[发明专利]具有自充电功能的串联补偿低电压穿越装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性输电和电力电子技术，尤其是采用灵活交流输电（FACTS)技术实现机组低压穿越的装置和方法。

背景技术

随着风电机组的装机容量逐年增加，风电在电力系统中所占得比重越来越大。大型风电并网引起的问题也越来越受到人们的关注，风力发电系统对传统电网的运行提出了新的要求和挑战。

目前现场工程应用的风电机组主要有三种:直接并网的定速异步机组(Fixed Speedinduction Generator,FSIG)、永磁同步直驱式风电机组(Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG)和双馈异步风力发电机组(Double Fed Induction Generator，DFIG)。其中对于FSIG和DFIG，定子都是直接连接电网，电网电压的骤降都会直接反映在定子端，由于定子磁链不能突变，定子绕组将感应出一个衰减的直流分量磁链，在不对称电网电压跌落中定子磁链中还含有负序分量，相对发电机转子有更大的转差率。对于DFIG，励磁变换器容量仅占发电机容量的25%-30%，其不能提供足够的励磁电压将造成转子过电压或者过电流，将直接威胁风电机组励磁变换器的安全运行。对于FSIG，由于机端电压的下降，电磁转矩下降导致机械转矩大于电磁转矩，使机组转子加速，当转速超过临界转速(critical rotor speed)，机组将无法正常发电运行。对于PMSG，发电机和电网不存在直接耦合，但仍然存在功率不匹配而导致直流母线电压的泵升问题。

因此，在电网故障下，如何对风电机组实施有效的控制，防止发电机定、转子因出现冲击电流、转矩突变、转速超速等问题而解列脱网是一个亟待研究的问题。各国学者纷纷对DFIG风电机组的电压穿越技术展开研究，现有解决电压穿越的技术大致可以分为两类：第一类是完全依靠改进转子侧和网侧变换器的控制策略，第二类是从风电机组外围通过增加硬件以及相应的控制方法。在第二类采用硬件中，国际上将柔性交流输配电技术引入到风电机组的LVRT问题中，目前主要研究的FACTS装置主要有两种，一种是静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)，STATCOM主要是以变换器为基础，将其等效为一个可调的电压源，通过控制该电压源的幅值和相位以达到向电网注入无功功率大小的目的，然而STATCOM不能实现对转子侧变换器的保护作用，只有STATCOM和Crowbar一起动作才能实现风电机组的LVRT。另一种FACTS装置主要是基于动态电压恢复器(DynamicVoltage Restorer，DVR)的思想，在故障情况下串联补偿跌落电压，使机端电压维持正常，从而也使机组达到LVRT的要求。

总之，上述方案需要增加新的硬件，对风机机组进行改造，系统结构复杂。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种具有自充电功能的串联补偿低电压穿越装置，以解决上述问题。

技术方案：一种具有自充电功能的串联补偿低电压穿越装置，所述串联补偿低电压穿越装置包括三相标准变换器、直流母线电容、卸荷回路、串联耦合变压器、变换器滤波回路和旁路开关，串联耦合变压器的副边串接在风力发电机及其控制器系统与升压变压器之间，原边经过滤波回路与三相标准变换器相连接，直流母线电容并接在串联变换器，卸荷回路与直流母线电容并联，三个旁路开关分别并接于三相串联耦合变压器的副边。所述旁路开关包括4个二极管和1个IGBT。所述卸荷回路由卸荷开关和卸荷电阻串联组成。

一种具有自充电功能的串联补偿低电压穿越控制方法，包括如下步骤：

S1、对直流母线电容实现自充电；

S2、检测公共连接点的电压，若所述电压低于阈值，关闭旁路开关，进行串联补偿工作，完成对机端电压的补偿；当公共连接点的电压恢复后，启动旁路开关，补偿控制系统旁路。

其中，直流母线电容自充电的具体过程为：

S11、检测直流母线电压是否低于设定值，如果低于设定值进入S12，否则触发旁路开关，补偿系统旁路，等待串联补偿模式命令；

S12、关闭旁路开关，同时三相标准开关管处于关闭状态，利用在串联变压器上的压降经变换器上的二极管进行三相桥式整流，直到直流母线电压到预定数值；

S13、利用三相高频PWM整流的控制方法将直流母线电压充电至1.0pu；

S14、充电完成后，启动闭锁模式，触发旁路开关，并将变换器的开关管关闭，等待串联补偿模式命令。