[实用新型]串联型风力发电机组低电压穿越控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及风力发电机组低电压穿越控制技术，属于新能源发电技术领域。

背景技术

在未来的一段时间内，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，发展包括风力发电在内的可再生能源是中国能源困境的最终解决办法。针对中国发展风电的实际情况，风电场与电网的协调规划和建设是当前最关键的问题。由于风能是一种不能人为控制且极不稳定的能源，时断时续，如何将风能开发出来并入电网，保证电网安全稳定地运行，这是一个急需解决的问题。因此，随着电网中风电所占比重的不断增加，世界各国在提高电网风电承受能力的同时，对并网风电机组提出了比以往更高的技术要求，如低电压穿越(LVRT)能力、有功和无功功率控制能力等。其中，风电机组的低电压穿越能力是风电机组设计制造技术的最大挑战。风力发电机的低电压穿越能力，是指在电网故障期间风电机组端电压降低到一定值的情况下，风电机组在一定时间范围内能够保持并网不间断运行的能力。目前风电发展领先的一些国家，已经相继制定了新的风电并网导则，定量给出了风电机组脱网的条件。

对于不同类型风电机组，其LVRT功能的实现方法也有所不同。目前用来提高LVRT能力的措施主要有桨距角控制、转子加速控制、定子Crowbar控制、转子Crowbar控制和动态无功补偿等。但是，双馈异步电机(DFIG)转子接入Crowbar装置后作为鼠笼异步电机运行，成为一个消耗感性无功的负载，不仅不能对电网电压起支持作用，反而阻碍故障切除后电网电压的恢复，另外DFIG不同运行状态间的切换，需要较为复杂的控制逻辑，否则会引起较大的振荡过程，影响传动轴、齿轮箱和轴承等机械部件的安全运行和降低使用寿命。当电网中加装了先进的动态无功补偿装置(SVC、STATCOM、DVR等)，使LVRT性能较差的恒速异步机组也具备了一定的LVRT能力，但动态无功补偿装置的经济性较差。

中国的风电并网导则呼之欲出，研制具有LVRT功能的风电机组已经成为国内风电整机厂家迫在眉急的任务，因此，开发一种适用机型广泛的低电压穿越控制装置，既可以用于新机组，又可以用于已投运机组的低电压穿越功能改造，可提高含风电场电网的稳定性，使风电的成本和环保优势得到切实的体现，这无疑将极大推动风力发电这种可再生能源的开发利用规模，带动国内相关风力发电设备造业的发展，对国民经济的健康快速发展起着重要作用。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的在于提供一种适用机型广泛的串联型风力发电机组低电压穿越控制装置，使其既可以用于新机组，又可以用于已投运机组的低电压穿越功能改造，在电网发生低电压故障的情况下，系统可快速输出平衡电压以补偿电网电压的跌落，使发电机端口观察到的电压基本稳定，从而使得风力发电机组具有低电压穿越的能力，根据需要系统还可向电网提供一定的无功功率，并且避免工作模式切换过程中可能产生的振荡过程，保证发电机组机械部件的安全可靠运行，延长使用寿命。

技术方案：本实用新型的一种串联型风力发电机组低电压穿越控制装置包括耦合变压器、PWM变换器、储能电容、卸荷电路和控制器，其中：耦合变压器的原边接在发电机和升压变压器回路中，耦合变压器的副边与PWM变换器连接，PWM变换器直流侧接储能电容和卸荷电路，控制器的控制端分别接PWM变换器、卸荷电路；该低电压穿越控制装置串接于发电机与升压变压器的低压端之间。

所述卸荷电路包括：功率器件和电阻，控制器中的卸荷电路控制的输出端接功率器件的控制端，功率器件与电阻串联连接后，其电阻的另一端和功率器件的另一端分别接PWM变换器。

所述功率器件的具体形态为晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。

风力发电低电压穿越控制装置的控制方法为：通过控制器连续量测升压变压器低压侧的实时电压并与正常情况电压值的模和相角进行比较，若偏差达到电网发生了低电压故障的程度，控制器将调节低电压穿越控制装置的PWM变换器来补偿电网上的电压跌落，将发电机端电压维持在一定的水平，从而实现低电压穿越；控制器同时监测直流侧储能电容两端的直流电压与设定值进行比较，若直流电压升高并超过限值，控制器触发卸荷电路的功率器件以调节直流电压降低至安全的范围内。

有益效果：本实用新型的优点在于：串联接入于风力发电机定子和变压器之间的风电机组低电压穿越控制装置，通过连续量测固定点的实时电压比较正常情况电