[發明專利]一種恒速恒頻風電機組低電壓穿越裝置及控制方法

無效

• 申請號: 201110436829.2
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102570499A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 王軒;渠學景;趙士碩;王學軍;王柯;韓天緒;武丹;楊武帝;李志偉
• 申請（專利權）人: 中電普瑞科技有限公司;中國電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/18;H02P9/10
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域：

本發明涉及電力系統領域，具體涉及一種恒速恒頻風電機組低電壓穿越裝置及控制方法。

背景技術：

隨著風力發電技術的快速發展和世界各國在政策上對可再生能源發電的重視，風力發電進入了快速發展期。風電機組單機容量、風電場規模以及風力發電在電力系統中所占的份額都逐漸增大。大規模的風力發電并入電網對電網的規劃、建設、運行調度、分析控制、經濟運行和電能質量均產生了一定的影響。為了促進風電場的有序開發，保證電力系統的安全穩定運行，歐洲、北美、澳大利亞等地區的一些電力協會或電網公司都制定了風電場并網技術導則，我國也在2006年頒布了有關的國家標準和國家電網公司風電場接入電力系統技術規定。各國的風電場并網技術規定涉及到一些共性問題，包括功率控制、無功電壓控制、低電壓穿越能力等，對風電機組并網技術提出了具體要求，其中風電機組具備低電壓穿越能力是對風電機組并網技術的巨大挑戰，因此迫切需要一種裝置來解決目前在風電并網技術領域存在的問題。

目前，針對恒速恒頻異步風電機組的低電壓穿越裝置還比較少，有一些學者提出了一種基于動態電壓恢復器(Dynamic?Voltage?Restorer，DVR)原理的恒速恒頻異步風電機組低電壓穿越裝置。如附圖1所示，在風電機組與電網系統之間串聯接入一套DVR裝置，此裝置主要包括以下模塊：模塊1是充電回路交流電源(或不配備此部分)，模塊2是DVR背靠背H橋換流器，模塊3是放電IGBT緩沖吸收回路，模塊4是DVR輸出低通濾波器。當風電機組正常并網運行時，通過控制模塊2里面的兩個上橋臂IGBT常通或者兩個下橋臂IGBT常通與續流二極管一起形成交流通路，使得換流器輸出零電壓，電網系統與風電機組通過開關器件直接交換有功和無功，其他部分不參與工作。一旦發生電網系統電壓暫降，DVR的工作狀態立刻改變，完全補償電網系統電壓跌落值，也就是實現風電機組機端電壓不變，依然維持在正常工作電壓。這樣就不會使風電機組欠壓保護動作，從而成功實現低電壓穿越。在這種方案中，由電流與電壓參考方向不難發現，在電網系統故障時整個風電機組發出的有功功率有很大部分都流入了DVR回路，從而引起DVR直流電壓的升高，需要通過合適的控制對換流器直流母線電壓放電，通常采用脈寬調制方式(PWM)控制放電IGBT來實現，最終這些有功功率通過與電容器并聯的放電電阻消耗。電網系統故障恢復后，DVR裝置停止補償電壓工作狀態，繼續工作在模塊2中的IGBT與續流二極管所構成的交流通路模式。通過這樣的工作流程實現風電機組低電壓穿越。

基于DVR的這種方案有較多缺點。第一，正常工作狀態電力電子器件始終要工作在風電機組額定輸出電流下，這樣對IGBT的器件要求很高，成本會驟然升高，而這一缺點是這種串聯DVR方案所無法克服的；第二，僅從適用的電力電子器件個數上也不難發現，這種DVR的控制方案使用全控器件IGBT較多，這必然會導致控制系統的復雜以及裝置成本的提高；第三，這種控制方式需要換流器建立穩定的直流電壓，而換流器直流電壓的建立需要有一個獨立的直流充電回路或者在電網系統發生故障時依靠風電機組發出的有功來建立，前者會大大增加這套裝置的成本與占地面積，后者則會使控制復雜，并且兩者又都需要在風電機組向DVR裝置饋入有功時通過放電回路抑制過電壓，維持直流電壓穩定，這樣一來直流穩壓控制的難度又有所增加。以上這幾點都說明了基于DVR原理的低電壓穿越裝置在裝置成本、控制復雜性、工程改造實施難度等方面存在較多的不足與欠缺。

發明內容：

針對現有技術的不足，本發明提供一種恒速恒頻風電機組低電壓穿越裝置及控制方法，可保證電網系統穩態情況下風電機組的正常并網運行，電網系統電壓暫降期間風能的快速消耗及故障恢復后風電機組有功潮流輸送的恢復，滿足風電場、風電機組并網的技術要求。

本發明提供的一種恒速恒頻風電機組低電壓穿越裝置，其改進之處在于，在電網系統和風電機組之間串聯接入開關；在所述開關和風電機組之間并聯接入串聯的接觸器和無功補償模塊；在所述接觸器和無功補償模塊之間并聯接入有功吸收回路；所述開關為電子式開關。

其中，所述開關用于在電網系統出現電壓暫降故障時切斷風電機組向電網系統饋入有功的通道，并在電網系統電壓恢復后快速將風電機組與電網系統連通。

其中，所述無功補償模塊用于補償風電機組正常運行時需要的無功功率。

其中，所述有功吸收回路用于吸收當電網系統出現電壓暫降故障、所述開關斷開后，風電機組發出的有功功率。

其中，在所述接觸器和所述無功補償模塊之間并聯接入避雷器。