[发明专利]容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双馈型风力发电机低电压穿越控制和减少储能装置容量的系统及控制方法，尤其是涉及容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统及其方法。

背景技术

安全，高效地利用风电成为解决能源危机最有前景的一种方式。在众多风力发电技术中，双馈型的风力发电系统(DFIG)以其灵活的最大功率追踪、有功功率和无功功率的解耦调节而成为现代风力发电的主流技术。

由于DFIG的定子侧直接与电网相连，其对电网的扰动表现出很强的敏感性，当电网电压发生跌落时，定子磁链中将会感应出直流分量，在定子中产生过电流。由于定子与转子的电磁耦合，转子中也将产生转子过电流。转子侧过电流会损坏转子侧变流器和危及直流侧电容的安全。为了保护转子侧变流器和直流侧电容，保护系统自动将DFIG与电网隔离。随着风力发电比例的增加，电网导则要求并网风电机组具备低电压穿越能力，要求风电机组在发生短路故障的一段时间内不脱网运行。

在各种低电压穿越技术中，基于主动式crowbar保护的低电压穿越技术是DFIG机组广泛采用的技术。当电网发生故障时，crowbar电路短接转子电路并闭锁转子侧变流器触发脉冲，转子侧变流器与发电机转子隔离开来，进而保护转子侧变流器和直流侧电容。然而，采用crowbar保护技术，DFIG在故障期间做感应发电机组运行，须从系统吸收大量的无功功率，必将进一步恶化电网电压，有可能诱发更严重的电网失稳事故。考虑到crowbar技术的缺点，国内外学者提出了多种改进的低电压穿越技术。这些技术通过改进转子侧变流器控制策略和网侧变流器控制策略来限制转子侧的过电流和直流侧电容的过电压。但是这些改进的控制策略由于其复杂性很难进行工业应用，或者由于其算法对控制参数的依赖性致使其鲁棒性不强。

发明内容

本发明主要是解决现有技术存在的一些问题；提供了一种在电网电压发生大幅度电压跌落时，能大幅度的抑制转子侧的过电流和直流侧电容的过电压，提高DFIG的低电压穿越能力，保证DFIG的不脱网运行的储能型低电压穿越控制系统设计方法。

本发明还有一目的是提高了DFIG在故障期间对电网电压的支撑能力。同时提出了减少DFIG实现低电压穿越对储能装置容量需求的措施，大幅度减少了储能装置的成本。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统，其特征在于，包括电网、耦合变压器、双馈异步发电机、网侧变流器、转子侧变流器、直流侧电容，齿轮变速箱和风力机；其中电网一路通过变压器直接与发电机相连，一路依次通过网侧变流器，直流侧电容和转子侧变流器与发电机相连，直流侧储能装置通过双向DC/DC变流器与直流侧电容相连，发电机通过齿轮变速箱与风机相连。

本发明创造性的通过双向DC-DC变流器将储能装置连接在DFIG的直流侧，当检测到电网电压跌落时，通过储能装置吸收捕获的风功率和输送到电网的功率之间的不平衡功率，维持直流侧电压的稳定和保护直流侧电容与转子侧变流器的安全，实现DFIG的低电压穿越运行。同时，在故障过程中，网侧变流器的全部容量用来向电网注入无功功率，以提高DFIG对电网电压的支撑能力。此外，在故障过程中，通过加速发电机转子转速将一部分的不平衡功率转化为DFIG风力发电机系统的惯性动能，以及增大风力机的桨距角以减少风力机捕获的风能，进而减少故障过程中实现DFIG风力发电系统低电压穿越所需的储能容量

在上述的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统中，所述网侧变流器和转子侧变流器均包括一个电压源型的变流器，所述电压源型的变流器由三个桥臂构成，每个桥臂包括上桥臂和下桥臂；上桥臂和下桥臂均包括一个全控型可关断器件以及与全控型可关断器件串联的续流二极管。

在上述的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统中，所述的双向DC/DC变流器包括两个全控型可关断器件、两个续流二极管、电感以及电阻；其中一个全控型器件一路与另一个全控型器件串联，另一路与所述电感以及电阻串联后连接储能装置。

在上述的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统中，所述风力机组件包括风力机、控制风力机桨距角的桨距角伺服机械执行机构以及给桨距角伺服机械执行机构传输控制信号的桨距角控制系统

在上述的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统中，所述的储能装置采用超级电容器或超导磁储能或电池储能系统的任意一种。

一种容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制方法，其特征在于，包括以下步骤：