[發明專利]一種雙饋型風力發電機的故障保護和能量穩定電路

有效

• 申請號: 201010560908.X
• 申請日: 2010-11-23
• 公開（公告）號: CN102005780A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 郭文勇;肖立業;戴少濤;張志豐
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02P9/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種風力發電機的故障保護和能量穩定電路。

背景技術

風力發電在世界范圍內迅猛發展，并在電網中的比例逐漸升高。隨著風力發電在電網中的比例不斷增加，風力發電對電網穩定性和電能質量的影響越來越來。為了減輕風力發電對電網的沖擊，目前世界各國已逐步出臺了風力發電的并網標準，其中之一就是要求風力發電機在低電壓時必須在滿足一定要求時才能退出電網。為了滿足低電壓并網的要求，各種低壓穿越技術逐漸發展起來。各種低壓穿越技術主要分為兩種：1、采用故障保護電路。日本專利PCT/JP2009/050373“包含雙饋型風力發電機的風力發電系統的故障保護電路”，采用了一種不控整流加上電阻投切的方式構成的旁路電路，用來保護雙饋型風力發電機的轉子側變流器；2、采用改進的控制策略。中國專利CN101383580A“電網短路故障時的雙饋感應風力發電機低電壓穿越控制方法”，采用了一種改進的控制方法來提高低電壓下的控制性能。以上兩種方法都能起到一定的作用，但是仍然具有以下不足：1、目前的故障保護電路均需要通過檢測故障信號后再觸發相應的電路進行保護，因此具有一定的延時，無法起到完全保護的作用。2、采用改進的控制方法需要增大變流器的容量，并且在電壓跌落較深時無能為力。

發明內容

為了克服已有技術的不足，本發明提供了一種雙饋型風力發電機的故障保護和能量穩定電路，本發明在電網未發生故障時，能過通過對超導磁體進行充放電來平滑風力發電機輸出的有功功率，從而改善風力發電機輸出的電能質量；而在電網電壓發生跌落時，通過隔離變壓器和整流電路將超導磁體串入轉子、定子回路，從而起到限制電壓跌落時的過電流的作用，進而保護變流器和電機不受過電流或者過電壓的沖擊。

本發明利用超導磁體作為儲能和限流的核心。通過對超導磁體進行充放電，在正常狀態下對雙饋型風力發電機發出的有功功率進行調節，平滑風力發電機發出的有功功率，從而改善風力發電的電能質量，并減少對電網的影響，補償風力發電系統輸出有功功率的波動。同時它還通過變壓器和整流電路將超導磁體與雙饋型風力發電機的定子電路或者轉子電路相連，當定子電流或者轉子電流的幅值超過超導磁體電流除于變壓器變比的值之后，超導磁體將自動串入定子回路或者轉子回路，從而達到限制定子或者轉子電流的作用，進而保證雙饋型風力發電機和電力電子電路的安全，并可保證風力發電系統在發生電壓暫降時仍然能夠不脫網運行，從而滿足電力系統對風力發電機低壓穿越的要求。

本發明故障保護和能量穩定電路有電流源和電壓源兩種結構形式。

本發明電流源形式的故障保護和能量穩定電路由兩個電流源變流器、濾波電感、濾波電容、超導磁體、單相變壓器和整流器組成；第一電流源變流器的交流側通過并聯濾波電容再串聯濾波電感后與電網相連，直流側與超導磁體串聯；第二電流源變流器的交流端與濾波電容并聯后和雙饋型風力發電機的轉子接線端串聯，直流側與超導磁體串聯；整流器和單相變壓器的連接方式有3種：第一種為三個單相變壓器原邊的兩端串聯在第二電壓源變流器和風力發電機轉子接線端之間，整流器可為一個三相整流器或者為三個單相整流器；若為一個三相整流器，整流器的交流端與三個單相變壓器的一端分別相連，三個單相變壓器的另一端相互連接，整流器的直流端與超導磁體串聯；若為三個單相整流器，整流器的交流端分別與變壓器的次邊相連，整流器的直流端與超導磁體串聯；第二種單相變壓器的副邊、整流器和超導磁體三者相互之間的的連接方式與第一種相同，所不同的是變壓器的原邊連接在電網和風力發電機的定子之間；第三種為第一種和第二種的集成，即采用兩組變壓器和整流電路，其中一組變壓器的原邊連接在電網和定子之間，另一組變壓器的原邊連接在電壓源變流器和風力發電機轉子接線端之間，整流器的交流端均分別與各自的變壓器相連，而直流端均與超導磁體串聯。

本發明電流源形式的故障保護和能量穩定電路工作原理和控制方法為：其能量穩定的控制方法為通過控制第二電流源變流器，使雙饋型風力發電機處于最優發電狀態；而通過控制第一電流源變流器，一方面使超導磁體的電流穩定在平衡點附近，另一方面通過對超導磁體進行充放電，對雙饋型風力發電機發出的有功功率進行平滑，從而改善整個風力發電系統的發電的穩定性和電能質量；當發生電壓暫降時，雙饋型風力發電機的定子和轉子均會發生過流故障；若轉子的電流的峰值超過超導磁體電流除以變壓器原副邊的變比，超導磁體將串入雙饋型風力發電機的轉子、定子或者定轉子回路，從而實現故障限流的功能。