本發明涉及風力發電技術領域，特別涉及一種風力發電機組的逆變器控制方法和裝置。

背景技術：

在風力發電機組的運行過程中，當電網由于擾動或故障，電網電壓值瞬間跌落至1p.u(perunit，標幺值)以下時，風力發電機組的控制系統可通過調整控制策略實現在電網電壓故障期間的不間斷并網運行。其中，風力發電機組的變流器執行主要的低電壓穿越控制。現有的低電壓穿越控制策略中，在電網故障消除時，電網處于低電壓穿越恢復狀態，一般對變流器的有功功率不進行限制，控制變流器滿功率運行。

但是，此時的電網電壓相位角和頻率仍會大幅變化，網側逆變器可能會由于工作功率過大出現不穩定工作狀態，嚴重時可能從逆變功率狀態變為吸收功率狀態。而且，機側整流器也會想直流母線注入有功功率，從而導致直流母線吸收過多的有功功率，在制動單元由于過載而無法泄放直流母線上過多的能量時，將造成直流母線電壓超過最大工作電壓，導致器件失效，增加風力發電機組的維護成本，而且還可能導致低電壓穿越失效。

技術實現要素：

本發明的實施例提供一種風力發電機組的逆變器控制方法和裝置，以解決現有技術中低電壓穿越恢復時網側逆變器易從電網吸收有功功率，導致的直流母線過壓問題。

為達到上述目的，本發明的實施例提供了一種風力發電機組的逆變器控制方法，包括：如果檢測到電網電壓小于第一電壓閾值，則確定風力發電機組的網側逆變器進入低電壓穿越狀態；如果所述網側逆變器已處于所述低電壓穿越狀態，并且檢測到電網電壓增大至大于第二電壓閾值，則控制所述網側逆變器的工作電流限值逐漸增大，其中，所述第二電壓閾值大于所述第一電壓閾值。

可選地，所述控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大，包括：控制網側逆變器的有功電流限值和無功電流限值逐漸增大；和/或，控制網側逆變器的有功功率限值和無功功率限值逐漸增大。

可選地，所述控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大，包括：控制網側逆變器的工作電流限值隨時間線性增大。

可選地，所述逆變器控制方法還包括：在所述網側逆變器的工作電流限值增大至網側逆變器的最大工作電流時，將所述最大工作電流設定為所述網側逆變器的工作電流限值。

可選地，在所述如果檢測到電網電壓小于第一電壓閾值之后，還包括：控制網側逆變器從執行有功電流優先控制切換為執行無功電流優先控制。

可選地，所述逆變器控制方法還包括：在檢測到電網電壓增大至大于第二電壓閾值時，控制網側逆變器從執行無功電流優先控制切換為執行有功電流優先控制；或者，在所述網側逆變器的工作電流限值增大至網側逆變器的最大工作電流時，控制網側逆變器從執行無功電流優先控制切換為執行有功電流優先控制。

可選地，所述逆變器控制方法還包括：在檢測到直流母線電壓大于預設泄放電壓閾值時，控制所述風力發電機組的制動單元泄放直流母線能量。

根據本發明的另一方面，本發明的實施例還提供一種風力發電機組的逆變器控制裝置，包括：檢測模塊，用于如果檢測到電網電壓小于第一電壓閾值，則確定風力發電機組的網側逆變器進入低電壓穿越狀態；第一控制模塊，用于如果所述網側逆變器已處于所述低電壓穿越狀態，并且檢測到電網電壓增大至大于第二電壓閾值，則控制所述網側逆變器的工作電流限值逐漸增大，其中，所述第二電壓閾值大于所述第一電壓閾值。

可選地，所述第一控制模塊用于控制網側逆變器的有功電流限值和無功電流限值逐漸增大；和/或，控制網側逆變器的有功功率限值和無功功率限值逐漸增大。

可選地，所述第一控制模塊用于：控制網側逆變器的工作電流限值隨時間線性增大。

可選地，所述第一控制模塊還用于：在所述網側逆變器的工作電流限值增大至網側逆變器的最大工作電流時，將所述最大工作電流設定為所述網側逆變器的工作電流限值。

可選地，所述逆變器控制裝置還包括：第二控制模塊，用于如果檢測到電網電壓小于第一電壓閾值，則控制網側逆變器從執行有功電流優先控制切換為執行無功電流優先控制。

可選地，所述逆變器控制裝置還包括：第三控制模塊，用于在檢測到電網電壓增大至大于第二電壓閾值時，控制網側逆變器從執行無功電流優先控制切換為執行有功電流優先控制；或者，用于在所述網側逆變器的工作電流限值增大至網側逆變器的最大工作電流時，控制網側逆變器從執行無功電流優先控制切換為執行有功電流優先控制。

可選地，所述逆變器控制裝置還包括：第四控制模塊，用于在檢測到直流母線電壓大于預設泄放電壓閾值時，控制所述風力發電機組的制動單元泄放直流母線能量。

根據本實施例的風力發電機組的逆變器控制方案，通過檢測電網電壓是否過小來確定風力發電機組的網側逆變器是否進入低電壓穿越狀態，并在低電壓穿越狀態持續檢測電網電壓，在電網電壓增大至正常狀態時，控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大，以達到限制網側逆變器的功率值的目的，從而解決了因網側逆變器從電網吸收電網功率造成的直流母線過壓的問題，進而避免了器件失效的問題，降低了風力發電機組的維護成本。

附圖說明

圖1為本發明的實施例一的風力發電機組的逆變器控制方法的流程圖；

圖2為本發明的實施例二的風力發電機組的逆變器控制方法的流程圖；

圖3為本發明的實施例二的風力發電機組的逆變器控制方法提供的電網電壓跌落曲線和電流限值控制曲線；

圖4為本發明的實施例三的風力發電機組的逆變器控制裝置的結構框圖。

具體實施方式

下面結合附圖(若干附圖中相同的標號表示相同的元素)對本發明實施例的風力發電機組的逆變器控制方法、裝置和裝置進行詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

實施例一

圖1為本發明的實施例一的風力發電機組的逆變器控制方法的流程圖。

如圖1所示，本實施例的風力發電機組的逆變器控制方法包括：

s110，如果檢測到電網電壓小于第一電壓閾值，則確定風力發電機組的網側逆變器進入低電壓穿越狀態。

其中，第一電壓閾值用于判斷電網電壓是否跌落至電網電壓信號波動較大且易發生畸變的較低區域，在電網電壓小于第一電壓閾值時，可以確定電網發生故障。第一電壓閾值的取值范圍可以為0～1p.u。第一電壓閾值可以根據實際的低電壓穿越控制的經驗值來確定，也可以結合仿真計算得到實驗數據來確定。例如，第一電壓閾值可以為0.88p.u。

在風力發電機組的運行過程中，可通過在并網點設置電壓檢測設備(例如，電壓傳感器)，來周期性地檢測風力發電機組的并網電壓信號，并通過電壓處理設備來處理電網電壓。在檢測到電網電壓小于第一電壓閾值時，確定電網發生故障，進而確定風力發電機組的網側變流器進入低電壓穿越狀態。為保證風力發電機組不脫網運行，對風力發電機組執行低電壓穿越控制，包括將網側逆變器所執行的正常工作狀態下的有功電流優先控制，切換為低電壓穿越狀態下的無功電流優先控制。

s120，如果網側逆變器已處于低電壓穿越狀態，并且檢測到電網電壓增大至大于第二電壓閾值，則控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大。

其中，第二電壓閾值大于第一電壓閾值。第二電壓閾值用于判斷電網電壓是否增長至電網電壓信號波動較小且不會發生畸變的正常區間。第二電壓閾值大于第一電壓閾值，且第一電壓閾值的取值范圍可以為0～1p.u。例如，第一電壓閾值可以為0.88p.u，第二電壓閾值可以為0.92p.u。

在網側逆變器處于低電壓穿越狀態時，持續檢測電網電壓值是否從小于第一電壓閾值，增大至大于第二電壓閾值。在檢測到電網電壓增大至大于第二電壓閾值時，低電壓穿越處于恢復狀態，控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大。其中，工作電流限值為網側逆變器當前的工作電流的上限值，可用于對網側逆變器的工作電流做限幅處理，也即，利用逐漸增大的工作電流限值，對網側逆變器的工作電流做限幅處理。例如，通過實時向網側逆變器發送攜帶工作電流限值的給定值的指令，來控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大。

在控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大的過程中，即使網側逆變器從電網側吸收有功功率，網側逆變器的功率值仍處于可控狀態，使得直流母線吸收的功率也有限，不易超過直流母線的最大工作電壓，從而在根本上避免了由網側逆變器吸收大量有功功率導致的直流母線過壓問題，也進一步提高了低電壓穿越的成功率，保證電網的穩定性。

一種可選的實施方式中，從檢測到電網電壓增大至第二電壓閾值對應的時刻開始計時，設置網側逆變器在該時刻對應的工作電流限值為零，并控制網側逆變器的工作電流限值隨時間逐漸增大。

根據本實施例的風力發電機組的逆變器控制方法，通過檢測電網電壓是否過小來確定風力發電機組的網側逆變器是否進入低電壓穿越狀態，并在低電壓穿越狀態持續檢測電網電壓，在電網電壓增大至正常狀態時，控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大，以達到限制網側逆變器的功率值的目的，從而解決了因網側逆變器從電網吸收功率造成的直流母線過壓的問題，進而避免了器件失效的問題，降低了風力發電機組的維護成本。

上述本實施例的風力發電機組的逆變器控制方法，可以由風力發電機組的變流器控制器，以及網側逆變器控制器等控制設備來執行。但本領域技術人員應當明了，在實際應用中，任意具有相應的數據采集和處理功能的其他設備，均可以參考本實施例執行本發明的風力發電機組的逆變器控制方法。

實施例二

圖2為本發明的實施例二的風力發電機組的逆變器控制方法的流程圖，該方法可視為上述實施例一的風力發電機組的逆變器控制方法的一種可選實施方式。

本實施例的來風力發電機組的逆變器控制方法的執行主體，可以為任意具有相應的數據采集和處理功能的設備。包括風力發電機組的變流器控制器、網側逆變器控制器，以及獨立于變流器控制器和網側逆變器控制器的控制器，但不限于此。

如圖2所示，本實施例的風力發電機組的逆變器控制方法包括：

s210，判斷電網電壓是否小于第一電壓閾值。

其中，第一電壓閾值用于判斷電網是否發生故障，在電網電壓小于第一電壓閾值時，可以確定電網發生故障導致電網電壓跌落至較低區域。

在風力發電機組的運行過程中，可以通過在并網點設置電壓傳感器來檢測電網電壓，并判斷檢測到的電網電壓是否跌落至第一電壓閾值。若檢測到的電網電壓大于第一電壓閾值，則確定電網電壓未跌落至較低區域，風力發電機組仍處于正常運行狀態，此時，執行步驟s260，控制網側逆變器繼續正常運行。若檢測到的電網電壓小于(或者等于)第一電壓閾值，則確定電網電壓跌落至較低區域，此時，執行步驟s220，以保證風力發電機組不脫網運行。

s220，確定網側逆變器進入低電壓穿越狀態，控制網側逆變器執行無功電流優先控制。

本實施例中，在風力發電機組的正常運行過程中，網側逆變器執行有功電流優先控制，以增加風力發電機組的并網功率。在檢測到電網電壓跌落至小于第一電壓閾值時，確定風力發電機機組的網側逆變器進入低電壓穿越狀態，并控制網側逆變器執行無功電流優先控制。

一種可選的實施方式中，在檢測到電網電壓值小于第一電壓閾值時，取消外部無功給定(例如，對遠程控制器的無功給定)，計算此時的無功電流給定值，控制網側逆變器從執行有功電流有限控制切換為執行無功電流優先控制。具體地，首先，通過風力發電機組中的無功電流控制器，根據故障穿越時無功電流規則計算無功電流給定值iq_ref，并判斷無功電流給定值iq_ref是否大于最大電流限值imax1。如果iq_ref大于imax1，則將iq_ref修改為imax1。如果iq_ref小于或等于imax1，則不修改iq_ref。然后，通過風力發電機組中的直流母線外環控制器(pi調節器)，獲取有功電流給定值id_ref，并判斷有功電流給定值id_ref是否滿足如果滿足，則不修改id_ref；如果不滿足，則將id_ref修改為最后，將確定的iq_ref和id_ref用于網側逆變器控制算法，生成用于控制網側逆變器的igbt的門極開關信號。其中，imax1為網側逆變器的最大電流限值，用于對網側逆變器的工作電流進行限幅處理。imax1小于或等于網側逆變器的最大工作電流imax(在這里說明，最大工作電流imax可以為網側逆變器所能承受的最大可持續工作電流，和/或，網側逆變器所能承受的最大短時可持續工作電流，且

s230，判斷電網電壓是否大于第二電壓閾值。

如圖3所示，在0～t1時段，網側逆變器處于正常工作狀態；在t1～t2時段，網側逆變器處于低電壓穿越狀態，電網電壓會先持續減小，然后持續增加。通過判斷檢測到的電網電壓是否從小于第一電壓閾值增加至大于第二電壓閾值，可以確定低電壓穿越狀態是否恢復。在t2～t3時段，電網電壓增加至大于第二電壓閾值，電網電壓恢復至波動較小的正常區域，網側逆變器處于低電壓穿越恢復狀態。在檢測到電網電壓大于第二電壓閾值的t2時刻，執行步驟s240。若電網電壓未增加至第二電壓閾值，則確定網側逆變器仍處于低電壓穿越狀態，并繼續執行步驟s220。

s240，控制網側逆變器的工作電流限值隨時間線性增大，并在檢測到直流母線電壓大于預設泄放電壓閾值時，控制風力發電機組的制動單元泄放直流母線能量。

在檢測到電網電壓大于第二電壓閾值時，確定網側逆變器處于低電壓穿越恢復狀態，控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大，以通過限制網側逆變器的工作電流增加過快的方式，來限制網側逆變器的功率值，從而防止直流母線出現過壓問題。優選地，控制網側逆變器的工作電流限值隨時間線性增大。當然，在其他實施例中，還可以控制網側逆變器的工作電流限制按照時間的非線性函數，或者階段性性函數等其他形式逐漸增大。

如圖3所示，在網側逆變器正常工作的0～t1時段，可以控制網側逆變器的工作電流限值為最大工作電流imax；在網側逆變器處于低電壓穿越狀態的t1～t2時段，可以通過上無功電流優先控制的方式，控制網側逆變器的工作電流限值為最大電流限值imax1；在網側逆變器處于低電壓穿越恢復狀態的t2～t3時段，可以按照公式：imax2＝k*t，來控制網側逆變器的工作電流限值隨時間線性增大。其中，時間t從t2時刻開始計時，k為斜率。

此外，在實際應用中，可以通過分別控制網側逆變器的有功電流限值和無功電流限值逐漸增大，來實現控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大。例如，分別控制有功電流限值id_max按照公式：id_max＝kd*t隨時間線性增大，以及控制無功電流限值iq_max按照公式：iq_max＝kq*t隨時間線性增大。其中，時間t從t2時刻開始計時，kd和kq分別為斜率。

或者，分別控制網側逆變器的有功功率限值和無功功率限值逐漸增大，以在電壓一定或變化較小的情況下，通過分別限制有功功率和無功功率，來限制有功電流和無功電流，進而實現控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大。

本實施例中，實時檢測直流母線電壓，并在檢測到直流母線電壓大于預設泄放電壓閾值時，控制制動單元泄放直流母線能量。例如，在網側逆變器處于低電壓穿越恢復狀態時，若檢測到直流母線電壓增大至大于預設泄放電壓閾值，為防止直流母線過壓的問題，控制風力發電機組的制動單元泄放直流母線能量。具體地，可以控制制動單元中的功率模塊開啟，通過與該功率模塊連接的制動電阻來泄放直流母線能量，避免因機側整流器向直流母線注入的有功功率的注入量大于網側逆變器的逆變功率量，引起直流母線電壓超過最大工作電壓，從而進一步防止了直流母線過壓問題。

s250，判斷工作電流限值是否增大至最大工作電流。

如圖3所示，在控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大時，若網側逆變器的工作電流限值未增大至最大工作電流imax，則繼續執行步驟s240，控制網側逆變器的工作電流限值繼續增大。若網側逆變器的工作電流限值增大至最大工作電流imax，則執行步驟s260，將最大工作電流imax設定為網側逆變器的工作電流限值。

s260，將網側逆變器的最大工作電流設定為網側逆變器的工作電流限值，控制網側逆變器執行有功電流優先控制。

經過網側逆變器的低電壓穿越恢復狀態時段t2～t3時段，電網電壓恢復至正常區域，可以將網側逆變器的工作模式切換為正常工作模式，也即，將網側逆變器的最大工作電流imax設定為工作電流限值。并且，在電網電壓完全恢復至正常區域時，控制網側逆變器從執行無功電流優先控制切換為執行有功電流優先控制，可以進一步保證低電壓穿越的成功率。

一種可選的實施方式中，網側逆變器執行的有功電流優先控制的方式為：首先，通過風力發電機組中的直流母線外環控制器獲取有功電流給定值id_ref，并判斷有功電流給定值id_ref是否大于最大工作電流imax。如果id_ref大于imax，則將id_ref修改為imax。如果id_ref小于或等于imax，則不修改id_ref。然后，通過風力發電機組中的無功電流控制器計算無功電流給定值iq_ref，并判斷無功電流給定值iq_ref是否滿足如果滿足，則不修改iq_ref；如果不滿足，則將iq_ref修改為最后，將確定的iq_ref和id_ref用于網側逆變器控制算法，生成用于控制網側逆變器的igbt的門極開關信號。

上述為本實施例的風力發電機組的網側逆變器的控制方法，相當于在網側逆變器從低電壓穿越狀態恢復到正常工作狀態之間的過渡階段，控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大，以控制網側逆變器的工作電流的增加速度，從而限制網側逆變器的功率值，達到限制直流母線吸收的能量的目的，有效解決了直流母線過壓的問題。

在實際的應用場景中，上述網側逆變器的控制方法還可以適應調整各步驟的順序。例如，步驟s260中，在網側逆變器的工作電流限值增大至最大工作電流imax時，控制網側逆變器從執行無功電流優先控制切換為執行有功電流優先控制，用于進一步提高低電壓穿越的成功率。在實際應用中，可以在電網電壓增大至大于正常區域的第二電壓閾值時，控制網側逆變器從執行無功電流優先控制切換為執行有功電流優先控制，以提高網側逆變器的逆變功率。

本發明實施例的風力發電機組的逆變器控制方法，在上述實施例一的基礎上，進一步示出了在網側逆變器的處于低電壓穿越恢復狀態時，控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大的具體方式，有效限制了網側逆變器的工作電流的增加速度，達到了限制網側逆變器的功率值的目的，從而限制直流母線吸收的能量，有效解決了直流母線過壓的問題；并且，通過在網側逆變器的工作電流限值增大到最大工作電流時，控制網側逆變器從執行無功電流優先控制切換為執行有功電流優先控制，進一步提高了低電壓穿越的成功率。

實施例三

圖4為本發明的實施例三的風力發電機組的逆變器控制裝置的結構框圖。

如圖4所示，該風力發電機組的逆變器控制裝置包括檢測模塊410和第一控制模塊420。檢測模塊410用于如果檢測到電網電壓小于第一電壓閾值，則確定風力發電機組的網側逆變器進入低電壓穿越狀態；第一控制模塊420用于如果網側逆變器已處于低電壓穿越狀態，并且檢測到電網電壓增大至大于第二電壓閾值，則控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大，其中，第二電壓閾值大于第一電壓閾值。

根據本實施例的風力發電機組的逆變器控制裝置，通過檢測電網電壓是否過小來確定風力發電機組的網側逆變器是否進入低電壓穿越狀態，并在低電壓穿越狀態持續檢測電網電壓，在電網電壓增大至正常狀態時，控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大，以達到限制網側逆變器的功率值的目的，從而解決了因網側逆變器從電網吸收電網功率造成的直流母線過壓的問題，進而避免了器件失效的問題，降低了風力發電機組的維護成本。

進一步地，第一控制模塊420還用于在網側逆變器的工作電流限值增大至網側逆變器的最大工作電流時，將最大工作電流設定為網側逆變器的工作電流限值。

進一步地，本實施例的逆變器控制裝置還包括第二控制模塊430，用于如果檢測到電網電壓小于第一電壓閾值，則控制網側逆變器從執行有功電流優先控制切換為執行無功電流優先控制。

進一步地，本實施例的逆變器控制裝置還包括第三控制模塊440，用于在檢測到電網電壓增大至大于第二電壓閾值時，控制網側逆變器從執行無功電流優先控制切換為執行有功電流優先控制；或者，用于在網側逆變器的工作電流限值增大至網側逆變器的最大工作電流時，控制網側逆變器從執行無功電流優先控制切換為執行有功電流優先控制。

進一步地，第一控制模塊420用于控制網側逆變器的工作電流限值隨時間線性增大。

進一步地，第一控制模塊420用于控制網側逆變器的有功電流限值和無功電流限值逐漸增大；和/或，控制網側逆變器的有功功率限值和無功功率限值逐漸增大。

進一步地，本實施例的逆變器控制裝置還包括第四控制模塊450，用于在檢測到直流母線電壓大于預設泄放電壓閾值時，控制風力發電機組的制動單元泄放直流母線能量。

在實際應用中，本實施例的逆變器控制裝置可以集成在風力發電機組的變流器控制器中，也可以集成在網側逆變器控制中，當然，還可以獨立于變流器控制器和網側逆變器控制器設置。

本實施例的逆變器控制裝置可用于執行上述實施例一或實施例二的風力發電機組的逆變器控制方法，以在網側逆變器的處于低電壓穿越恢復狀態時，控制網側逆變器的工作電流限值逐漸增大，進而限制網側逆變器的工作電流的增加速度，達到限制網側逆變器的功率值的目的，從而限制直流母線吸收的能量，有效地解決直流母線過壓的問題。

需要指出，根據實施的需要，可將本申請中描述的各個部件/步驟拆分為更多部件/步驟，也可將兩個或多個部件/步驟或者部件/步驟的部分操作組合成新的部件/步驟，以實現本發明的目的。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。