[發明專利]直流輸電雙饋型風電機組功率波動及故障控制系統與方法

有效

• 申請號: 201710893698.8
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107482653B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 蔡彬;閆紹敏;褚曉廣;陳志遠;肖群;孔英
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/38;H02J3/32
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種直流輸電雙饋型風電機組功率波動及故障控制系統與方法，屬于風電領域。該系統包括雙饋型發電機、定子側變流器、轉子側變流器、網側直流變流器、儲能系統。首先儲能系統給轉子側變流器提供電源實現逆變；其次風機啟動后，定子側變流器整流升壓，網側直流變流器定功率控制，并控制儲能系統充放電，實現功率波動抑制；若電網電壓跌落，網側直流變流器實施定直流電壓控制，轉子側變流器和儲能系統工作于電壓跌落故障控制模式；若電網過電壓，儲能系統對電網電壓鉗位；若斷線，網側直流變流器實施定直流電壓控制，轉子側變流器使發電機輸出功率為零，最后閉鎖網側直流變流器。本發明有益于雙饋型風電機組在柔性直流輸電系統中使用。

技術領域

本發明涉及一種控制系統和控制方法，尤其是一種直流輸電雙饋型風電機組功率波動及故障控制系統與方法，屬于風力發電技術領域。

背景技術

雙饋型風力發電機是目前風電市場使用最廣泛的主流產品之一。傳統的雙饋型風電機組采用容量較小的背靠背變流器與發電機轉子相連，而發電機的定子直接與電網相接，因此，在電網電壓發生跌落故障時會造成發電機定子磁鏈的振蕩，進而使得定子磁鏈中含有直流成分，對于不對稱電網電壓跌落還會有負序成分。而雙饋型發電機的轉速較高，因此定子磁鏈中的直流成分和負序成分會有較高的轉差率，將導致發電機轉子回路產生過電流或過電壓。

目前傳統的雙饋型風電機組低電壓穿越通常采用撬棒保護電路(Crowbar電路)，其原理是利用電阻消耗轉子側多余的能量，其優點是可以加快故障電流的衰減，以保護轉子側變流器；其缺點是Crowbar電路一旦投入運行，將短接發電機轉子繞組，使雙饋型發電機變為鼠籠異步發電機運行，需從電網吸收大量無功功率以作勵磁，這將不利于電網故障后的電網電壓迅速恢復，而且電阻不僅將能量浪費，也會使柜體內溫度上升，威脅變流器功率器件的安全。此外，Crowbar電路的投入切除時刻非常重要，選擇不當，一方面將引起Crowbar電路多次動作，另一方面將可能引起大電流沖擊。

由此可見，傳統的雙饋型風電機組存在固有缺陷：1)系統低電壓穿越能力差：電網電壓一旦跌落，發電機定子電壓隨之跌落，尤其是電網電壓大幅跌落時，將在定子、轉子繞組中引起很大的故障電流，直流母線電壓也將快速上升，嚴重危及風電機組安全。2)撬棒保護電路控制不好，將會造成更大危害，也不利于電網電壓恢復，而且電阻將浪費能量，增加變流器柜體的散熱壓力。

近年來柔性直流輸電技術因其具有運行可靠、控制簡單、成本低等諸多優勢而深受關注，在風力發電系統應用越來越廣泛，出現了基于柔性直流輸電的大型風電場并網技術方案，也開始探討柔性直流輸電技術在雙饋型風電場中的應用問題，其中直流輸電線路有可能發生電壓跌落(一般是單相接地導致)、過電壓、直流輸電線路斷線等故障，嚴重威脅系統安全運行，目前在該方面的研究甚少。

此外，風速變化將引起風力發電機輸出功率波動，影響風電機組輸出功率的穩定。

總之，為了柔性直流輸電技術在雙饋型風電場中的使用和推廣，建立安全可靠的雙饋型風電場的柔性直流輸電系統，必須解決功率波動抑制和電壓跌落、過電壓、斷線等故障控制與保護問題。

發明內容

本發明的主要目的在于：針對上述問題，提出一種基于柔性直流輸電技術的新型雙饋型風電機組功率波動及故障控制系統與方法，實現在風速波動情況下風電機組功率波動抑制，使雙饋型風電機組輸出功率保持平穩，以及直流輸電線路發生電壓跌落、過電壓、斷線等故障時對雙饋型風力發電機及其變流器進行保護。