[发明专利]一种基于电磁耦合器调速前端的风电机组运行控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组的运行控制方法，特别是一种基于电磁耦合器前端调速的风力发电机组的运行控制方法。

背景技术

随着化石能源紧张短缺和生态环境污染问题日益严峻，世界各国都竞相大力发展可再生能源。目前，除水、电外，在已经开发利用的可再生清洁能源中，风力发电作为发展最快，技术最成熟，最具规模开发利用前景和市场竞争力的发电方式，已经成为许多国家调整能源结构、缓解环境污染的重要举措。在风力发电的能量转换传动链中：风力机负责将捕获的风能转换成机械能；发电机组负责将机械能转换成电能。风力发电机组传动链及其控制系统是整个系统的核心，直接影响着整个系统的性能、效率和电能质量。在传动链中使用不同的发电机，并匹配相应的调速控制方式，就构成了结构形式不同的多型风力发电系统。

变速恒频型风力发电技术是二十世纪末发展起来的一种实现最大程度上风能捕获及提高风能利用率的新型发电技术。在新建的大型风力发电机组场中，双馈型和直驱型变速恒频风力发电机组占有绝对的统治地位，但这两类机组在实际运行过程中应对电网故障的能力明显不足。双馈型风电机组在电网电压跌落或故障情况下，转子电路中暂态电压和电流均会大幅增加；电流的迅速增加也会导致变流器直流侧电压升高，过流和过压会对变流器脆弱的电力电子器件构成威胁，会迫使变流器退出运行。为应对上述这一难题，双馈型风电机组可以采用基于Crowbar(撬棒)的转子短路保护技术或采用合理的励磁控制算法，但这些措施加大了双馈感应发电机组的制造成本和控制系统的复杂程度，而且保护电路在电网电压跌落期间不但不能发出对电压起支撑作用的无功功率，还会从电网吸收无功功率，进一步阻碍电网电压跌落后电网电压的恢复。这一问题严重时，还可能导致电网电压无法恢复，致使电力系统崩溃。直驱型风力发电机组，通过全功率变流器实现了发电机与电网之间隔离，相比双馈型机组，低电压穿越能力较强，但是在电网发生电压跌落等故障时，其全功率变流器的直流侧也存在着过压问题，如果不采取相对应的一些保护措施，也将会损坏直流侧电容以及变流器。

随着风电机组技术的进步以及风电在电网中所占比例的急剧增加，大规模风电场对当地地区电网稳定性造成的影响愈发显著，目前多个国家的风电并网准则都对风电场并网提出了更高的要求，风力发电机组的低电压穿越技术愈来愈受关注。

为能从根本上解决风电机组对电网故障穿越能力问题，国内外已经开始研究带有前端调速装置的新一代的电网友好型同步风力发电机组，以改变现有风电机组的传动链结构，在传动链末端使用比较成熟的传统同步发电机直接并网，而在同步发电机前端设置有调速装置，前端调速装置可以是液力耦合器、差动齿箱或是电磁耦合器等等。2007年，德国风机制造商DeWind的两台2MW D8.2风力发电机组在德国试运行，其调速装置使用的就是液力耦合器。中国专利CNIO1465592A提出了一种应用变频调速电磁式转矩耦合器进行调速的新一代电网友好型风力发电机组，其同步发电机前端使用电磁耦合器进行调速。为实现该型风力发电机组运行控制，满足变速恒频型风力发电机组的运行要求，增强风电机组应对电网故障的能力，以及提高电力系统运行的稳定性，有必要设计一种带有电磁耦合器变频调速前端的风力发电机组运行控制方法。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种基于电磁耦合器变频调速前端的风电机组运行控制方法，其能够实现起动并网控制、最大风能跟踪控制、恒转速控制、恒功率控制以及电网故障时控制，用以解决该类风力发电机组的起动、柔性并网、变速型风力机的最大风能捕获运行、恒转速运行、恒功率运行以及电网发生故障时运行的控制问题。

为解决上述技术问题，实现上述目的，根据变速型风力机的运行特点，本发明采取以下技术方案：一种基于电磁耦合器调速前端的风电机组运行控制方法，其包括以下几方面：