[發(fā)明專利]基于超導(dǎo)磁儲能和改進(jìn)控制的雙饋風(fēng)機低電壓穿越方法

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• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109256809A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐琳;林瑞星;張華;楊華;鄭子萱
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/28
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李英

本發(fā)明公開了一種基于超導(dǎo)磁儲能和改進(jìn)控制的雙饋風(fēng)機低電壓穿越方案，包括超導(dǎo)磁儲能裝置及與超導(dǎo)磁儲能裝置配套的控制策略；超導(dǎo)磁儲能裝置包括超導(dǎo)線圈、DC?DC變換器，電容及電壓源型逆變器。超導(dǎo)線圈通過DC?DC變換器、超導(dǎo)磁儲能側(cè)逆變器和濾波電感并聯(lián)在雙饋感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子側(cè)，控制策略包括暫態(tài)電壓控制和電流反向跟蹤控制。在電網(wǎng)電壓故障情況下，故障發(fā)生后，轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器和超導(dǎo)磁儲能裝置逆變器同時切換到電流反向跟蹤控制和暫態(tài)電壓控制，每個逆變器分擔(dān)50％的轉(zhuǎn)子過電流，以保證在每個逆變器均不過電流的同時，利用暫態(tài)電壓控制向轉(zhuǎn)子側(cè)注入無功電流，以使定子側(cè)發(fā)出無功電流支撐電網(wǎng)電壓，從而提高風(fēng)機的低電壓穿越能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雙饋風(fēng)機設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于超導(dǎo)磁儲能和改進(jìn)控制的雙饋風(fēng)機低電壓穿越方法。

背景技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電是一種分布式可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電機組一般由風(fēng)輪機、齒輪箱、發(fā)電機及其控制系統(tǒng)組成的。常用的風(fēng)力發(fā)電機有鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機、雙饋感應(yīng)發(fā)電機和永磁同步發(fā)電機，其中鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機直接接入電網(wǎng)，雙饋感應(yīng)發(fā)電機定子直接接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過逆變器接入電網(wǎng)，永磁同步發(fā)電機則是通過逆變器接入電網(wǎng)。目前的風(fēng)力發(fā)電市場中，雙饋風(fēng)機所占比例較大。隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)的提出，風(fēng)能、太陽能等綠色能源將會逐漸取代傳統(tǒng)燃料能源。過去，在風(fēng)機發(fā)電比例不是很大時，風(fēng)機脫網(wǎng)還可以接受。隨著近幾年風(fēng)機容量不斷增加并部分取代了傳統(tǒng)發(fā)電方式，因此一旦有風(fēng)電場脫網(wǎng)，脫網(wǎng)的功率就可能相當(dāng)大，這會加劇電網(wǎng)功率缺額。

由于雙饋風(fēng)機的低電壓穿越能力較弱，當(dāng)發(fā)生短路故障時，雙饋風(fēng)機因為各許多參數(shù)在故障下都達(dá)到了超過最大允許值的情況，不得不與大電網(wǎng)斷開。故障清除后，雙饋風(fēng)機重新啟動，接入電網(wǎng)。這個過程需要一定時間，如果風(fēng)電場中雙饋風(fēng)電機組發(fā)電量在電網(wǎng)中所占比重比較大，故障清除后就不能及時的連入電網(wǎng)，這就可能造成停電等一系列事故。

能量輸出不穩(wěn)定和低電壓穿越能力弱是雙饋風(fēng)機領(lǐng)域亟待解決的兩個主要問題。能量輸出不穩(wěn)定的問題與風(fēng)力發(fā)電受風(fēng)速變化影響較大的內(nèi)在特性相關(guān)，也是所有新能源發(fā)電共有的問題。雙饋風(fēng)機低電壓穿越能力弱的原因主要與其和電網(wǎng)的連接方式有關(guān)。雙饋風(fēng)機的定子繞組直接與電網(wǎng)相連，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，定子繞組中感生出零序和負(fù)序磁鏈，繼而在轉(zhuǎn)子中感生出數(shù)倍于轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電壓輸出能力的反向感應(yīng)電動勢，從而造成過電流和過轉(zhuǎn)矩，嚴(yán)重時極易造成風(fēng)機轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和變速箱的損毀。現(xiàn)有低電壓穿越方案主要分為軟件方案、硬件方案及軟硬件結(jié)合方案三類。現(xiàn)有軟件控制技術(shù)主要有去磁電流控制、雙電流反向跟蹤控制等。軟件控制僅在電壓暫降不是很嚴(yán)重時可以較好的保護(hù)雙饋風(fēng)機，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重電壓暫降時，由于變流器容量限制，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器無法完成控制器的輸出要求，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子側(cè)出現(xiàn)過電壓、過電流，雙饋風(fēng)機出現(xiàn)過轉(zhuǎn)矩等問題，無法有效實現(xiàn)雙饋風(fēng)機低電壓穿越運行，需增加額外的硬件保護(hù)措施。現(xiàn)有針對單臺機組的硬件保護(hù)措施主要有撬棒保護(hù)方案、直流卸荷電路方案等。硬件保護(hù)方案仍存在部分局限性。如，以上所提方案均無法解決雙饋風(fēng)機正常運行下輸出功率不穩(wěn)的問題；由于硬件設(shè)備本身的缺陷，無法較好解決不對稱電網(wǎng)故障下各關(guān)鍵參數(shù)的震蕩問題等。

若要采用一種方案而同時解決低電壓穿越及能量輸出不穩(wěn)定的問題，則必須配合儲能系統(tǒng)。作為一種新型的電力儲能元件，超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)能在短時間(毫秒級)內(nèi)對擾動事件做出響應(yīng)，且功率密度高，循環(huán)壽命長，響應(yīng)速度快，支撐能力強，可有效彌補現(xiàn)有方案存在的不足。本發(fā)明擬通過結(jié)合超導(dǎo)磁儲能裝置與優(yōu)化雙饋風(fēng)機控制策略，輔以電力電子控制技術(shù)，提出“軟件+硬件”的解決方案，將超導(dǎo)磁儲能裝置并聯(lián)整合到雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子繞組側(cè)，可在改善能量輸出不穩(wěn)定問題的同時提高雙饋風(fēng)機的低電壓穿越能力。在超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢最大化的同時兼具經(jīng)濟(jì)性，為解決低電壓穿越問題提供一種新思路，提高風(fēng)電場設(shè)備穩(wěn)定性及電網(wǎng)安全、可靠運行水平。

發(fā)明內(nèi)容