[發明專利]一種液壓型風力發電機組低電壓穿越控制系統及方法

有效

• 申請號: 201410553560.X
• 申請日: 2014-10-17
• 公開（公告）號: CN104362669A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 艾超;陳立娟;孔祥東;閆桂山;林加城
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/28
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術領域

本發明屬于風力發電技術領域，涉及液壓型風力發電機組的主傳動系統，用液壓傳動設備以及液壓控制系統代替傳統的齒輪箱傳動系統和直驅式傳動系統，特別涉及一種基于能量存儲的液壓型風力發電機組低電壓穿越控制系統及方法。

背景技術

隨著環境和能源問題的日益加劇，世界各國都在努力尋求可持續發展之路。其中，風能作為可持續發展的綠色新能源，近年來受到世界各國的普遍關注，風力發電產業也因此迅速發展。

風力發電機組的傳動系統主要有三種形式，分別為齒輪箱式、直驅式和液壓型。

目前，工業上應用最多的是齒輪箱式風力發電機組，該機組利用增速齒輪機構實現風力機低速端向發電機高速端的轉換，配合雙饋異步發電機，通過控制整流、遞變系統實現變速恒頻。該機組技術相對成熟，但也有其不可避免的缺點，例如可靠性低、噪聲大、投入和維護成本高等。

直驅式風力發電機組葉輪與永磁同步發電機直接連接，發電機通過整流器、逆變器等與電網相連。該機組省略了齒輪箱，降低了噪音，提高了機組運行可靠性，但其主要缺點是發電機極數很大，體積大，并且實現變頻恒速的電子控制方法復雜。

液壓型風力發電機組作為一種新型的風力發電機組，主要由風力機、定量泵-變量馬達液壓傳動系統、勵磁同步發電機和控制器四部分組成。其中，風力機與定量泵剛性連接，傳動部分采用定量泵-變量馬達閉式液壓系統，變量馬達與同步發電機同軸連接，變量馬達驅動同步發電機并網發電。該機組有效地降低了機艙重量，提高了發電質量，降低了對電網的沖擊。

與其他風力發電機一樣，液壓型風力發電機組同樣需要具備低電壓穿越能力，即當電網故障或擾動引起風電場并網點的電壓跌落時，在一定電壓跌落的范圍內，風電機組能夠不間斷并網運行。并向電網提供一定的無功功率，支持電網恢復，直到電網恢復正常，從而“穿越”這個低電壓時間(區域)。

我國對風電機組及其低電壓穿越過程提出了三點要求：1)風電機組應具有在并網點電壓跌至20％額定電壓時能夠維持并網運行625ms的低電壓穿越能力。2)風電場并網點電壓在發生跌落后2s內能夠恢復到額定電壓的90％時，風電機組應具有不間斷并網運行的能力。3)在電網故障期間沒有切出電網的風力發電機組，其有功功率在故障切除后應以至少10％額定功率/秒的功率變化率恢復至故障前的狀態。

目前，國內外均有相關專利對液壓型風力發電機組低電壓穿越控制技術進行了一系列研究。

中國專利CN200980136335.3中，挪威ChapDrive公司提出的渦輪機速度控制系統中，通過采集系統轉速信號和壓力信號，控制定量泵-變量馬達閉式液壓系統中變量馬達的排量，最終實現低電壓穿越。而其控制變量只有變量馬達擺角，可調參數較少，控制不夠靈活。

歐洲專利EP2481917A1A中，挪威ChapDrive公司提出了一種液壓型風力發電機組低電壓穿越控制系統。該系統通過控制變量馬達擺角和流量控制閥開度實現低電壓穿越。其中流量控制閥位于高壓管路和低壓管路之間，控制單元接收電網電壓信號控制流量控制閥開口度。該方法存在變量馬達擺角和流量控制閥開度兩個控制變量，控制更加靈活，但在實現低電壓穿越過程中，高壓壓力通過流量控制閥卸荷到低壓管路，存在大量的能量損失。

中國專利CN103779873A中，燕山大學提出了一種雙變量的液壓型風力發電機組低電壓穿越控制方法。當電網電壓跌落時，該方法通過轉速控制器控制變量馬達擺角，功率控制器控制比例節流閥開度，最終實現低電壓穿越。該方法存在變量馬達擺角和比例節流閥兩個控制變量，控制靈活，但低電壓穿越過程中，比例節流閥將剩余能量以熱能形式耗散，同樣存在大量的能量損耗。

綜上所述，現有的液壓型風力發電機組低電壓穿越控制方法大多在控制過程中能量損耗嚴重，或者控制變量單一不夠靈活。為克服技術缺陷，亟需提供一種新型的液壓型風力發電機組低電壓穿越控制方法。

發明內容

針對上述現有技術缺陷，本發明所要解決的關鍵問題是提供一種液壓型風力發電機組低電壓穿越控制系統及其控制方法，用于電網出現故障導致電網電壓跌落時對機組進行控制。該控制方法具備傳統液壓型風力發電機組傳動靈活、可靠性高的優點，同時避免了其在低電壓穿越過程中，能量耗散嚴重以及控制變量單一的缺點。

為了解決上述存在的技術問題實現發明目的，本發明是通過以下技術方案實現的：