本發(fā)明屬于風電機組變流器功率器件熱控制方法，涉及考慮風速與并網(wǎng)功率因數(shù)角的風電機組變流器功率器件熱控制方法。
背景技術(shù)：
1、變流器是風力發(fā)電機組的一個核心部件，承擔著控制電能轉(zhuǎn)換和輸出功率的重要作用。由于風電機組的運行狀態(tài)與風速相關(guān)，而風速具有較強的間歇性和波動性，風電機組的輸出功率及功率器件損耗也隨風速變化而變化，導(dǎo)致功率器件結(jié)溫也隨之波動，由于功率器件模塊各層材料的熱膨脹系數(shù)存在差異，因此將會產(chǎn)生不同的熱應(yīng)力，長期累積后將加速器件的失效。
2、目前，風電機組變流器功率器件的熱控制主要有兩類方法，一類是改變變流器的設(shè)計，或增加額外的硬件加強系統(tǒng)的散熱能力。另外就是主動熱控制技術(shù)，通過動態(tài)調(diào)節(jié)器件結(jié)溫的波動幅值與抑制結(jié)溫的波動，有效緩解周期性熱應(yīng)力引發(fā)的材料疲勞失效。
3、現(xiàn)有風電機組變流器常采用空間電壓矢量脈寬調(diào)制(svpwm)。但采用svpwm存在開關(guān)損耗大、結(jié)溫波動大以及結(jié)溫峰值高的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供考慮風速與并網(wǎng)功率因數(shù)角的風電機組變流器功率器件熱控制方法，能有效降低開關(guān)損耗和功率器件的結(jié)溫峰值與波動值，保障并網(wǎng)性能。
2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，考慮風速與并網(wǎng)功率因數(shù)角的風電機組變流器功率器件熱控制方法，具體按照如下步驟實施：
3、步驟1，根據(jù)機組運行設(shè)定的額定風速，獲得臨界風速；
4、步驟2，根據(jù)臨界風速將運行環(huán)境風速劃分為三個風速帶，分別為高風速帶、過渡風速帶、低風速帶；
5、步驟3，將實時風速與三個風速帶進行比較，根據(jù)比較結(jié)果切換風電機組變流器功率器件的調(diào)制策略。
6、優(yōu)選的，步驟1具體為：
7、當風電機組以額定風速運行時，風電機組的輸出功率為額定功率，當風電機組的輸出功率為額定功率的90%時，此時的風速作為臨界風速。
8、優(yōu)選的，步驟2具體為：
9、根據(jù)風速波動情況設(shè)定滯環(huán)帶寬，則三個風速帶劃分如下：高風速帶：風速+；
10、低風速帶：風速-；
11、過渡風速帶：低風速帶與高風速帶之間的風速區(qū)間，滿足：-<<+。
12、優(yōu)選的，步驟3中將實時風速與三個風速帶進行比較具體為：
13、根據(jù)風速采樣時間設(shè)置持續(xù)時間，若采集的風速大于等于+且持續(xù)時間大于等于，則認為此時風速處于高風速帶；
14、若采集的風速小于等于-且持續(xù)時間大于等于，則認為此時風速處于低風速帶；
15、若采集的風速大于-且風速小于+，并持續(xù)時間大于等于，則認為此時風速處于過渡風速帶。
16、優(yōu)選的，持續(xù)時間為采樣時間+10s。
17、優(yōu)選的，在將實時風速與三個風速帶進行比較時，若風速大于等于+但持續(xù)時間小于或若風速小于等于-但持續(xù)時間小于，則認為風速仍處于原風速帶內(nèi)。
18、優(yōu)選的，步驟3中根據(jù)比較結(jié)果切換風電機組變流器功率器件的調(diào)制策略具體為：
19、若判斷風速處于過渡風速帶，則調(diào)制策略維持上一采樣時刻調(diào)制策略不變，若判斷風速處于低風速帶，則將調(diào)制策略調(diào)整為svpwm調(diào)制策略；若判斷風速處于高風速帶，則將調(diào)制策略調(diào)整為dpwm調(diào)制策略，并計算并網(wǎng)功率因數(shù)角，然后根據(jù)功率因數(shù)角選擇不同的dpwm調(diào)制模式。
20、優(yōu)選的，步驟3中并網(wǎng)功率因數(shù)角按照如下公式計算：
21、
22、其中，分別是并網(wǎng)電壓相位角和并網(wǎng)電流相位角，按照如下公式計算：
23、
24、其中，網(wǎng)側(cè)變流器在dq坐標系下的輸出電壓ud、uq和輸出電流id、iq。
25、優(yōu)選的，根據(jù)功率因數(shù)角選擇不同的dpwm調(diào)制模式具體為：
26、當時，選擇dpwm1調(diào)制模式；
27、當時，選擇dpwm0調(diào)制模式；
28、當時，選擇dpwm2調(diào)制模式。
29、優(yōu)選的，根據(jù)功率因數(shù)角選擇不同的dpwm調(diào)制模式時，設(shè)置遲滯時間，當功率因數(shù)角在三個范圍內(nèi)發(fā)生變化時，若持續(xù)時間大于等于設(shè)定的遲滯時間才切換調(diào)制模式。
30、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)合當前的風速，判斷是否需要進行結(jié)溫熱控制，若風速高于設(shè)定的臨界風速則進行熱控制，在每一個采樣時刻都計算當前的并網(wǎng)功率因數(shù)角，然后根據(jù)當前的并網(wǎng)功率因數(shù)角，自適應(yīng)調(diào)整變流器調(diào)制策略，從而降低變流器功率器件的開關(guān)損耗，達到減小功率器件結(jié)溫的目的，延長功率器件的使用壽命，同時減小了并網(wǎng)電流總諧波畸變率，保證了輸出電能質(zhì)量。本發(fā)明基于運行工況分區(qū)的策略能有效降低開關(guān)損耗和峰值結(jié)溫，且易于工程實現(xiàn)。
1.考慮風速與并網(wǎng)功率因數(shù)角的風電機組變流器功率器件熱控制方法，其特征在于，具體按照如下步驟實施：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮風速與并網(wǎng)功率因數(shù)角的風電機組變流器功率器件熱控制方法，其特征在于，所述步驟1具體為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的考慮風速與并網(wǎng)功率因數(shù)角的風電機組變流器功率器件熱控制方法，其特征在于，所述步驟2具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的考慮風速與并網(wǎng)功率因數(shù)角的風電機組變流器功率器件熱控制方法，其特征在于，所述步驟3中將實時風速與三個風速帶進行比較具體為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的考慮風速與并網(wǎng)功率因數(shù)角的風電機組變流器功率器件熱控制方法，其特征在于，所述持續(xù)時間為采樣時間+10s。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的考慮風速與并網(wǎng)功率因數(shù)角的風電機組變流器功率器件熱控制方法，其特征在于，在將實時風速與三個風速帶進行比較時，若風速大于等于+但持續(xù)時間小于或若風速小于等于-但持續(xù)時間小于，則認為風速仍處于原風速帶內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的考慮風速與并網(wǎng)功率因數(shù)角的風電機組變流器功率器件熱控制方法，其特征在于，所述步驟3中根據(jù)比較結(jié)果切換風電機組變流器功率器件的調(diào)制策略具體為：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的考慮風速與并網(wǎng)功率因數(shù)角的風電機組變流器功率器件熱控制方法，其特征在于，所述步驟3中并網(wǎng)功率因數(shù)角按照如下公式計算：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的考慮風速與并網(wǎng)功率因數(shù)角的風電機組變流器功率器件熱控制方法，其特征在于，所述根據(jù)功率因數(shù)角選擇不同的dpwm調(diào)制模式具體為：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的考慮風速與并網(wǎng)功率因數(shù)角的風電機組變流器功率器件熱控制方法，其特征在于，根據(jù)功率因數(shù)角選擇不同的dpwm調(diào)制模式時，設(shè)置遲滯時間，當功率因數(shù)角在三個范圍內(nèi)發(fā)生變化時，若持續(xù)時間大于等于設(shè)定的遲滯時間才切換調(diào)制模式。