CN105262139B - 一种提高风力发电机低压穿越特性的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种提高风力发电机低压穿越特性的系统及方法，包括：三相动态电压补偿器、饱和铁芯型电抗器、直流储能装置，其中：所述三相电压补偿器包括三组逆变电压线路，且所述逆变电压线路之间互相独立、不互相耦合；所述逆变电压线路的输入端与所述直流储能装置电连接，所述逆变电压电路的输出端分别与所述饱和铁芯型电抗器、风力发电机电连接；所述直流储能装置与所述饱和铁芯型电抗器电连接，所述饱和铁芯型电抗器连接到电网。当电网电压小范围波动时，所述三相电压补偿器对风力发电机两端电压进行动态补偿；当电网发生短路故障时，所述饱和铁芯呈最大阻抗，提高了风力发电机的低压穿越特性。

Description

一种提高风力发电机低压穿越特性的系统及方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种提高风力发电机低压穿越特性的系统及方法。

背景技术

近年来并网的风力发电系统数目不断增加，发电容量在发电系统中所占比例也越来越大，一旦风力发电机出现故障，对电网的影响愈发显著。用于风力发电的发电机有很多种，其中双馈风力发电机就是最常用的一种风力发电机之一。双馈风力发电机组定子侧与电网直接相连的结构特性决定了其对电网扰动尤其是电网电压波动异常敏感。当电网电压跌落时，双馈机组转子回路会产生过电压、过电流，不对称故障会使过电压、过电流现象更加严重，过电流会损害变流器，而过电压会损坏发电机的转子绕组，

目前在实现双馈风力发电系统低电压穿越运行的技术中，应用较多的是故障过程中投入转子保护电路来限制转子电流，但由于故障时电机将从电网吸收无功功率且电机电磁转矩波动剧烈，因此发电系统将对电网和风机传动轴系产生不利冲击。

发明内容

本发明实施例中提供了一种提高风力发电机低压穿越特性的系统及方法，以解决现有技术中的电网电压波动导致风力发电机低压穿越能力差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种提高风力发电机低压穿越特性的系统，所述系统包括：三相动态电压补偿器、饱和铁芯型电抗器、直流储能装置，其中：

所述三相电压补偿器包括三组逆变电压线路，且所述逆变电压线路之间互相独立、不互相耦合；

所述逆变电压线路的输入端与所述直流储能装置电连接，所述逆变电压电路的输出端分别与所述饱和铁芯型电抗器、风力发电机电连接；

所述直流储能装置与所述饱和铁芯型电抗器电连接，所述饱和铁芯型电抗器连接到电网。

优选地，所述逆变电路包括串联变压器、绝缘栅双极晶体管和LC滤波器，其中：

所述LC滤波器分别与所述串联变压器、所述绝缘栅双极晶体管均电连接；

靠近所述直流储能装置的所述绝缘栅双极晶体管与所述直流储能装置电连接；

所述串联变压器的输出端与所述饱和铁芯型电抗器、风力发电机均电连接。

优选地，所述饱和铁芯型电抗器包括一对铁芯，每个铁芯上均设置有一个交流绕线组和直流绕线组，其中一个铁芯的交流绕线组和直流绕线组产生的磁场是同向的，另一个铁芯的交流绕线组和直流绕线组产生的磁场是反向的。

优选地，所述直流储能装置包括蓄电池组或外接电源整流储存设备。

优选地，所述串联变压器、绝缘栅双极晶体管和LC滤波器均包括多组，且每组所述串联变压器、绝缘栅双极晶体管和LC滤波器均相互独立。

一种提高风力发电机低压穿越特性的方法，所述方法包括：

实时获取风力发电机端的电流和电压；

根据获取的电流和电压发出不同的控制指令；

接收所述控制指令；

控制所述三相动态电压补偿器或饱和铁芯型电抗器对风力发电机进行电压补偿。

优选地，所述根据获取的电流和电压发出不同的控制指令，包括：

将获取的电流与标准电流比较，且将获取的电压与标准电压进行判断；

根据判断的结果分别发出不同的控制指令。

优选地，所述根据判断的结果分别发出不同的控制指令，包括：

如果所述电流超过标准电压，判断是否为短路故障，如果是，发出饱和铁芯型电抗器启动指令；

如果所述电压与标准电压存在差异，发出启动三相动态电压补偿器指令。

优选地，控制三相动态电压补偿器或饱和铁芯型电抗器对风力发电机进行电压补偿，包括：

如果所述控制指令为饱和铁芯型电抗器启动指令，则控制饱和铁芯型电抗器启动对风力发电机进行电压补偿；

如果所述控制指令为启动三相动态电压补偿器指令，则控制三相动态电压补偿器对风力发电机进行电压补偿。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种提高风力发电机低压穿越特性的系统及方法，包括：三相动态电压补偿器、饱和铁芯型电抗器、直流储能装置，其中：所述三相电压补偿器包括三组逆变电压线路，且所述逆变电压线路之间互相独立、不互相耦合；所述逆变电压线路的输入端与所述直流储能装置电连接，所述逆变电压电路的输出端分别与所述饱和铁芯型电抗器、风力发电机电连接；所述直流储能装置与所述饱和铁芯型电抗器电连接，所述饱和铁芯型电抗器连接到电网。当电网电压小范围波动时，所述三相电压补偿器对风力发电机两端电压进行动态补偿；当电网发生短路故障时，所述饱和铁芯呈最大阻抗，提高了风力发电机的低压穿越特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种提高风力发电机低压穿越特性的系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种三相动态电压补偿器逆变电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种饱和铁芯型电抗器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种提高风力发电机低压穿越特性的方法流程示意图。

图1-4中，符号表示为：1-三相动态电压补偿器，2-饱和铁芯型电抗器，3-直流储能装置，4-风力发电机，5-电网，6-串联变压器，7-LC滤波器，8-绝缘栅双极晶体管，9-铁芯，10-交流绕线组，11-直流绕线组。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参见图1，为本发明实施例提供的一种提高风力发电机低压穿越特性的系统结构示意图，所述系统包括三相动态电压补偿器1、饱和铁芯型电抗器2、直流储能装置3，其中：所述三相电压补偿器1包括三组逆变电压线路，且所述逆变电压线路之间互相独立，不互相耦合；述逆变电压电路的输入端与所述直流储能装置3电连接，所述逆变电压电路的输出端分别与所述饱和铁芯型电抗器2、风力发电机4电连接；所述直流储能装置3与所述饱和铁芯型电抗器2电连接，所述饱和铁芯型电抗器2还用于连接到电网5。

如图2所示，所述三相动态电压补偿器逆变电压电路包括串联变压器6、LC滤波器7和绝缘栅双极晶体管8，其中：所述LC滤波器7分别与所述串联变压器6、所述绝缘栅双极晶体管8电连接，靠近所述直流储能装置3的所述绝缘栅双极晶体管8与所述直流储能装置3电连接，所述串联变压器6的输出端与所述饱和铁芯型电抗器2、风力发电机4电连接，所述串联变压器6、LC滤波器7和绝缘栅双极晶体管8均包括多组，且每组所述串联变压器6、LC滤波器7和绝缘栅双极晶体管8均是相互独立的。

逆变电压电路采用由绝缘栅双极晶体管8构成的三单相H桥逆变器，通过LC型滤波器7接入电网以稳定电压。其中三相全桥结构的三相输出电压相互关联,需要统一控制,且无法输出零序电压，此结构适用于三相三线制系统，而三单相H桥结构的三相输出电压相互独立,不互相耦合,可以实现对零序电压补偿,电路不复杂,容易满足独立控制。

如图3所示，所述饱和铁芯型电抗器2包括一对铁芯9，每个铁芯9上均设置有一个直流绕线组10和交流绕线组11，其中一个铁芯9的直流绕线组10和交流绕线组11产生的磁场是同向的，另一个铁芯9的直流绕线组10和交流绕线组11产生的磁场是反向的。

正常情况下，额定的交流电流通过交流线圈所产生的交流磁场不足以使铁芯9脱离饱和区，铁芯9内的磁感应强度不变，相应的，穿过交流绕线组11的磁通量恒定，交流绕线组11两端的感应电动势为零，因此，交流绕线组11上的电压降为零，即线圈对电网无影响.当电力系统出现短路故障时，情况刚好相反，瞬间突然增大的短路电流使得交流线圈长生的磁通势增加过直流线圈产生的磁通势，使其中一个铁芯脱离饱和状态，随之在交流线圈中引起磁通量的变化，交流绕线组11上产生了感生电动势，具有压降，产生高感抗。同时为了配合DVR在故障时抬升风力机机端电压，风机在不同的工况下，可以通过调节直流励磁电流，进一步调节电抗器低电压穿越过程中的阻抗大小。当故障切除后又可快速的自动恢复到故障前的工作状态。

所述直流储能装置包括蓄电池组或外接电源整流储存设备，由单独的蓄电池组或者通过外接电源整流后储存得到，并同时为本系统三相动态电压补偿器和饱和铁芯型电抗器提供直流电源。

由上述实施例可见，本发明实施例提供的一种提高风力发电机低压穿越特性的系统，包括：三相动态电压补偿器1、饱和铁芯型电抗器2、直流储能装置3，其中：所述三相电压补偿器1包括三组逆变电压线路，且所述逆变电压线路之间互相独立，不互相耦合，所述逆变电压电路的输入端与所述直流储能装置电连接，所述逆变电压电路的输出端分别与所述饱和铁芯型电抗器2、风力发电机电连接，所述直流储能装置3与所述饱和铁芯型电抗器2电连接，所述饱和铁芯型电抗器2连接到电网。当电网电压小范围波动时，所述三相电压补偿器对风力发电机两端电压进行动态补偿；当电网发生短路故障时，所述饱和铁芯呈最大阻抗，进入限流状态，对外呈现大阻抗，由于三相电压补偿器1和饱和铁芯型电抗器2在很大程度上提高了机端电压，提高了风力发电机的低压穿越特性。

与本发明提供的一种提高风力发电机低压穿越特性的系统实施例相对应，本发明还提供了一种提高风力发电机低压穿越特性的方法实施例。

参见图4，为本发明实施例提供的一种提高风力发电机低压穿越特性的方法流程示意图，所述方法包括：

实时获取风力发电机端的电流和电压；

根据获取的电流和电压发出不同的控制指令，具体为：

将获取的电流与标准电流比较且将获取的电压与标准电压进行判断，根据判断的结果分别发出不同的控制指令。如果所述电流超过标准电压，判断是否为短路故障，如果是发出饱和铁芯型电抗器启动指令；如果所述电压与标准电压存在差异，发出启动三相动态电压补偿器指令。

接收所述控制指令，控制所述三相动态电压补偿器或饱和铁芯型电抗器对风力发电机进行电压补偿，具体为：

如果所述控制指令为饱和铁芯型电抗器启动指令，则控制饱和铁芯型电抗器启动对风力发电机进行电压补偿；如果所述控制指令为启动三相动态电压补偿器指令，则控制三相动态电压补偿器对风力发电机进行电压补偿。

当电压发生波动时对其进行及时补偿，此时风力发电机端电压为电网电压与三相动态电压补偿器补偿电压之和。若电网电压骤降幅度巨大，同时电流急剧增大，系统中饱和铁芯型电抗器阻抗也随之增大，此时风机机端电压为电网电压、三相动态电压补偿器补偿电压和饱和铁芯型电抗器两端压降的总和。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，可与方法实施例相互对照参考。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种提高风力发电机低压穿越特性的系统，其特征在于，所述系统包括：三相动态电压补偿器、饱和铁芯型电抗器、直流储能装置，其中：

所述三相电压补偿器包括三组逆变电压线路，且所述逆变电压线路之间互相独立、不互相耦合；

所述逆变电压线路的输入端与所述直流储能装置电连接，所述逆变电压线路的输出端分别与所述饱和铁芯型电抗器、风力发电机电连接；

所述直流储能装置与所述饱和铁芯型电抗器电连接，所述饱和铁芯型电抗器连接到电网，电网发生短路故障时，所述风力发电机调节直流励磁电流，改变所述饱和铁芯型电抗器的阻抗值。

2.根据权利要求1所述的提高风力发电机低压穿越特性的系统，其特征在于，所述逆变电压线路包括串联变压器、绝缘栅双极晶体管和LC滤波器，其中：

所述LC滤波器分别与所述串联变压器、所述绝缘栅双极晶体管均电连接；

靠近所述直流储能装置的所述绝缘栅双极晶体管与所述直流储能装置电连接；

所述串联变压器的输出端与所述饱和铁芯型电抗器、风力发电机均电连接。

3.根据权利要求1所述的提高风力发电机低压穿越特性的系统，其特征在于，所述饱和铁芯型电抗器包括一对铁芯，每个铁芯上均设置有一个交流绕线组和直流绕线组，其中一个铁芯的交流绕线组和直流绕线组产生的磁场是同向的，另一个铁芯的交流绕线组和直流绕线组产生的磁场是反向的。

4.根据权利要求1所述的提高风力发电机低压穿越特性的系统，其特征在于，所述直流储能装置包括蓄电池组或外接电源整流储存设备。

5.根据权利要求2所述的提高风力发电机低压穿越特性的系统，其特征在于，所述串联变压器、绝缘栅双极晶体管和LC滤波器均包括多组，且每组所述串联变压器、绝缘栅双极晶体管和LC滤波器均相互独立。

6.一种提高风力发电机低压穿越特性的方法，其特征在于，所述方法包括：

实时获取风力发电机端的电流和电压；

根据获取的电流和电压发出不同的控制指令；

接收所述控制指令；

控制三相动态电压补偿器或饱和铁芯型电抗器对风力发电机进行电压补偿，电网发生短路故障时，所述风力发电机调节直流励磁电流，改变所述饱和铁芯型电抗器的阻抗值。

7.根据权利要求6所述的提高风力发电机低压穿越特性的方法，其特征在于，所述根据获取的电流和电压发出不同的控制指令，包括：

将获取的电流与标准电流比较，且将获取的电压与标准电压进行判断；

根据判断的结果分别发出不同的控制指令。

8.根据权利要求7所述的提高风力发电机低压穿越特性的方法，其特征在于，所述根据判断的结果分别发出不同的控制指令，包括：

如果所述获取的电流超过标准电流，判断是否为短路故障，如果是，发出饱和铁芯型电抗器启动指令；

如果所述获取的电压与标准电压存在差异，发出启动三相动态电压补偿器指令。

9.根据权利要求8所述的提高风力发电机低压穿越特性的方法，其特征在于，控制三相动态电压补偿器或饱和铁芯型电抗器对风力发电机进行电压补偿，包括：

如果所述控制指令为饱和铁芯型电抗器启动指令，则控制饱和铁芯型电抗器启动对风力发电机进行电压补偿；

如果所述控制指令为启动三相动态电压补偿器指令，则控制三相动态电压补偿器对风力发电机进行电压补偿。