[发明专利]一种风电变流器静态无功补偿系统及方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种风电变流器静态无功补偿系统及方法，更具体的说，尤其涉及一种利用变流器现有器件在风力发电机脱网状态下进行补偿工作的风电变流器静态无功补偿系统及方法。

背景技术

对于一定容量的电力系统，若只依靠发电机这一唯一有功电源来提供有功功率，也基本用其作为无功电源来提供无功功率的话，电力系统之间由于无功功率不断地来回交换会引起发电、输电及供配电设备上的电压损耗和功率损失。同时由于系统容量是有功功率和无功功率的矢量和，当无功功率增加时，有功功率也会减少，造成经济损失。因此无论何种电力系统均需要无功补偿。

风力发电近年来在国内呈爆发式增长，风电在电力系统中所占比重正日益增加。但由于风能固有的随机性、波动性等缺陷，风电稳定性较差，对电网的冲击性较大，尤其在电网故障情况下，风力发电机短时间会吸收大量无功，可能将情况进一步恶化。

针对上述情况，在风电场中，通常会设置无功补偿装置。但随着风电场容量的扩大，风电场如何应对电网故障以及快速响应电网的无功补偿需要已经成为亟待解决的问题。

在2009年1月20日申请的专利号为200920004211、2010年11月4日申请的专利号为201020591051、2011年8月23日申请的专利号为201120309542的三个实用新型专利中，采用的是在风电场的出口处进行集中无功补偿，但这种无功补偿方式只能减少装设点以上的线路和变压器因输送无功功率造成的损耗，不能减少用户内部向用电设备输送无功功率所造成的损耗，节电效益受到限制。

在2008年11月21日申请的专利号为200820115643、2010年12月29日申请的专利号为201020699547的两个实用新型专利中，采用的是就地分散无功补偿方式，有利于对无功进行内部分区控制，实现无功负荷分区平衡，内部损耗明显降低，但这些方式增加了额外的无功补偿装置，造成单机成本增加。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种利用变流器现有器件在风力发电机脱网状态下进行补偿工作的风电变流器静态无功补偿系统及方法。

本发明的风电变流器静态无功补偿系统，变流器位于风力发电机的输出端与变压器二次侧之间，变压器的一次侧为风场电网；变流器包括网侧功率模块、机侧功率模块和中央控制单元；网侧功率模块通过网侧滤波器与变压器相连接，机侧功率模块通过机侧滤波器与风力发电机的输出端相连接；网侧功率模块与机侧功率模块通过包含电容组的直流母线相连接；其特别之处在于：无功补偿系统包括带电容组的直流母线、网侧功率模块、网侧滤波器、中央控制单元、变压器以及设置于变压器二次侧的电压检测器和电流检测器，所述电压检测器和电流检测器的输出端均与中央控制单元相连接；中央控制单元连接有驱动电路，驱动电路控制网侧功率模块进行无功补偿；中央控制单元还连接有控制整个风力发电机正常运行的风机主控系统。

变流器通过对风力发电机输出的交流电的控制和转化，可有效地将其并入到电场电网中；网侧功率模块、机侧功率模块均由功率开关器件组成，可实现整流、逆变控制，实现风力发电机的正常发电和并网。网侧滤波器、机侧滤波器实现滤波作用，包含电容组的直流母线实现直流稳压作用。利用变流器固有的直流母线、网侧功率模块、网侧滤波、中央控制单元、变压器、电压检测器以及电流检测器来构成无功补偿电路；在风力发电机脱网状态下，由其对电网进行无功补偿，节约了成本，扩大了补偿范围。

本发明的风电变流器静态无功补偿系统，所述网侧功率模块由三个全桥电路组成，每个全桥由两个依次串联的全控功率器件组成；三个全桥的正负极相连接后接于直流母线的两端；所述全控功率器件的控制端均与驱动电路的输出端相连接。在无功补偿的过程中，通过对每个桥臂上全控功率器件导通状态的控制，来实现电网的无功补偿。

本发明的风电变流器静态无功补偿系统，所述中央控制单元连接有进行远距离通讯的远程通讯单元。通过远程通讯单元，中央控制单元可实现远程的有线或无线通讯，便于远距离监测、操控变流器的工作。

本发明的风电变流器静态无功补偿系统，所述风力发电机上设置有与中央控制单元相连接的编码器，风力发电机的输出侧设置有转子短路保护器。编码器实现对风力发电机转速的检测，转子短路保护器实现对发电机转子回路的保护。

本发明的风电变流器静态无功补偿系统，所述风力发电机的控制端连接有风机主控系统，中央控制单元与风机主控系统的输出端相连接。中央控制单元实现对变流器的控制，风机主控系统实现对整个风力发电系统的控制。