[發明專利]基于儲能裝置的雙饋型風力發電機低電壓穿越控制系統

無效

• 申請號: 201110247821.1
• 申請日: 2011-08-26
• 公開（公告）號: CN102324754A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 趙輝;馬玲玲;王紅君;岳有軍
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/28;H02J3/18;H02J3/24
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明屬于低電壓穿越控制系統技術領域，特別是一種基于儲能裝置的雙饋型風力發電機組低電壓穿越控制系統。??????????????????????????????????????????????????

背景技術

在未來的一段時間內，隨著世界及中國經濟的發展，能源的消耗將急劇增加，使得我國將在未來一段時間內長期面臨著環境和資源的雙重壓力，發展包括風力發電在內的可再生能源是中國能源困境的最終解決辦法。針對中國發展風電的實際情況，風電場與電網的協調規劃和建設是當前最關鍵的問題。由于風能是一種不能人為控制且極不穩定的能源，時斷時續，如何將風能開發出來并入電網，保證電網安全穩定地運行，這是一個急需解決的問題。因此，隨著電網中風電所占比重的不斷增加，世界各國在提高電網風電承受能力的同時，對并網風電機組提出了比以往更高的技術要求，如低電壓穿越(LVRT)能力。

近些年，變速恒頻風力發電在兆瓦級風力發電機組中的應用成為了研究的熱點。而實際運行的機組中雙饋感應發電機(DFIG)成為了主流產品。雙饋機組的變頻器只需供給轉差功率就可以調節機組的轉速，從而能更好地利用風能。而且發電系統可以通過改變勵磁電流的幅值和相位實現發電機組輸出有功、無功功率的獨立調節。但是，由于DFIG風力發電系統使用了小容量變頻器，因此減弱了系統抵御電網電壓跌落的能力。當電網電壓跌落到一定數值時，如果不采取任何技術措施，DFIG風力發電系統將會被電網切除，使電網跌落情況更加惡化。

當前，低電壓穿越技術一般有三種方案：一是轉子短路保護技術(Crowbar?protection)；二是引入新型拓撲結構；三是采用合理的勵磁控制算法。在電網電壓跌落過程中，只改進控制策略在一定程度上可以減弱某些量的暫態響應，但這種方法只適用于小值電網電壓跌落的情況，一旦出現較為嚴重的電壓跌落，單純靠控制策略的改進難以實現低壓穿越。增加硬件輔助電路，雙饋異步電機轉子接入Crowbar裝置后作為鼠籠異步電機運行，成為一個消耗感性無功的負載，不僅不能對電網電壓起支持作用，反而阻礙故障切除后電網電壓的恢復。因此，如何在電網電壓跌落時，使DFIG風力發電系統在國家電網標準下仍能夠保持和電網的連接，并且能夠對電網提供支撐作用來提高電力系統的穩定性這一問題，急需解決。

發明內容

本發明目的是克服現有技術存在的上述不足，提供一種控制效果較好、能有效的在電網電壓跌落時實現低電壓穿越功能的基于儲能裝置的雙饋型風力發電機低電壓穿越控制系統。

本發明提供的基于儲能裝置的雙饋型風力發電機低電壓穿越控制系統包括：

雙饋型電機1，機側變換器2，網側變換器3，儲能裝置4，卸荷電路5，電壓檢測裝置6，低電壓穿越控制模塊7；所述雙饋型電機1通過機側變換器2和網側變換器3串聯至電網;所述儲能裝置4輸入端連接雙饋型電機1，輸出端連接電網；所述機側變換器3與網側變換器4之間并聯卸荷電路5；所述電壓檢測裝置6輸入端連接電網，輸出端連接低電壓穿越控制模塊7，低電壓穿越控制模塊7同時連接儲能裝置4和卸荷電路5；

所述電壓檢測裝置能夠連續測量機端電壓，用于故障消除時輔助低電壓穿越控制模塊重新啟動儲能裝置。

所述低電壓穿越控制模塊包括卸荷電路判定模塊，儲能裝置判定模塊，投切觸發模塊和檢測計算模塊；

儲能裝置判定模塊：通過電壓檢測裝置對電網電壓的檢測，能夠將檢測信號實時傳入儲能裝置判定模塊，并與預先設定的正常情況下的電壓幅值進行比較，當低于額定電壓時，儲能裝置判定模塊將向投切觸發模塊發出信號，啟動儲能裝置，同時儲能裝置判定模塊向卸荷電路判定模塊發送儲能裝置已啟動信號；

卸荷電路判定模塊：由機側變換器中的傳感器實時監測直流母線電壓，并將信號傳入卸荷電路判定模塊中與給定值進行比較，卸荷電路判定結果傳送至投切觸發模塊用于投入切除卸荷電路；

檢測計算模塊：該模塊將根據電壓跌落深度估算出直流母線電壓峰值，并將信號傳送至卸荷電路判定模塊，當直流母線電壓高于額定值低于故障峰值時，直流側電容通過卸荷電路泄放能量；同時卸荷電路判定模塊將卸荷電路的投入信號傳送至儲能裝置判定模塊，儲能裝置判定模塊將信號傳入投切觸發模塊，儲能裝置切除，即儲能裝置與卸荷電路互相鉗制不能同時投入系統，先儲能后卸荷；

投切觸發模塊：用于控制儲能裝置和卸荷電路的投入與切除。

所述儲能裝置由雙向buck-boost?DC/DC變換器和多硫化鈉-溴儲能電池組成，如圖3，電池側采用LCL濾波，能有效地減小電池端的紋波電壓和紋波電流。