[发明专利]一种海上风电串联并网的故障穿越控制系统及其控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及海上风电系统领域，更具体涉及一种带辅助功率环的海上风电串联并网的故障穿越控制系统及其故障穿越的控制方法。

背景技术：

电力系统中，随着风力发电渗透率的不断提高，电网对风电机组的特性要求亦不断提升。并网导则要求并网型风电机组必须具备低电压穿越(lowvoltageridethrough，LVRT)能力，即在电网发生低电压故障的一定时间范围内，不仅不允许机组脱网，而且需要向电网提供一定容量的无功支撑以便帮助电网电压的恢复。

目前对风电机组的低电压穿越应对措施有如下几种：

1)在背靠背变流器直流环节或交流端口加装卸荷电阻。这种方法可将直流母线电压的波动范围限制在10％的额定范围以内，但是存在效率较低，增加系统发热，造成散热设计困难等问题。

2)风机转速增加进而储能模式。该方法将不能释放的能量存储在机组传动链中，但是由于风机的转速升高且不受控制，会对风机的机械转轴安全运行带来一定风险，因此这种方法降低了风机的使用寿命。

3)采用储能系统将多余的能量储存起来，如飞轮储能、超级电容储能、电池储能、超导储能等。但是控制复杂程度增加，但会增加系统成本。

综上所述，需找到一种效率高并且能够低电压穿越的海上风电并网系统及其控制方法，对增加海上风电并网系统的故障穿越能力，提高风电发电的可靠性是重要的。

发明内容：

本发明的目的是提供一种海上风电串联并网的故障穿越控制系统及其控制方法，以满足海上风电低电压故障穿越能力要求，提高海上风电系统的可靠性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种海上风电串联并网的故障穿越控制系统，包括直流风机、与所述直流风机串联的储能单元、辅助功率环，输出电感、电流检测单元、电压检测单元以及控制器；

所述电流检测单元用于检测所述系统的电流；

所述电压检测单元用于检测所述系统的电压；

所述控制器根据检测到的电流和电压，在需要的情况下实现系统的低电压穿越；

所述辅助功率环，用于调节所述控制器的输出电压，使得所述直流风机的输出功率存储在所述储能单元中；

所述输出电感用于滤波所述直流风机的输出电压。

所述控制器包括：

数字控制处理器，用于根据接收到的数字信号执行控制算法并输出驱动PWM信号；

通讯接口，用于所述数字控制处理器与上位机之间的通讯；

电源模块，用于给所述控制器供电；

显示模块，用于对所述控制器的运行状态进行显示；

驱动模块，用于接收所述数字控制处理器输出的信号,并将所述信号进行放大后驱动所述风电机组的级联全功率变换器。

所述直流风机为双馈型直流风机或直驱型直流风机；所述双馈型直流风机包括双馈型风电发电机组以及全功率变换器；所述的直驱型直流风机包括直驱动风机及全功率变换器。

所述全功率变换器包括三相半桥变流器，所述的三相半桥变流器由三组桥臂组成，每个桥臂包括两个串联的功率器件。

所述全功率变换器还包括DC-DC变换器，在所述的DC-DC变换器和所述全桥变换器之间并联有电容器。

所述辅助功率环路包括串联的电感和电容。

所述储能单元包括铅酸电池、锂电池、液流电池或超级电容。

一种控制系统的控制方法，当外部电网出现故障时，所述控制器通过电压检测单元或电流检测单元检测到电压降低，则启动低电压穿越算法进行低电压穿越。

所述控制器改变输出驱动PWM信号，使所述直流风机的全功率变换器的输出交流或直流电压中包含一个高频分量，通过调节电压高频分量的幅度和相位，使所述直流风机输出的功率存储在储能单元中；当外部电网故障清除以后，将所述储能单元中的能量再释放回所并联的电网中。