[发明专利]基于有源型电压源直流输电的风电并网功率稳定器

说明书

技术领域

本发明属于电网功率稳定技术领域，特别涉及一种基于有源型电压源直流输电的风电并网功率稳定器。

背景技术

能源是人类社会存在和发展的物质基础，而能源紧缺、环境恶化的日趋严重是涉及人类生存及发展的全球性问题；可再生能源属于可循环使用的清洁能源，是未来能源系统的希望；可再生能源资源十分丰富，而且它不受地域限制，可就地利用，具有巨大的发展潜力和应用前景；作为可再生能源技术中开发最成熟的风能，已走向规模化和产业化，风力发电在电网中的比例越来越大；由于风力发电是一种间歇式能源，风电场的输出功率是动态变化的；这个特点对传统电力系统业已成熟的运行模式是个很大的冲击，这种动态大容量电源并入电网后将会影响到系统的安全稳定运行，对电网的运行带来负面影响；因此，并网风电场对电网的影响是一个迫切需要解决的问题，具有十分重要的现实意义；

从上世纪80年代起，随着大型并网风电场在欧美等发达国家的出现，国外学者就开始关注风电对电力系统的影响，研究风电的并网运行对电网的影响；我国风力发电起步较晚，对于接入到大电网的风电场，其容量在电网总装机容量中占的比例很小，风电功率的注入对电网频率影响较小，目前不是制约风电场规模的主要问题；然而，我国风电这几年发展很快，2004年底，我国并网风力发电装机容量为76.4万千瓦，2006年底风电装机达到258万千瓦，增长迅速，预计到2020年，我国风力发电将达到4000万千瓦的装机容量；随着并网风力发电在电网总装机容量中占的比例不断提高，它对电网频率、电压的影响将不容忽视，对电网的安全稳定运行将构成一定的威胁，并将制约风电场规模的进一步发展；

目前风电场与电网的连接方式有直接交流并网、通过电流源高压直流输电(基于晶闸管技术)或电压源高压直流(voltage-source converter，highvoltage director current，VSC HVDC)输电并网；由于电压源直流输电系统具有能立即导通和立即关断的控制阀-基于绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)技术，通过对控制阀的开和关，实现对交流侧电压幅值和相角的控制，从而达到独立控制有功功率和无功功率的目的，且换流站不需要无功补偿、不存在换向失败等问题，这些特点使得电压源直流输电技术在连接风电场并网方面具有一定的优越性；

目前国内外研究的电压源直流输电，其直流母线上无储能装置，我们称之为无源型；我们在直流母线上并接储能装置，我们称直流母线并接储能装置的电压源直流输电为有源型电压源直流输电，其换流站控制技术通常一端采用直流电压与无功功率(或交流电压)控制相结合，另一端采用有功功率与无功功率(或交流电压)控制相结合，由于其有功、无功功率控制完全解耦，因此其控制性能优越，在国外风电场并网连接上得到很多应用；目前研究的电压源直流输电技术主要用于传输功率，并没有解决风电场风能波动对电网的影响；由于风电的波动对并网运行的电网的电能质量以及安全稳定运行构成一定的威胁，它将制约风电场规模的进一步发展；

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于有源型电压源直流输电的风电并网功率稳定器。其特征在于：该稳定器是一种通过并联在电压源直流母线上的储能装置，补偿风电的动态波动，稳态运行时，使风电通过电压源直流输电注入到电网的功率稳定器；电网故障时，调节其注入到电网的有功功率和无功功率，提高电网的稳定运行性能；所述稳定器含有整流器、逆变器、储能装置、直流母线和控制器，其中：

整流器，该整流器的输入端与风场相连，输出端与直流母线输入端相连，将风场输出的交流电整流成直流电；

逆变器，该逆变器的直流输入端与直流母线输出端相连，逆变器的输出端与电网相连；

直流母线，该直流母线的输入端与上述整流器的输出端相连，该直流母线的输出端与上述逆变器的输入端相连，该直流母线上并接着下述储能装置；

储能装置，并接在上述直流母线上；

控制器，是一种数字控制电路，采用数字信号处理器、单片机、计算机中的任何一种；

该控制器按以下步骤实现稳态运行时风电注入到电网的功率的稳定；电网故障时，调节输出功率改善电网的稳定运行性能。

一种基于有源型电压源直流输电的风电并网功率稳定方法，其特征在于：具体的调节步骤如下：

步骤1.初始化：

输入风场风能波动曲线；

输入整流器直流母线电压给定值V_dcref；