[發明專利]一種雙饋風機系統以及抑制電網電壓快速波動的方法

有效

• 申請號: 201710483501.3
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107196335B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 袁小明;苗淼;何維;孫榮鑫;饒環宇
• 申請（專利權）人: 國網青海省電力公司經濟技術研究院;華中科技大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/12
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發明公開了一種雙饋風機系統以及抑制電網電壓快速波動的方法。通過檢測雙饋風機鎖相環的信號，將所得到的檢測信號進行信號處理后分別得到轉子側與網側變流器的電流環輔助控制信號，從而在電網電壓快速波動的情況下，鎖相環檢測到電網電壓的波動，分別通過轉子側變流器與網側變流器反饋回路，反饋給轉子側變流器與網側變流器的電流環控制回路，控制風力發電機內電勢快速增大，使得雙饋風機可以響應電網電壓的快速波動，并為電網電壓穩定提供支撐。該方法對于抑制電網電壓的快速波動特別有效，這為大規模風力發電基地風力資源不確定性和波動性，以及電網電壓受到擾動時導致的電網電壓快速波動的情形提供了可實現的、有效的解決方案。

技術領域

本發明屬于新能源發電領域，更具體地，涉及一種雙饋風機系統以及抑制電網電壓快速波動的方法。

背景技術

隨著風力發電在電力系統中的滲透率逐年提高，特別在我國東北、西北地區，風力發電已經逐步成為電力系統的主力電源之一。新能源因其清潔、安全、高效等特點，已成為世界各國普遍關注和重點發展的新興產業。我國的風力發電盡管起步較晚，但發展迅猛。但是隨著電網中風電裝機容量的日益擴大，接入電網的電壓等級不斷提髙，風機對電力系統穩定性的影響愈發突出。由于風電的隨機波動性以及現有風電控制方式的弱抗擾性，大規模風電通過遠距離集中接入給電力系統安全穩定運行帶來了嚴峻挑戰。同時，風機的電壓敏感性及低電壓自動脫網特性，使風電接入系統后的電壓穩定問題面臨著新的挑戰和新的研究內容。

對于大規模遠距離風力發電并網的電力系統，風力發電機的動態特性已經逐漸成為決定系統動態行為的核心因素，而控制器是決定風力發電機動態特性的核心因素。隨著越來越多的風電機組并網運行，風力發電對電網電能質量的影響引起了廣泛關注。風資源的不確定性和風電機組本身的運行特性使風電機組的輸出功率是波動的，可能影響電網的電能質量，如電壓偏差、電壓波動和閃變、諧波等，甚至可能導致電網電壓崩潰問題。2011年，中國發生了多起由電壓問題引發的大規模的風電機組連鎖跳閘脫網事故，使得系統損失了大量出力，導致電網頻率明顯偏低，嚴重影響了風電場和電網的安全運行。目前，系統電壓穩定性已成為限制風電場裝機容量的主要因素之一，需要對其進行研究并加以控制。

雙饋異步風力發電機因勵磁變頻器容量小、高性價比、適合變速恒頻發電等優勢，成為風電機組運行最廣泛的機組之一。雙饋異步發電機的轉子側通過背靠背PWM雙向變流器與電網相連，即通過三相電源提供給發電機勵磁電流。DFIG并網運行主要有以下幾個特點：(1)發電機接近同步轉速時，由變流器控制完成電壓匹配、頻率和相位匹配，能快速并網，對電網沖擊較小；(2)風力發電機的轉速可在一定范圍內根據風速和負荷變化調整，保持最大輸出電能；(3)DFIG的勵磁電流是可控的，通過調節勵磁電流的頻率，可保證風力發電機發出恒定工頻的電力；改變勵磁電流，可調節風電機組輸出的有功功率和無功功率。是在高風電滲透率情況下，DFIG的風電場將吸收大量的無功功率，在薄弱的網架結構和不完善的控制機制等因素的作用下，DFIG風電場的暫態問題尤為突出。

綜上所述，在中國風電發展的形勢來看，要求雙饋風電機組能夠在，電網電壓快速波動的情況下不脫網運行，并且能夠對波動的電壓起抑制作用，幫助系統電壓恢復穩定。在中國現有的風能資源和負荷分布的情況下，大規模風電并網經遠距離傳輸是發展趨勢，風電滲透率的增加、風電機組出力波動不確定性以及電網故障有可能會帶來電網電壓的快速波動，從而影響電網穩定以及其他設備的正常運行。

發明內容

針對現有風力發電技術自身存在的電壓波動，以及風電比例增高情況下需要抑制系統電壓的快速波動問題，本發明提供一種雙饋風機系統以及抑制電網電壓快速波動的方法，旨在解決現有大規模風力發電并網情況下，電力系統出現的電壓快速波動的問題。