[发明专利]定桨失速型风力发电机组的低电压穿越控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及定桨失速型风力发电机组，尤其是一种低电压穿越控制系统。 

背景技术

风电机组的低电压穿越能力是指风电机组端电压降低到一定值的情况下风电机组能够维持并网运行的能力。 

电网系统的瞬态短路而引起电压暂降在实际运行中是经常出现的，而其中绝大多数的故障在继电保护装置的控制下在短暂的时间(通常不超过0.8秒)内能恢复，即重合闸。在这短暂的时间内，电网电压大幅度下降，风电机组必须在极短时间内做出无功功率调整来支持电网电压，来保证风电机组不脱网，避免出现局部电网内风电成份的大量切除导致系统供电质量的恶化。 

德国等欧美国家都对于风电机组的低电压穿越能力做出了强制性的规定。随着近年中国风电的迅速发展，某些局部地区已经出现的风电装机容量过高，也出现了多次在电网瞬态短路时大量风电切出电网的事故。我国也有一些内部规范如《国家电网公司风电场接入电网技术规定(2009修订版)》和《国家电网公司风电场接入电网技术规定实施细则(2009)》都体现了相应的要求。 

国外机组为实现风力发电机组低电压穿越的要求，大多数是针对采用绕线式异步发电机的双馈变速恒频机组，在电压跌落的同时使用变 流器实现无功补偿以及有源Crowbar卸荷电阻释放能量来完成的，上述方法在技术和经济两方面能够达到较好的协调，并且这方面国外的技术已经相当成熟。 

但是对于国内大量运行的使用鼠笼式异步发电机的定桨失速型机组而言，对电网的低电压穿越要求一直没有太好的解决方法。 

定桨失速型机组在正常运行时有进行无功补偿的需要，一般可通过固定电容组或MCR型静止无功补偿设备实现，上述两种方案的控制方法都基于对机组出口端电压和电流的测量，通过有效值计算来判定无功补偿量。 

对于定桨失速型机组的低电压穿越要求而言，电压和电流的测量和有效值计算过程(至少需要0.1秒)对于暂态电压跌落-恢复过程(通常不超过1秒)会显得过长，这样就大大影响了无功补偿器的反应速度，同时由于机组端口处的电压强烈的时变特性，使得静止无功补偿器的补偿效果受到很大的限制，从而对于机组出口端的电压提升效果产生了很大的影响。电压的跌落使得机组产生的有功功率无法送入电网，同时又无法使得机组发出的有功功率快速消耗掉，最终会导致机组的转速快速大幅上升，发电机转差增大，在电压恢复时由于电气特性突变，发电机转矩产生大幅度振荡，从而对风机齿轮箱产生严重危害。与此同时，由于发电机转差增大，也会大大增加机组对电网的无功需求，从而迟滞机组端的电压恢复。 

如果采全功率变换的方法可以在技术上完成定桨失速机组低电压穿越的要求，但是，全功率变换器会大大增加了机组在完成低电压穿越方面的成本，在机组正常运行时会造成对电网的谐波污染，并且全功率变换器对于已经在现场大量运行的定桨失速机组来说，改造难度 很大，这无论对于风场业主还是机组制造商都是不得不考虑而又无法接受的。 

所以，目前实际中还没有一种经济并且有效的方法使得定桨失速机组完成低电压穿越的要求。 

为了完成定桨失速型机组的低电压穿越要求，同时还要克服传统静止无功补偿器是以采集的电压为控制依据，电压、电流有效值的采集通常要经过0.1秒左右，再加上对设备的控制时间，则在0.15秒以上，这样使得静止无功补偿器不能及时跟随发电机端电压的强烈动态变化。 

发明内容

为了克服已有定桨失速型风力发电机组的低电压穿越控制方法的无法兼顾成本和控制效果的不足，本发明提供一种在较低成本的前提下实现良好的控制效果的定桨失速型风力发电机组的低电压穿越控制系统。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种定桨失速型风力发电机组的低电压穿越控制系统，包括TSC型静止无功补偿器、安装在鼠笼式异步发电机上的转速传感器以及用以实现低电压穿越控制的智能控制器，TSC型静止无功补偿器连接于在鼠笼式异步发电机的三相线路上，TSC型静止无功补偿器包括并联的n组电容，n为自然数，单组电容与双向晶闸管串联；所述智能控制器包括：转速采集模块，用以采集所述转速传感器上的转速信号；转速阻抗特性计算模块，用以根据转速信号和电机固有特性参数计算目标等值容性阻抗，其计算公式为：