[發明專利]一種雙饋式風電機組變流器及利用其實現的黑啟動方法

在審

• 申請號: 202010051875.X
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111082461A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 唐彬偉;汪奎
• 申請（專利權）人: 明陽智慧能源集團股份公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/32
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種雙饋式風電機組變流器及利用其實現的黑啟動方法，包括變流控制器、直流母線、支撐電容、Chopper電路、機側變流器、網側變流器、備用電源系統；機側變流器與網側變流器之間連接有直流母線，在直流母線上依次連接有支撐電容、Chopper電路和備用電源系統，機側變流器、備用電源系統、網側變流器分別與變流控制器連接，變流控制器分別與主控系統、并網斷路器通訊連接，變流控制器監測變流器機側交流信號、變流器網側交流信號和直流母線電壓。本發明在變流器中集成有可作為黑啟動電源使用的備用電源系統，提供發電機轉子建立勵磁電壓所需的電能和輔電系統電源，解決了現有黑啟動設備價格昂貴、結構復雜和利用效率低下的問題。

技術領域

本發明涉及風力發電的技術領域，尤其是指一種雙饋式風電機組變流器及利用其實現的黑啟動方法。

背景技術

近年來，隨著風力發電場在電網中的滲透率逐步提高，對風力電場接入電力系統的技術要求也隨之提高。風電場因其安裝位置多處于偏遠地區，決定了風電場所在電網的網架結構比較薄弱，為了增強電網運行的可靠性，風電機組的黑啟動技術成為值得研究的課題。

對于風電機組的黑啟動技術，目前的主要技術路線有兩種，一種是在風電場集電線路上配置黑啟動電源，通過風電機組的升壓變壓器反向送電，給風電機組輔電系統和勵磁回路提供電源。這種方法配置的備用電源容量較大、配置電壓等級高，導致設備成本增加。另一種是通過外置的小風力發電機或者柴油發電機作為黑啟動電源，通過風電機組低壓側提供電源，這種方式雖然能降低備用電源設備容量，但是這些裝置存在結構復雜、設備可靠性的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出了一種雙饋式風電機組變流器及利用其實現的黑啟動方法，在變流器的直流母線上安裝備用電源系統，通過協調控制機側變流器和網側變流器來提供發電機轉子建立勵磁電壓所需的電能和輔電系統電源，支撐風電機組完成黑啟動過程，進而解決現有黑啟動設備價格昂貴、結構復雜和利用效率低下的問題。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種雙饋式風電機組變流器，包括變流控制器、直流母線、支撐電容、Chopper電路、機側變流器、網側變流器、備用電源系統；所述機側變流器與網側變流器之間連接有直流母線，且在該直流母線上從機側變流器往網側變流器的方向依次連接有支撐電容、Chopper電路和備用電源系統，所述機側變流器、備用電源系統、網側變流器分別與變流控制器連接，所述變流控制器分別與風電機組的主控系統、并網斷路器通訊連接，所述并網斷路器連接風電機組的升壓變壓器與發電機，由變流控制器進行控制，且所述變流控制器還監測變流器機側交流信號、變流器網側交流信號和直流母線電壓；其中，在失去電網電力的情況下，所述備用電源系統由變流控制器進行控制，通過網側變流器為風電機組的輔電系統供電，通過機側變流器為風電機組的發電機轉子提供建立勵磁電壓所需的電能，且在黑啟動過程中，所述備用電源系統的供電能力滿足風電機組完成多次黑啟動流程的功率損耗。

進一步，所述備用電源系統由具備雙向電能流通功能的DC-DC電源變換器和電池組成，所述電池通過DC-DC電源變換器與直流母線相連。

進一步，所述DC-DC電源變換器為基于buck-boost電路的電源變換器。

進一步，所述電池為鉛酸電池、鎳鎘電池、氫鎳電池、鋰電池、鈉硫電池、超級電容和液流電池中的任意一種或幾種的組合。

本發明也提供了一種利用上述雙饋式風電機組變流器實現的黑啟動方法，包括以下步驟：

1)啟動檢測

在失去電網電力的情況下，所述直流母線上的備用電源系統提供的電能，通過網側變流器為風電機組的輔電系統供電；同時，風電機組的主控系統檢測實時平均風速有沒有達到黑啟動要求的風速V1，若達到，則主控系統控制風電機組的變流器、變槳系統和偏航系統進入黑啟動運行模式；

2)發電機定子建壓