[发明专利]一种双馈风机系统以及抑制电网电压快速波动的方法

说明书

本发明公开了一种双馈风机系统以及抑制电网电压快速波动的方法。通过检测双馈风机锁相环的信号，将所得到的检测信号进行信号处理后分别得到转子侧与网侧变流器的电流环辅助控制信号，从而在电网电压快速波动的情况下，锁相环检测到电网电压的波动，分别通过转子侧变流器与网侧变流器反馈回路，反馈给转子侧变流器与网侧变流器的电流环控制回路，控制风力发电机内电势快速增大，使得双馈风机可以响应电网电压的快速波动，并为电网电压稳定提供支撑。该方法对于抑制电网电压的快速波动特别有效，这为大规模风力发电基地风力资源不确定性和波动性，以及电网电压受到扰动时导致的电网电压快速波动的情形提供了可实现的、有效的解决方案。

技术领域

本发明属于新能源发电领域，更具体地，涉及一种双馈风机系统以及抑制电网电压快速波动的方法。

背景技术

随着风力发电在电力系统中的渗透率逐年提高，特别在我国东北、西北地区，风力发电已经逐步成为电力系统的主力电源之一。新能源因其清洁、安全、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。我国的风力发电尽管起步较晚，但发展迅猛。但是随着电网中风电装机容量的日益扩大，接入电网的电压等级不断提髙，风机对电力系统稳定性的影响愈发突出。由于风电的随机波动性以及现有风电控制方式的弱抗扰性，大规模风电通过远距离集中接入给电力系统安全稳定运行带来了严峻挑战。同时，风机的电压敏感性及低电压自动脱网特性，使风电接入系统后的电压稳定问题面临着新的挑战和新的研究内容。

对于大规模远距离风力发电并网的电力系统，风力发电机的动态特性已经逐渐成为决定系统动态行为的核心因素，而控制器是决定风力发电机动态特性的核心因素。随着越来越多的风电机组并网运行，风力发电对电网电能质量的影响引起了广泛关注。风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率是波动的，可能影响电网的电能质量，如电压偏差、电压波动和闪变、谐波等，甚至可能导致电网电压崩溃问题。2011年，中国发生了多起由电压问题引发的大规模的风电机组连锁跳闸脱网事故，使得系统损失了大量出力，导致电网频率明显偏低，严重影响了风电场和电网的安全运行。目前，系统电压稳定性已成为限制风电场装机容量的主要因素之一，需要对其进行研究并加以控制。

双馈异步风力发电机因励磁变频器容量小、高性价比、适合变速恒频发电等优势，成为风电机组运行最广泛的机组之一。双馈异步发电机的转子侧通过背靠背PWM双向变流器与电网相连，即通过三相电源提供给发电机励磁电流。DFIG并网运行主要有以下几个特点：(1)发电机接近同步转速时，由变流器控制完成电压匹配、频率和相位匹配，能快速并网，对电网冲击较小；(2)风力发电机的转速可在一定范围内根据风速和负荷变化调整，保持最大输出电能；(3)DFIG的励磁电流是可控的，通过调节励磁电流的频率，可保证风力发电机发出恒定工频的电力；改变励磁电流，可调节风电机组输出的有功功率和无功功率。是在高风电渗透率情况下，DFIG的风电场将吸收大量的无功功率，在薄弱的网架结构和不完善的控制机制等因素的作用下，DFIG风电场的暂态问题尤为突出。

综上所述，在中国风电发展的形势来看，要求双馈风电机组能够在，电网电压快速波动的情况下不脱网运行，并且能够对波动的电压起抑制作用，帮助系统电压恢复稳定。在中国现有的风能资源和负荷分布的情况下，大规模风电并网经远距离传输是发展趋势，风电渗透率的增加、风电机组出力波动不确定性以及电网故障有可能会带来电网电压的快速波动，从而影响电网稳定以及其他设备的正常运行。

发明内容

针对现有风力发电技术自身存在的电压波动，以及风电比例增高情况下需要抑制系统电压的快速波动问题，本发明提供一种双馈风机系统以及抑制电网电压快速波动的方法，旨在解决现有大规模风力发电并网情况下，电力系统出现的电压快速波动的问题。