[发明专利]一种风电场低电压穿越装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风电场低电压穿越装置及其控制方法。

背景技术

现有的风电场低电压穿越技术研究主要集中在：1、提高风电机组的低电压穿越能力以及在穿越期间的无功支撑能力（改善系统稳定性）；2、采用包括静止无功补偿器（SVC）、静止同步补偿器（STATCOM）等在内的快速动态无功补偿装置，在电网电压跌落期间帮助风电机组恢复机端电压，在电压故障恢复后抑制过电压，以达到提高风电场的故障穿越能力；3、通过增加包括并联电阻、串联电阻等有功消耗设备对有功功率进行调节，吸收过剩有功功率而不消耗无功功率，以提高风电场的低电压穿越能力。

目前，针对现有风电机组，要提高风电机组的低电压穿越能力，必须对其进行技术改造。例如，针对双馈式风电机组需在其变流器中增加交流侧主动式Crowbar及直流侧Chopper（或称DBR动态刹车电阻）；对于直驱式风电机组，需在其变流器中增加直流侧大功率Chopper；对于异步型风电机组（定桨距或变桨距型），需增加大容量快速无功补偿装置。

由于近年来风电的飞速发展，风电机组的整机厂商、变流器供应商众多，技术水平参差不齐，在短期内改造的实施难度巨大，特别是以异步型风电机组构成的风电场技术改造工作更是非常艰巨。因此，从风电场的整体出发进行技术改造是实现风电场低电压穿越最便捷有效的途径。

采用SVC、STATCOM等快速动态无功补偿装置虽然有助于提高风电场的低电压穿越能力，然而在实际应用中所需的容量巨大，经济性较差，同时也无法彻底解决风电场的低电压穿越问题。

目前，有学者研究在异步型风电机组出口串联电阻的解决方案，在未发生电压跌落时，通过旁路开关短接电阻，在电网故障时刻，旁路开关断开，将串联电阻串入异步型风电机组与电网接入点之间。一方面电阻有一定的限流能力，更为重要的是它可以增大机组送出的线路电阻，一定程度上减少机组电磁功率的衰减，延缓转速的上升，同时在电网故障清除后有助于机端电压和电网连接点的电压恢复过程。这种方法的问题在于，串联电阻的旁路开关只能选择机械开关（如中高压断路器）或可控电力电子开关（如双向可控硅高压阀串）。由于机械开关的动作速度较慢（不考虑检测与控制的时间，也需约40毫秒至100毫秒左右），而电网发生电压故障时刻，异步型风电机组的无功电流瞬时即可达到机组额定的十倍以上，对断路器的安全分断带来极大的困难。而采用可控电力电子开关的经济性和安全性又较差（双向可控硅高压阀串也需分断数倍额定电流）。基于上述原因，这种方法在实际中未见应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种风电场低电压穿越装置及其控制方法，解决了以下三个问题：1、电网故障瞬时风电机组的无功电流（瞬时可超过十倍）限制以及风电场内短路时的故障电流限制；2、电压跌落期间风电场内快速无功补偿以及风电机组电磁功率维持（避免转速快速上升）；3、电网故障清除后的发电机机端电压快速恢复（恢复电磁功率）。

本发明提供的一种风电场低电压穿越装置，包括风电场、电抗器、二极管、可调电压源、断路开关和电网系统；其改进之处在于，

所述可调电压源与所述电抗器串联后与所述二极管并联，构成一组故障电流限制电路；

两组所述故障电流限制电路串联后，一端与所述风电场连接，另一端通过所述断路开关与所述电网系统连接。

其中，所述低电压穿越装置包括并联的机械旁路开关和串联电阻；所述并联的机械旁路开关和串联电阻串联在所述故障电流限制电路与所述断路开关之间。

其中，所述电抗器为限流电抗器，所述限流电抗器包括中压空心限流电抗器。

其中，所述串联电阻包括铁合金电阻或铸铁电阻。

其中，所述可调电压源为低压可调直流源；所述低压可调直流源包括低压大电流可控硅整流器。

本发明基于另一目的提供的一种风电场低电压穿越装置的控制方法，其改进之处在于，当电网系统出现故障时，闭合断路开关，断开机械旁路开关，限流电抗串联在风电场与系统连接点之间，在电流冲击时限制故障电流，断开机械旁路开关，串联电阻接入回路，减少机组电磁功率的衰减和风电机组机端电压和电网连接点电压恢复，从而实现风电场的低电压穿越。

与现有技术比，本发明的有益效果为：