[实用新型]直流输电双馈型风电机组功率波动及故障控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种控制系统，尤其是一种直流输电双馈型风电机组功率波动及故障控制系统，属于风力发电技术领域。

背景技术

双馈型风力发电机是目前风电市场使用最广泛的主流产品之一。传统的双馈型风电机组采用容量较小的背靠背变流器与发电机转子相连，而发电机的定子直接与电网相接，因此，在电网电压发生跌落故障时会造成发电机定子磁链的振荡，进而使得定子磁链中含有直流成分，对于不对称电网电压跌落还会有负序成分。而双馈型发电机的转速较高，因此定子磁链中的直流成分和负序成分会有较高的转差率，将导致发电机转子回路产生过电流或过电压。

目前传统的双馈型风电机组低电压穿越通常采用撬棒保护电路(Crowbar电路)，其原理是利用电阻消耗转子侧多余的能量，其优点是可以加快故障电流的衰减，以保护转子侧变流器；其缺点是Crowbar电路一旦投入运行，将短接发电机转子绕组，使双馈型发电机变为鼠笼异步发电机运行，需从电网吸收大量无功功率以作励磁，这将不利于电网故障后的电网电压迅速恢复，而且将能量通过电阻白白浪费掉。此外，Crowbar电路的投入切除时刻非常重要，选择不当，一方面将引起Crowbar电路多次动作，另一方面将可能引起大电流冲击。

由此可见，传统的双馈型风电机组存在固有缺陷：1)系统低电压穿越能力差：电网电压一旦跌落，发电机定子电压随之跌落，尤其是电网电压大幅跌落时，将在定子、转子绕组中引起很大的故障电流，直流母线电压也将快速上升，严重危及风电机组安全。2)撬棒保护电路控制不好，将会造成更大危害，也不利于电网电压恢复，而且电阻将浪费能量，增加变流器柜体的散热压力。

近年来柔性直流输电技术因其具有运行可靠、控制简单、成本低等诸多优势而深受关注，在风力发电系统应用越来越广泛，出现了基于柔性直流输电的大型风电场并网技术方案，也开始探讨柔性直流输电技术在双馈型风电场中的应用问题，其中直流输电线路有可能发生电压跌落(一般是单相接地导致)、过电压、直流输电线路断线等故障，严重威胁系统安全运行，目前在该方面的研究甚少。

此外，风速变化将引起风力发电机输出功率波动，影响风电机组输出功率的稳定。

总之，为了柔性直流输电技术在双馈型风电场中的使用和推广，建立安全可靠的双馈型风电场的柔性直流输电系统，必须解决功率波动抑制和电压跌落、过电压、断线等故障控制与保护问题。

发明内容

本实用新型的主要目的在于：针对上述问题，提出一种基于柔性直流输电技术的新型双馈型风电机组功率波动及故障控制系统，实现在风速波动情况下风电机组功率波动抑制，使双馈型风电机组输出功率保持平稳，以及直流输电线路发生电压跌落、过电压、断线等故障时对双馈型风力发电机及其变流器进行保护。

为了达到以上目的，本实用新型直流输电双馈型风电机组功率波动及故障控制系统，其特征在于，包括：双馈型风电机组、储能系统、第一接触器、第二接触器；所述双馈型风电机组包括风力机、齿轮箱、双馈型发电机、定子侧变流器、转子侧变流器、网侧直流变流器；所述储能系统包括第一储能设备、第二储能设备、第一功率变换器、第二功率变换器、第三功率变换器和储能控制系统；所述储能控制系统包括数据采集模块、风电功率预测模块、电网调度出力指令通信模块，并输出控制信号分别至第一功率变换器、第二功率变换器、第三功率变换器；所述数据采集模块采集风电机组实时功率、所述第一储能设备及第二储能设备的端电压、所述第一储能设备及第二储能设备的充放电电流、直流电网电压及电流、风速。

所述定子侧变流器一端与所述双馈型发电机的定子连接，另一端分别与所述第一接触器、网侧直流变流器连接；所述转子侧变流器一端与所述双馈型发电机的转子连接，另一端分别与所述第一接触器的另一端、所述第一功率变换器连接；所述第一功率变换器的另一端与所述第一储能设备连接；所述第二功率变换器的一端与所述双馈型发电机的定子连接，另一端与所述第一储能设备连接；所述网侧直流变流器的另一端与所述第二接触器相接，所述第二接触器的另一端分别与所述第三功率变换器和直流输电线路连接；所述第三功率变换器的另一端与所述第二储能设备连接。

所述定子侧变流器为电压源变流器(VSC)或不可控整流器与升压变换器的组合，所述转子侧变流器为电压源变流器(VSC)；所述网侧直流变流器为直流升压变流器；所述第一功率变换器和第三功率变换器均为直流双向变换器；所述第二功率变换器为AC/DC变换器。

上述直流输电双馈型风电机组功率波动及故障控制系统，其工作过程如下：