[发明专利]一种永磁风力发电机组实现孤岛运行的装置和控制方法

说明书

本发明涉及一种永磁风力发电机组实现孤岛运行的装置，其直流降压单元将直流母线电压降低到设定的直流电压值，逆变单元将设定的直流电压值转换为设定的交流电压并输出至电源切换单元的一个输入端，CHOPPER电路和直流电容并联后跨接在直流降压单元输出端的正负极之间，当直流母线电压过高时，则通过CHOPPER电路释放能量，起到抑制高电压的作用。本发明由于在变流器的直流侧增加一个降压和逆变回路，在孤岛情况下，直接通过此电路向风机控制系统供电，从而相对于UPS方案可减少交流‑直流转换的功率部件，也不需要电池储能部件。运行后无需维护，大大节约了运行成本。本发明还涉及一种永磁风力发电机组实现孤岛运行的装置的控制方法。

技术领域

本发明涉及风电发电技术领域，尤其涉及一种永磁风力发电机组实现孤岛运行的装置和控制方法。

背景技术

随着世界及中国经济的发展，能源的消耗将急剧增加。然而由于我国资源的相对匮乏以及不可再生资源的消耗对于环境的破坏，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，发展包括风力和太阳能发电在内的可再生能源是中国能源困境的最好解决办法。

国际上对孤岛的定义如下：一个本地电力系统或若干个本地电力系统经公共连接点联结，且和其余电力系统在电气上分离的一种电网运行状态。其基本特点是电压和频率的波动范围较大，受负荷运行的影响较为明显，多数运行在低压、低频范围。

与联网电力系统相比，孤岛由于各种调频手段限制以及无功补偿控制手段不足，静态稳定性和动态稳定性都较差，有功不平衡发生时一般经过较长时间的发电调整才能恢复，甚至出现频率崩溃和电压崩溃现象。原先的区域电网进行联合时，要对互联系统的特性进行全面的分析，防止系统在故障情况下解列为孤岛运行，在解列后，有功过剩的电网将频率升高，引起高频切发电机控制装置动作，在有功缺额严重的区域，会造成频率崩溃，引起大面积的停电现象。

对于海上或近海风电场而言，若所有机组对外的电力连接中断，则海上风电场等同于一种无法监控的状态，特别是台风，暴雨等恶劣天气情况下，机组处于失控状态可能威胁到整个风电场设备的安全。因此海上风电机组具备孤岛运行功能至关重要，一方面可以实时查看风机状态，另一方面风电机组一直处于运行状态下，对内部的湿度和环境状态可以进行有效的控制。

目前，行业内通用的风电机组孤岛运行方案有以下两类：一是双馈风力发电机机组，在电网断电后由于发电机无法并网，不能继续发电，所以只能利用外置柴油发电机组实现风机的控制系统运行和监控，但是运行时间受到柴油容量的限制，而且非常消耗成本和污染海上环境。

二是常规型直驱永磁风电机组的方案，可以利用具备电池储能功能的UPS电源实现停电后的风机启动，风机启动后自我发电给UPS充电，以此实现能量循环。但此方案要求UPS的电池容量应满足整个机组的运行要求，且电池寿命较短，需要定期更换电池，维护成本高；且电网断电后需要风机先停机保护，然后再通过UPS的电源进行远程控制启动，不能实现风机正常运行与孤岛运行两种模式之间的平滑切换。

发明内容

本发明的目的在于克服以上缺陷，提供一种维护成本低运行稳定的一种永磁风力发电机组实现孤岛运行的装置和控制方法。

本发明的一种永磁风力发电机组实现孤岛运行的装置的技术方案是，其包括变流器直流电源母线、风机控制系统，还包括直流降压单元、电源切换单元、逆变单元、CHOPPER电路、直流电容，所述直流降压单元跨接在直流电源母线之间，将直流母线电压降低到设定的直流电压值，逆变单元将设定的直流电压值转换为设定的交流电压并输出至电源切换单元的一个输入端，电源切换单元的另一输入端与电网400VAC/50HZ相连接，电源切换单元的输出连接至风机控制系统，所述CHOPPER电路和直流电容并联后跨接在直流降压单元输出端的正负极之间，所述直流电容用于缓冲机侧、网侧的功率暂态不平衡，当直流母线电压过高时，则通过所述的CHOPPER电路释放能量，起到抑制高电压的作用。