)。PMSG的反电动势与转速之间的关系为： (3-1)上式中np表示电机转速，ωm表示发电机机械角速度，ψf表示永磁体磁链。由上式可知发电机的输出电压与发电机的转速成正比，当CMC由于故障时输出电压下降，可能导致发电机不能在最大风能功率跟踪点工作，降低了发电机的发电效率。1.1中性点偏移控制策略1.1.1中性点偏移原理及参数计算对称旁路控制策略就是当某一相的功率单元发生故障时被旁路掉，其它相正常的功率单元也要被旁路，所以并没有充分发挥其应有的发电能力，中性点偏移控制策略就是为了解决这个问题，它只需要旁路故障单元即可，而不需要旁路正常单元，其基本原理是CMC的中性点是可以偏移的，在故障的时候只要改变三相输出电压的相位，就能保持最大平衡三相线电压的输出[REF_Ref69394477\r\h44]。如图3-2所示，当A相一个功率单元故障时，只需旁路该相的故障单元，改变三相电压之间的相位，就能输出最大平衡三相线电压，此时线电压为正常时的87.8%图3-2中性点偏移控制策略下面就详细的说明中性点偏移控制策略的原理，如图3-3所示：图3-3中性点偏移控制策略原理图O为正常时的中性点，此时三相输出电压为： (3-2)上式中k表示三相相电压的幅值，此时三相电压对称。当发生故障时，中性点O发生偏移到O1点，相对于O1点三相输出电压表示为： (3-3)上式中，a、b、c表示发生故障以后三相电压的幅值。O1相对O点的中性点偏移电压可表示为： (3-4)由图3-3可知，三相线电压满足以下等式： (3-5)由(3-4)和(3-5)推导可得，当变流器单元发生故障时采用中性点偏移控制策略，只要α、β、γ满足以下等式时，可以输出最大平衡三相线电压。 (3-6)采用中性点偏移控制策略输出最大线电压幅值UL可表示为： (3-7)相对于中性点O的三相对称相电压幅值k可表示为： (3-8)中性点偏移电压的幅值和相角可表示为： (3-9)当计算时，可以对a、b、c进行如下操作，一个正常功率单元代表一个1，假设正常时每相有三个功率单元，此时a=b=c=3，当A相有一个功率单元发生故障时，此时a=2，b=c=3。假设A、B、C每相正常时有3个功率单元，每相输出相电压幅值为3，当三相发生不同故障单元数量时，采用对称旁路控制策略和中性点偏移控制策略的输出线电压幅值由表3-1所示。表3-1不同故障单元数的输出线电压abc对称旁路控制策略输出线电压幅值中性点偏移控制策略输出线电压幅值2331.4644.562231.4641.923131.7321.823121.7322.642111.7321.732由以上数据可知，当变流器发生故障时，采用中性点偏移控制策略的输出线电压比对称旁路的普遍要高。1.1.2中性点偏移策略实现方法中性点偏移控制策略实现方法如图3-4所示，m、Vm、n分别表示调制比、机侧相电压幅值和每相功率单元数，根据发电机侧转速环和电流内环得到的ud和uq计算出中性点偏移电压UO1，然后再由式(3-5)就可以得到中性点偏移控制策略下的三相参考电压。采用载波移相策略时要做出相应的改变，当计算载波水平移动的角度时，要使用各相正常的功率单元数进行计算。图3-4中性点偏移控制策略方法1.2网侧电流谐波分析当功率单元发生故障被旁路时，采用中性点偏移控制策略时，在发电机侧可以获得最大平衡线电压和电流，但是可以发现并网电流质量会有所下降，下面就具体分析一下采用该控制策略时对并网电流谐波的影响。根据图1-16所示，功率单元正常工作时，将单元为U相第一个功率单元标记为U1，则可以得到U1输出电压Vpn和输入电压、输入电流和输出电流Io之间的关系式： (3-10) (3-11)根据PWM采样，在每个采样周期可以用占空比来表示开关函数的平均值，设占空比矩阵D可表示为： (3-12)将(3-12)分别带入到式(3-10)和(3-11)中可以得到： (3-13) (3-14)设功率单元U1的单相输出电压和电流可表示为 (3-15)U1三相输入电压可表示为： (3-16)则根据等式(3-13)可以得到占空比矩阵D为： (3-17)将(3-17)带入到式(3-14)中可以得到U1的A相电流表达式为： (3-18)同样可以得到V1相和W1相的A相电流表达式分别为： (3-19) (3-20)将式(3-18)、(3-19)和(3-20)相加可以得到则变压器二次侧a相并网电流： (3-21)可以看到并网侧a相电流并不含有2ωo±ωi这些分量。但是当出现功率单元故障旁路时，采用中性点偏移控制策略时，由前面叙述的