[發明專利]一種適用于恒速風電機組的電網友好型改造方法

有效

• 申請號: 201410176026.1
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103944189B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 陳思哲;章云;張淼;唐雄民;楊俊華
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 楊炳財,屈慧麗

技術領域

本發明屬于風力發電領域，涉及風電機組的電網友好型改造，特別涉及一種適用于恒速風電機組的電網友好型改造方法。

背景技術

隨著電網中風電滲透率的不斷增加，風電機組電網友好性不足的問題已成為制約風電行業發展的主要因素之一，該問題已受到日益廣泛的關注。

早期安裝的風電機組大多為恒速風電機組，這類風電機組與電網“剛性”連接，風速的波動直接體現為風電機組注入電網的有功功率波動，降低了接入點的電能質量。

此外，恒速風電機組不具備低電壓穿越能力。在電網電壓跌落期間，風電機組電磁轉矩不足，轉子將在機械轉矩作用下加速，一旦轉差率超過臨界值，即使在電網電壓回升后，風電機組的電磁轉矩也無法恢復，而且風電機組從電網吸收的無功功率將急劇增加，阻礙風電場端電壓恢復，最終導致轉速和端電壓失穩。

關于恒速風電機組的低電壓穿越改造方法，目前國內外主要采用在風電場接入點處增設STATCOM的方式，借助STATCOM輸出的無功功率提高籠型風電機組的臨界轉速。然而，STATCOM的無功功率輸出能力在電壓跌落期間將大幅降低。根據分析，為使恒速風電機組臨界轉速提升0.05p.u.，STATCOM的容量必須超過風電機組本身的容量。考慮到高壓大功率電力電子器件昂貴的價格，該方式的經濟性較差。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種適用于恒速風電機組的電網友好型改造方法。通過在恒速風電機組和電網間增設電網友好型改造裝置并輔以適當的控制方法，平滑風電機組正常發電期間注入電網的有功功率。同時，針對恒速風電機組在電網電壓跌落期間轉速和端電壓失穩的根本原因——轉差率超過臨界值，通過提高感應發電機定子繞組頻率和電壓幅值的方式限制轉差率，從而解決恒速風電機組的低電壓穿越問題。

為達到上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種適用于恒速風電機組的電網友好型改造方法，針對由風力機、齒輪箱、感應發電機、補償電容器組構成的恒速風電機組典型拓撲結構，在上述設備的基礎上新增一套由雙饋電機、永磁電機、交直交變流器構成的電網友好型改造裝置，其特征在于：通過對所述電網友好型改造裝置的合理控制，可提高恒速風電機組的電網友好度，具體包括平滑輸出功率、實現低電壓穿越、增強低電壓穿越期間對電網的無功支撐能力；

所述的電網友好型改造裝置，雙饋電機的轉子繞組與感應發電機定子繞組、補償電容器組連接，雙饋電機的定子繞組連接工頻電網，雙饋電機與永磁電機的轉子同軸機械連接，永磁電機由連接到工頻電網的交直交變流器驅動；

所述的平滑輸出功率的控制方法，在風電機組正常發電期間，可通過控制雙饋電機的轉速調節感應發電機定子繞組的頻率，在風速突增時提高感應發電機定子繞組的頻率使風能增量部分轉化為風電機組的旋轉動能增量以減少注入到電網的有功功率，在風速突降時降低感應發電機定子繞組的頻率使風電機組儲存的部分旋轉動能轉化為電能輸出以增加注入到電網的有功功率；

所述的實現低電壓穿越的控制方法，在電網電壓跌落期間，通過控制雙饋電機的轉速使感應發電機定子繞組的頻率、電壓幅值同步上升，一方面利用電壓幅值的上升增大感應發電機的電磁力矩以減緩轉速上升速度，同時利用頻率的上升防止感應發電機的轉差率超過臨界值，從而避免轉差率越限導致的電磁轉矩過度衰減和無功消耗急劇增加，維持風電機組轉速和端電壓的穩定；

所述的增強低電壓穿越期間對電網的無功支撐能力的控制方法，在電網電壓跌落期間，通過控制雙饋電機的轉速使補償電容器組的頻率、電壓幅值同步上升，利用電容器組輸出無功功率與頻率成正比、與電壓幅值的平方成正比的特點，大幅提高補償電容器組對電網的無功功率支撐能力；

所述的一種適用于恒速風電機組的電網友好型改造方法，其電網友好型改造裝置既可單獨接一臺恒速風電機組，也可同時接若干臺風況接近的恒速風電機組。

所述的一種適用于恒速風電機組的電網友好型改造方法，為延長恒速風電機組低電壓穿越運行的時間，可在交直交變流器的直流側增設輔助電源以維持驅動永磁電機所需的直流電容電壓。

本發明的優點和積極效果是：

可平滑恒速風電機組注入電網的有功功率、實現恒速風電機組的低電壓穿越、增強補償電容器組的無功功率輸出能力，從而提高恒速風電機組的電網友好度，這有助于推動電網中風電滲透率的進一步增加。

附圖說明

圖1為恒速風電機組電網友好型改造的原理圖，其中虛線框所包圍的部分為友好型改造裝置。

具體實施方式