CN102280901A - 复合型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法 - Google Patents

复合型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102280901A
CN102280901A CN2011101936208A CN201110193620A CN102280901A CN 102280901 A CN102280901 A CN 102280901A CN 2011101936208 A CN2011101936208 A CN 2011101936208A CN 201110193620 A CN201110193620 A CN 201110193620A CN 102280901 A CN102280901 A CN 102280901A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
low
transformer
parallel
control device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011101936208A
Other languages
English (en)
Inventor
孙辉
白俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN2011101936208A priority Critical patent/CN102280901A/zh
Publication of CN102280901A publication Critical patent/CN102280901A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

一种复合型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法，属于风力发电机低电压控制技术领域。其特征是采用串联和并联补偿相结合的方式，在电网发生低电压故障时，可以对风机端口电压实现全相补偿，并且将风机来不及输出的功率通过串联部分存储到储能元件，正常和故障状态均可以实时补偿系统的无功功率和谐波。该装置尤其适用于已经投运的机组，不需要对已有机组的结构和控制做任何改动。本发明的效果和益处是可以通过电压全相补偿使风机在电网故障期间免受故障影响正常运行，从而保证风机在故障期间不会因自我保护而脱网，并且大大减少了故障期间电磁振荡对风机的不利影响和损害。在故障期间对电网表现为一个无功电源，有助于电网电压的快速恢复。

Description

复合型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于可再生能源领域，涉及风力发电机组低电压穿越控制技术，特别涉及一种复合型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法。
背景技术
随着风电功率的迅速增加，风电在电力系统中所占比重越来越大，由于风电并网引起的问题也日益受到广泛的关注。低电压穿越是风电机组并网最为突出和迫切需要解决的问题。当系统电压由于故障等原因发生跌落时，会给风机带来一系列的暂态过程，如出现过电压、过电流或风机转速上升等问题，对风机及其控制系统的安全造成严重的威胁。所以，一般情况下若电网出现故障风机就实施被动式自我保护而立即解列，而当电网电压发生跌落后，风机的大量切除会导致局部电网发生有功缺额，对电网的稳定性和电能质量构成严重威胁，造成巨大损失。各国相继制定了定量的风电并网导则，对风电机组拖网的条件提出了越来越高的约束和要求。
目前市场上最常见的的风机类型有三种，即直接并网的定速异步电机(FSIG)，同步直驱式风机(PMSG)和双馈异步式风机(DFIG)。其中FSIG和DFIG都是定子侧直接联接电网，电网电压降落会直接反映在定子端电压上，导致定子磁链出现直流成分甚至负序分量，进而引起转子过电压和过电流。DFIG转子侧接有变流器，对过电压过电流的承受能力比较弱，而且变流器输入输出功率不匹配会导致直流母线电压的剧烈变化，对直流电容和变流器都造成严重危害。另外由于定子电压跌落时，电机输出功率降低，若对捕获率不控制，必然导致电机转速上升。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将导致直流母线电压上升的问题。
由于DFIG是目前最广泛使用的风机，而且DFIG在低电压故障发生的时候问题最严重复杂，很多学者对低电压穿越问题都以DFIG为主要研究对象。目前比较常见的解决方法主要有两种，一种是改进DFIG的控制策略，例如改进的矢量控制和鲁棒控制器。另一种是加装硬件设备。虽然改进的矢量控制和鲁棒控制无需增加任何硬件设备，而是通过对网侧变流器和转子侧变流器控制策略的改进使DFIG实现LVRT，但其控制效果往往受到励磁变频器容量的限制，在一些严重故障下无法实现LVRT运行。加装CROWBAR和串联补偿是硬件LVRT的主要方式。其中使用CROWBAR的优点是可以确保励磁变频器的安全，加快故障电流的衰减，缺点是CROWBAR动作期间将短接DFIG转子绕组，使DFIG变为并网笼型异步发电机，需从电网吸收大量无功功率以作励磁，这将非常不利于电网故障的迅速恢复。
随着电力电子技术的迅猛发展，大功率电力电子器件的成本越来越低，这就为电力电子器件为主体的新型控制装置提供了越来越广阔的平台。基于开关器件的控制装置具有速度快，精度高，控制方便灵活等诸多优点，成为克服低电压穿越问题极具潜力的解决方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：在电网低电压运行时，实现跌落电压的补偿并向系统输出无功功率，可以使风机在电网故障期间安全稳定的运行，并且帮助系统从故障中恢复。
本发明的技术方案是：本发明是一种复合型风力发电机组低电压穿越控制装置，该低电压穿越控制装置包括串联变流器、串联耦合变压器、并联变流器、并联耦合变压器、直流环节、旁路开关和控制器，其中：串联耦合变压器的副边接在风机系统和升压变压器之间，串联耦合变压器的原边与串联变流器连接；并联耦合变压器的原边与并联变流器连接，并联耦合变压器的副边并联接在升压变压器的低压侧；串联变流器和并联变流器直流侧均接到直流环节；控制器的控制端分别接串联变流器、并联变流器和直流环节；旁路开关并联在串联耦合变压器的副边两端；该低电压穿越控制装置整体接在风机系统和升压变压器的低压侧之间。
所述串联变流器包括功率器件、电阻元件、电感元件和电容元件；功率器件按照三相全桥整流电路的方式连接，电阻元件一端与三相桥式电路输出的一相连接，另一端与电感元件串联，电感元件再串联电容元件，电容元件两端与串联耦合变压器原边两侧并联。
所述的旁路开关所使用的器件为双向晶闸管器件。
所述的风力发电低电压穿越控制装置的控制方法为：控制器实时采集升压变压器低压侧的三相电压，通过计算和分析判断是否发生故障，当发生故障时旁路开关关断，启动串联电压补偿，使风机端电压维持在无故障水平。检测风机向电网输出电流，实时提供无功和谐波补偿。风机由于故障未能及时输出的功率存储到该装置的直流环节。
本发明的效果和益处是：采用串并联变流器相结合的方式，使风机全面实现低电压穿越。在故障期间，该装置串联部分能保持风机出口电压不降低，维持在未发生故障的水平，避免了低电压故障时风机系统内部可能会发生的过电流和过电压，使风机系统免受故障的影响和损害。风机未能及时输出的功率通过串联部分存储到直流环节的储能元件(超级电容)上，避免了CROWBAR等解决方案带来的发热和能量浪费。并联部分能向系统提供无功功率，可以帮助系统电压快速恢复正常，避免了CROWBAR对系统恢复的不利影响。正常运行时，该装置还可以有效改善风电场输出的电能质量。本发明不需要对已有的风机系统做任何改造，可以作为独立的控制模块，加装在已经投运的风机系统输出端口。
附图说明
图1是加装了本发明的低电压穿越装置的风力发电系统图。
图2是低电压穿越装置串联补偿的控制框图。
图中：1串联变流器；2串联耦合变压器；3并联变流器；4并联耦合变压器；5直流环节；6旁路开关；7控制器；8风机系统；9升压变压器。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
复合型风力发电机组低电压穿越控制装置，包括串联变流器、串联耦合变压器、并联变流器、并联耦合变压器、直流环节、旁路开关和控制器，其中：串联耦合变压器的副边接在风机系统和升压变压器之间，串联耦合变压器的原边与串联变流器连接；并联耦合变压器的原边与并联变流器连接，并联耦合变压器的副边并联接在升压变压器的低压侧；串联变流器和并联变流器直流侧均接到直流环节；控制器的控制端分别接串联变流器、并联变流器和直流环节；旁路开关并联在串联耦合变压器的副边两端；该低电压穿越控制装置整体接在风机系统和升压变压器的低压侧之间。
所述串联变流器包括功率器件、电阻元件、电感元件和电容元件；功率器件按照三相全桥整流电路的方式连接，电阻元件一端与三相桥式电路输出的一相连接，另一端与电感元件串联，电感元件再串联电容元件，电容元件两端与串联耦合变压器原边两侧并联。所述的旁路开关所使用的器件为双向晶闸管器件。
在本发明中：所述的风电机低电压穿越控制装置通过控制器实时采集升压变压器低压侧的三相电压，通过计算和分析判断是否发生故障，当发生故障时旁路开关关断，启动串联电压补偿，使风机端电压维持在无故障水平。控制器同时检测风机出口电流，计算无功和谐波电流的需求量，实时提供无功和谐波补偿。风机由于故障未能及时输出的功率存储到该装置的直流环节。电压补偿部分采用了比例谐振控制，可以使三相电压单独控制，适合于平衡和不平衡的电网故障的各种情况。并且使用时滞滤波器对输出的电压进行调节，大大减少了由于滤波参数造成的电压过渡振荡。
在本发明中：所述控制器包括串联部分控制、并联部分控制和直流环节控制(直流环节的控制不属于本发明保护范围，不详细说明)。
串联变流器的控制：通过实时检测升压变压器低压侧的三相电压，并且和期望的电压值即参考电压进行比较，如果偏差超过设定上限，则判定为电网故障状态，发出关断信号关断所述的旁路开关器件，并开始控制串联变流器的功率器件的通断，补偿电压的跌落。通过其前一周波输出功率预估每个周波内串联部分流过电流的参考值
Figure BSA00000535885800051
风机端的参考电压
Figure BSA00000535885800052
与实时检测的电网侧电压ug做差，再减去参考电流
Figure BSA00000535885800053
在串联耦合变压器和线路的阻抗上产生的压降，就得到了串联变流器的参考输出电压基本值
Figure BSA00000535885800054
由于在计算该值采用的阻抗参数为测量得到，会与实际值有偏差，所以再叠加一个分量来进行修正。该分量是通过比较
Figure BSA00000535885800055
和实际的风机端口电压uwec再经过PI环节和限幅环节得到的，这样就得到了串联变流器的参考输出电压最终值
Figure BSA00000535885800056
该值与实际测量的串联变流器输出电压进行比较，经过比例谐振调节器和时滞滤波器得到PWM调制的目标值，从而得到串联变流器各个功率器件的开通关断驱动脉冲。
并联变流器的控制：故障期间，实时检测升压变压器低压侧向电网输出的电流，利用瞬时无功理论求得此时需要补偿的无功和谐波分量，并且向电网输出相应大小的电流。根据并联变流器所采用功率器件的功率范围设定输出电流的上限，如果指令值超出上限，则运行在最大输出的模式，尽量多的补偿系统所需无功。电网正常时，则需要根据直流环节电压和参考电压的比较，经过PI环节确定出有功电流的指令值，以这种方法来实时维持直流环节的电压稳定在一定的范围内。而故障期间，直流环节的电压控制则由主要直流环节的控制来实现。
由图1可见，含所述低电压穿越控制装置的风力发电系统，其连接方式是：低电压穿越控制装置串接与风机系统输出端与升压变压器的低压侧之间。低电压穿越控制装置包括串联变流器、串联耦合变压器、并联变流器、并联耦合变压器、直流环节、旁路开关和控制器。串联耦合变压器的副边接在风机系统和升压变压器之间，串联耦合变压器的原边与串联变流器连接；并联耦合变压器的副边并联接在升压变压器的低压侧；串联变流器和并联变流器直流侧均接到直流环节；控制器的控制端分别接串联变流器、并联变流器和直流环节。
由图2可见，控制器分别连接到串联变流器，并联变流器和直流环节，通过对三者的协调控制，共同完成了风电机低电压穿越功能。

Claims (2)

1.一种复合型风力发电机组低电压穿越控制装置，其特征在于该低电压穿越控制装置包括串联变流器(1)、串联耦合变压器(2)、并联变流器(3)、并联耦合变压器(4)、直流环节(5)、旁路开关(6)和控制器(7)，其中：串联耦合变压器(2)的副边接在风机系统(8)和升压变压器(9)的低压侧之间，串联耦合变压器(2)的原边与串联变流器(1)连接；并联耦合变压器(4)的副边并联接在升压变压器(9)的低压侧，并联耦合变压器(4)的原边与并联变流器(3)连接；串联变流器(1)和并联变流器(3)直流侧均接到直流环节(5)；控制器(7)的控制端分别接串联变流器(1)、并联变流器(3)和直流环节(5)；旁路开关(6)并联在串联耦合变压器(2)的副边两端；该低电压穿越控制装置整体接在风机系统(8)和升压变压器(9)的低压侧之间。
2.一种复合型风力发电机组低电压穿越控制方法，其特征在于该控制方法为：控制器(7)实时采集升压变压器(9)低压侧的三相电压，通过计算和分析判断是否发生故障，当发生故障时旁路开关关断，启动串联电压补偿；升压变压器(9)低压侧向电网输出电流，计算电流中的无功和谐波含量，提供无功和谐波补偿；正常状态下，并联变流器(3)调节直流侧电压稳定，电网向直流电容充电，故障状态下，通过直流环节(5)的控制保持直流母线电压稳定。
CN2011101936208A 2011-07-01 2011-07-01 复合型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法 Pending CN102280901A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011101936208A CN102280901A (zh) 2011-07-01 2011-07-01 复合型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011101936208A CN102280901A (zh) 2011-07-01 2011-07-01 复合型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102280901A true CN102280901A (zh) 2011-12-14

Family

ID=45106147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011101936208A Pending CN102280901A (zh) 2011-07-01 2011-07-01 复合型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102280901A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103390901A (zh) * 2013-08-15 2013-11-13 东南大学 风电机组综合串联补偿电压穿越装置及控制方法
CN103441504A (zh) * 2013-08-15 2013-12-11 东南大学 具有自充电功能的串联补偿低电压穿越装置及控制方法
CN104701838A (zh) * 2013-12-06 2015-06-10 广西大学 基于蓄电池储能的统一电能质量调节装置
CN106505620A (zh) * 2016-11-25 2017-03-15 国家电网公司 一种提高双馈风机故障穿越能力的暂态重构系统及控制方法
CN107658905A (zh) * 2017-10-31 2018-02-02 长沙理工大学 一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统和方法
CN107732930A (zh) * 2017-11-01 2018-02-23 西南交通大学 一种适用于地铁牵引供电系统的多功能变流器系统
CN109995068A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 北京金风科创风电设备有限公司 故障穿越控制装置和方法
CN111313436A (zh) * 2020-03-23 2020-06-19 云南电网有限责任公司 一种规避谐振的风电系统控制方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008004126A2 (en) * 2006-03-17 2008-01-10 Ingeteam, S.A. High voltage direct current link transmission system for variable speed wind turbine
CN101860043A (zh) * 2010-05-17 2010-10-13 东南大学 串联型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法
CN101969201A (zh) * 2010-09-17 2011-02-09 北京三得普华科技有限责任公司 一种用于辅助风力发电机实现低压穿越的动态电压稳定器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008004126A2 (en) * 2006-03-17 2008-01-10 Ingeteam, S.A. High voltage direct current link transmission system for variable speed wind turbine
CN101860043A (zh) * 2010-05-17 2010-10-13 东南大学 串联型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法
CN101969201A (zh) * 2010-09-17 2011-02-09 北京三得普华科技有限责任公司 一种用于辅助风力发电机实现低压穿越的动态电压稳定器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张步涵、曾杰、毛承雄、王云玲: "串并联型超级电容器储能系统在风力发电中的应用", 《电力自动化设备》 *
李明东: "风电场实现低电压穿越技术改造方案", 《中国电力》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103390901A (zh) * 2013-08-15 2013-11-13 东南大学 风电机组综合串联补偿电压穿越装置及控制方法
CN103441504A (zh) * 2013-08-15 2013-12-11 东南大学 具有自充电功能的串联补偿低电压穿越装置及控制方法
CN103441504B (zh) * 2013-08-15 2015-11-18 东南大学 具有自充电功能的串联补偿低电压穿越装置及控制方法
CN103390901B (zh) * 2013-08-15 2016-06-22 东南大学 风电机组综合串联补偿电压穿越装置及控制方法
CN104701838A (zh) * 2013-12-06 2015-06-10 广西大学 基于蓄电池储能的统一电能质量调节装置
CN106505620A (zh) * 2016-11-25 2017-03-15 国家电网公司 一种提高双馈风机故障穿越能力的暂态重构系统及控制方法
CN107658905A (zh) * 2017-10-31 2018-02-02 长沙理工大学 一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统和方法
CN107658905B (zh) * 2017-10-31 2023-08-15 长沙理工大学 一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统和方法
CN107732930A (zh) * 2017-11-01 2018-02-23 西南交通大学 一种适用于地铁牵引供电系统的多功能变流器系统
CN107732930B (zh) * 2017-11-01 2021-06-08 西南交通大学 一种适用于地铁牵引供电系统的多功能变流器系统
CN109995068A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 北京金风科创风电设备有限公司 故障穿越控制装置和方法
CN109995068B (zh) * 2017-12-29 2020-10-09 北京金风科创风电设备有限公司 故障穿越控制装置和方法
CN111313436A (zh) * 2020-03-23 2020-06-19 云南电网有限责任公司 一种规避谐振的风电系统控制方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102280901A (zh) 复合型风力发电机组低电压穿越控制装置及控制方法
CN102214931B (zh) 双馈感应风力发电机系统低电压穿越的方法
CN101136582B (zh) 一种全功率变流器直流侧卸荷电路的控制方法
CN102324754B (zh) 基于储能装置的双馈型风力发电机低电压穿越控制系统
WO2017148252A1 (zh) 提升双馈风电机组异常电压耐受能力的控制方法及控制系统
CN102522768B (zh) 一种双馈风力发电机组低电压穿越控制方法
CN103414205A (zh) 风电场超级电容储能型统一电能质量调节器
CN104362667A (zh) 一种双馈风电机组的高低电压穿越协同控制方法
CN103348131A (zh) 操作风力涡轮机的方法及与其适应的系统
CN101969201A (zh) 一种用于辅助风力发电机实现低压穿越的动态电压稳定器
Flannery et al. Evaluation of voltage sag ride-through of a doubly fed induction generator wind turbine with series grid side converter
CN102170135A (zh) 35kv大容量无功补偿和谐波抑制综合系统及其控制方法
CN104009497B (zh) 一种风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置及切换方法
CN101639040A (zh) 一种风力发电机组低电压运行的控制方法及装置
CN109245147A (zh) 储能型静止同步补偿装置及直流输电换相失败抑制方法
CN105098833A (zh) 用于微电网的异步恒速风电机组系统及其工作方法
CN104578150A (zh) 一种双馈型风力发电机组的控制方法
CN109638884A (zh) 一种基于sfcl和超导dvr协同控制的dfig低电压穿越方法
CN102299526A (zh) 一种双馈式风力发电机组低电压穿越控制方法及系统装置
CN201829955U (zh) 一种用于辅助风力发电机实现低压穿越的动态电压稳定器
CN106300415B (zh) 一种无刷双馈风力发电机组组合的低电压穿越方法
CN102064559A (zh) 一种高电压冗余的风力发电机变流器
CN104362672A (zh) 一种风力发电系统
CN104022529A (zh) 基于改进Crowbar的双馈风力发电机低电压穿越控制方法
CN203445627U (zh) 风力发电机组高低电压穿越装置及其系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20111214