[發明專利]無刷雙饋風力發電機對稱電壓故障磁鏈跟蹤低電壓穿越方法

在審

• 申請號: 201710079717.3
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106849163A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張愛玲;馬志忠;王淑紅;高若中;陳正方
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/18
• 代理公司: 太原倍智知識產權代理事務所(普通合伙)14111
• 代理人: 戎文華

技術領域

本發明與無刷雙饋風力發電機在并網點電壓故障情況下的低電壓穿越方法有關，更詳細地說是當電網故障引起無刷雙饋風力發電機并網點不同程度的對稱電壓跌落情況下的可在αβ靜止坐標系用軟件實現的磁鏈跟蹤控制的低電壓穿越的控制方法。

背景技術

能源問題已成為國際社會發展的突出問題，而風力發電是解決當前能源問題的重要手段，也是當今世界上增長速度最快的能源。風力發電機組經常位于人類活動比較少的高山、荒野、海島等邊遠地區，又受無規律的風力以及強陣風的作用，加之所處自然環境交通不便，一旦出現故障，修復十分困難。故對其可靠性的要求遠遠高于其它的電氣及機械設備。因此研制高可靠性的風力發電機及其控制技術對于風電技術的發展具有十分重要的現實意義。

無刷雙饋電機是近年來廣受矚目的一種新型電機，其結構是定子上有兩套繞組，即功率繞組PW和控制繞組CW，前者與電網相連接，后者與變流器相連接；轉子采用特殊的籠型繞線或者磁阻結構，轉子上沒有電刷和滑環，大大提高了工作可靠性，特別適合用在變速恒頻風力發電領域。

雙饋發電機是目前變速恒頻風力發電領域的主流機型之一，由于該電機所需變流器的容量僅為其額定容量的1/3-1/2，因而大大降低了系統總體造價，受到人們的青睞。但該電機轉子上存在電刷和滑環，其間的滑動接觸造成系統可靠性降低，且由于電刷磨損需要定期更換，進而維戶成本十分高。和雙饋發電機相比，無刷雙饋發電機的運行行為與其類似，除了具有雙饋發電機的所有優點外，還有以下獨特優點：在無刷情況下實現雙饋運行，極大地提高了系統的可靠性，減小了維護成本，更能滿足無維護的工作環境；由于無刷雙饋發電機的漏電感較大，所以故障電流較小，更容易實現低電壓穿越；在同樣的電樞直徑下，無刷雙饋發電機的等效極數可以做到常規傳統雙饋發電機的兩倍，非常適合作為低速風力發電機使用。由于上述優點，近幾年來對于無刷雙饋電機的研究，無論是對電機本體，還是對其作為風力發電機使用時的控制方式均取得了快速發展。

隨著電力系統以變速恒頻風力發電機為主體的大型風力發電機組所占比例的快速增加，由于風能的隨機性和不可控性所導致的電力系統的穩定性問題日益凸顯。為了保證電力系統穩定運行，電力部門對并網風力發電機在外部電網故障、特別是電網電壓驟降故障下的不間斷運行能力，即低電壓穿越能力提出了更高的要求。低電壓穿越是對并網風力發電機在電網出現電壓跌落時仍然能夠保持并網運行的一種特定的運行功能要求。不同國家和地區所提出的低電壓穿越要求不盡相同。我國國家電網公司對風電場低電壓穿越能力的規定(GB/T 19963-2011)是指風電場內的風電機組具有在并網點電壓跌至20％額定電壓時能夠保證不脫網連續運行625ms的能力，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，風電場內的風電機組能夠保證不脫網連續運行。此外該標準對于對稱電壓跌落情況下的動態無功支撐能力也有具體要求，例如對于總裝機容量在百萬千瓦以上的風電場群，當電力系統發生三相對稱短路故障引起并網點電壓處于20％-90％區間內時，風電場應能夠通過注入無功電流支撐電壓恢復。

實現無刷雙饋風力發電機低電壓穿越的關鍵是在低電壓穿越期間將控制繞組的電流限制在允許的范圍之內，以保證其所接變流器的安全運行。由于對稱故障情況下發電機內部的電磁現象不同，導致控制方法不同，而且電網對不同故障情況下風力發電機無功支撐能力的要求也不同，因此相關的低電壓穿越控制方法的研究也圍繞著故障情況不同分別展開，本發明提出的方法是針對對稱電壓故障情況下的低電壓穿越控制方法。