[實(shí)用新型]直流輸電雙饋型風(fēng)電機(jī)組功率波動(dòng)及故障控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721254376.0
• 申請(qǐng)日: 2017-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN207218256U
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡彬;閆紹敏;褚曉廣;秦懷志;肖群;馬振偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 曲阜師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/24
• 分類號(hào): H02J3/24;H02J3/38;H02J3/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種控制系統(tǒng)，尤其是一種直流輸電雙饋型風(fēng)電機(jī)組功率波動(dòng)及故障控制系統(tǒng)，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是目前風(fēng)電市場(chǎng)使用最廣泛的主流產(chǎn)品之一。傳統(tǒng)的雙饋型風(fēng)電機(jī)組采用容量較小的背靠背變流器與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，而發(fā)電機(jī)的定子直接與電網(wǎng)相接，因此，在電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落故障時(shí)會(huì)造成發(fā)電機(jī)定子磁鏈的振蕩，進(jìn)而使得定子磁鏈中含有直流成分，對(duì)于不對(duì)稱電網(wǎng)電壓跌落還會(huì)有負(fù)序成分。而雙饋型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，因此定子磁鏈中的直流成分和負(fù)序成分會(huì)有較高的轉(zhuǎn)差率，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生過電流或過電壓。

目前傳統(tǒng)的雙饋型風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越通常采用撬棒保護(hù)電路(Crowbar電路)，其原理是利用電阻消耗轉(zhuǎn)子側(cè)多余的能量，其優(yōu)點(diǎn)是可以加快故障電流的衰減，以保護(hù)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器；其缺點(diǎn)是Crowbar電路一旦投入運(yùn)行，將短接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，使雙饋型發(fā)電機(jī)變?yōu)槭蠡\異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行，需從電網(wǎng)吸收大量無功功率以作勵(lì)磁，這將不利于電網(wǎng)故障后的電網(wǎng)電壓迅速恢復(fù)，而且將能量通過電阻白白浪費(fèi)掉。此外，Crowbar電路的投入切除時(shí)刻非常重要，選擇不當(dāng)，一方面將引起Crowbar電路多次動(dòng)作，另一方面將可能引起大電流沖擊。

由此可見，傳統(tǒng)的雙饋型風(fēng)電機(jī)組存在固有缺陷：1)系統(tǒng)低電壓穿越能力差：電網(wǎng)電壓一旦跌落，發(fā)電機(jī)定子電壓隨之跌落，尤其是電網(wǎng)電壓大幅跌落時(shí)，將在定子、轉(zhuǎn)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(yán)重危及風(fēng)電機(jī)組安全。2)撬棒保護(hù)電路控制不好，將會(huì)造成更大危害，也不利于電網(wǎng)電壓恢復(fù)，而且電阻將浪費(fèi)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(shù)因其具有運(yùn)行可靠、控制簡(jiǎn)單、成本低等諸多優(yōu)勢(shì)而深受關(guān)注，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，出現(xiàn)了基于柔性直流輸電的大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)技術(shù)方案，也開始探討柔性直流輸電技術(shù)在雙饋型風(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用問題，其中直流輸電線路有可能發(fā)生電壓跌落(一般是單相接地導(dǎo)致)、過電壓、直流輸電線路斷線等故障，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)安全運(yùn)行，目前在該方面的研究甚少。

此外，風(fēng)速變化將引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率波動(dòng)，影響風(fēng)電機(jī)組輸出功率的穩(wěn)定。

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

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的主要目的在于：針對(duì)上述問題，提出一種基于柔性直流輸電技術(shù)的新型雙饋型風(fēng)電機(jī)組功率波動(dòng)及故障控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在風(fēng)速波動(dòng)情況下風(fēng)電機(jī)組功率波動(dòng)抑制，使雙饋型風(fēng)電機(jī)組輸出功率保持平穩(wěn)，以及直流輸電線路發(fā)生電壓跌落、過電壓、斷線等故障時(shí)對(duì)雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其變流器進(jìn)行保護(hù)。

為了達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型直流輸電雙饋型風(fēng)電機(jī)組功率波動(dòng)及故障控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：雙饋型風(fēng)電機(jī)組、儲(chǔ)能系統(tǒng)、第一接觸器、第二接觸器；所述雙饋型風(fēng)電機(jī)組包括風(fēng)力機(jī)、齒輪箱、雙饋型發(fā)電機(jī)、定子側(cè)變流器、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)直流變流器；所述儲(chǔ)能系統(tǒng)包括第一儲(chǔ)能設(shè)備、第二儲(chǔ)能設(shè)備、第一功率變換器、第二功率變換器、第三功率變換器和儲(chǔ)能控制系統(tǒng)；所述儲(chǔ)能控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)模塊、電網(wǎng)調(diào)度出力指令通信模塊，并輸出控制信號(hào)分別至第一功率變換器、第二功率變換器、第三功率變換器；所述數(shù)據(jù)采集模塊采集風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)功率、所述第一儲(chǔ)能設(shè)備及第二儲(chǔ)能設(shè)備的端電壓、所述第一儲(chǔ)能設(shè)備及第二儲(chǔ)能設(shè)備的充放電電流、直流電網(wǎng)電壓及電流、風(fēng)速。

所述定子側(cè)變流器一端與所述雙饋型發(fā)電機(jī)的定子連接，另一端分別與所述第一接觸器、網(wǎng)側(cè)直流變流器連接；所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器一端與所述雙饋型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，另一端分別與所述第一接觸器的另一端、所述第一功率變換器連接；所述第一功率變換器的另一端與所述第一儲(chǔ)能設(shè)備連接；所述第二功率變換器的一端與所述雙饋型發(fā)電機(jī)的定子連接，另一端與所述第一儲(chǔ)能設(shè)備連接；所述網(wǎng)側(cè)直流變流器的另一端與所述第二接觸器相接，所述第二接觸器的另一端分別與所述第三功率變換器和直流輸電線路連接；所述第三功率變換器的另一端與所述第二儲(chǔ)能設(shè)備連接。

所述定子側(cè)變流器為電壓源變流器(VSC)或不可控整流器與升壓變換器的組合，所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器為電壓源變流器(VSC)；所述網(wǎng)側(cè)直流變流器為直流升壓變流器；所述第一功率變換器和第三功率變換器均為直流雙向變換器；所述第二功率變換器為AC/DC變換器。

上述直流輸電雙饋型風(fēng)電機(jī)組功率波動(dòng)及故障控制系統(tǒng)，其工作過程如下：