[发明专利]一种双馈风力发电机系统及低电压穿越控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双馈风力发电机系统及低电压穿越控制方法。

背景技术

随着世界和中国经济发展，能源的消耗将急剧增加，使得我国将在未来一段时间内长期面临着环境和资源的双重压力，发展包括风力发电在内的可再生能源是中国能源困境的最根本解决办法。在我国，风电场与电网的系统协调规划和建设是当前关键问题之一。风速的随机性和间歇性导致风电机组出力具有较大波动，如何将风能开发出来并入电网，保证电网安全稳定运行，这是一个急需解决的问题，对并网风电机组提出了比以往更高的技术需求，如低电压穿越（LVRT）技术。

近些年，双馈感应发电机（DFIG）在兆瓦级风力发电机组中的应用成为了研究的热点。双馈感应发电机的背靠背（back-to-back）变流器只需供给转差功率就可以调节机组的转速，从而能更好利用风能，且发电系统可以通过改变励磁电流的幅值和相位实现发电机组输出有功、无功的解耦控制。但是由于双馈感应发电机（DFIG）风力发电系统的变流器容量较小，因此减弱了系统抵御电网电压跌落的能力。当电网电压跌落到一定数值时，如果不采用任何技术措施，双馈感应发电机（DFIG）风力发电系统将会被电网切除，严重影响电网的安全用电。

当前，双馈感应发电机（DFIG）的低电压穿越技术一般有两类方案：一是改进双馈感应发电机（DFIG）励磁控制策略的低电压穿越（LVRT）技术；另一类即通过增加像转子侧Crowbar电路、定子侧串联无源阻抗等硬件设备来提高机组的低电压穿越能力。改进双馈感应发电机（DFIG） 励磁控制策略这类方法的出发点都是不增加硬件电路， 仅通过控制手段来提高网侧变流器的输出电压，降低转子故障电流值。此类方法无需额外成本， 但仅对于不太严重的对称或不对称故障是可行的，对于电网电压跌落严重时，由于实际系统中直流母线电压的利用率有限，相当于给网侧变流器的输出施加了一个物理上的限幅，故当转子侧感应电动势较大时，将不能有效抑制转子电流的增大。 故仅依靠对网侧变流器（RSC） 的控制来实现低电压穿越（LVRT）技术，存在很大的应用约束。如果增加Crowbar电路，当双馈感应发电机（DFIG）转子接入Crowbar电路后作为鼠笼异步电机运行，Crowbar电路将会成为一个消耗感性无功的负载，不仅不能对电网电压跌落起支撑作用，反而阻碍故障切除后电网电压的恢复。因此，如何在电网电压跌落时，使双馈感应发电机（DFIG）风力发电系统在国家电网标准下仍能够保持和电网的连接，并且能够对电网提供支撑作用来提高电力系统的稳定性这一问题急需解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于Crowbar电路和电池储能装置，能在较大范围电压跌落的情况下，有效实现低电压穿越的双馈风力发电机系统。

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于Crowbar电路和电池储能装置，能在较大范围电压跌落的情况下，有效实现低电压穿越的双馈风力发电机系统的低电压穿越控制方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种双馈风力发电机系统，包括双馈风力发电机、背靠背变流器、低电压穿越控制模块、以及分别与低电压穿越控制模块相连接的Crowbar电路、电池储能装置、电压检测装置、电流检测装置；双馈风力发电机通过背靠背变流器串联至电网输入端，电池储能装置与背靠背变流器的直流环节相并联，背靠背变流器包括机侧变流器和网侧变流器、以及与机侧变流器、网侧变流器相并联的电容，Crowbar电路与机侧变流器相并联；其中，电流检测装置实时检测双馈风力发电机中的转子电流，发送至低电压穿越控制模块，与预先设定的标准转子电流值相比较，当检测结果大于预先设定的标准转子电流值时，低电压穿越控制模块向Crowbar电路发出指令，将机侧变流器短路；电压检测装置实时检测背靠背变流器直流环节电压，发送至低电压穿越控制模块，与预先设定的标准背靠背变流器直流环节电压相比较，当偏差达到电网发生低电压故障临界值时，低电压穿越控制模块向电池储能装置发出指令，控制电池储能装置吸收双馈风力发电机的有功功率；电压检测装置实时检测电网输入端电压，发送至低电压穿越控制模块，与预先设定的标准电网输入端电压值相比较，当检测结果小于预先设定的标准电网输入端电压值时，低电压穿越控制模块分别向网侧变流器和电池储能装置发出指令，控制网侧变流器切换至STATCOM工作模式，向电网系统提供无功支撑，以及由低电压穿越控制模块控制电池储能装置向外输送有功功率来抑制变流器直流环节电压的下降。

作为本发明的一种优选技术方案：所述电池储能装置中的电池采用多硫化钠-镍储能电池。