[发明专利]一种基于SFCL和SMES提高双馈风机故障穿越能力的系统及方法

说明书

本发明涉及电力系统及自动化技术，具体涉及一种基于SFCL和SMES提高双馈风机故障穿越能力的系统及方法，系统包括以经典双馈风机为基础，在双馈风机的定子侧安装电阻型超导故障限流器，在双馈风机的直流链路上经双向DC/DC换流器安装超导磁储能装置；电阻型超导故障限流器用于限制双馈风机定子故障电流，改善双馈风机机端电压暂降，并吸收双馈风机中部分多余有功功率；超导磁储能装置用于平抑不平衡功率和电磁转矩振荡。基于SFCL和SMES的双馈风机故障穿越方法在对称故障及不对称故障下均能限制故障电流，抑制电压变化，平抑不平衡功率和电磁转矩振荡。可使双馈风机在故障穿越期间得到高效的故障穿越支撑，提升双馈风机的暂态性能。

技术领域

本发明属于电力系统及自动化技术领域，尤其涉及一种基于SFCL和SMES提高双馈风机故障穿越能力的系统及方法。

背景技术

随着电力需求的大幅增加，风力发电由于其较低的成本、易于维护、环境友好等优点得到了广泛的重视，在全球可再生能源发电装机容量中占据了绝大部分份额。

按发电机运行方式分类，风力发电系统可分为恒速恒频和变速恒频风力发电系统。与恒速恒频发电系统相比，基于双馈感应发电机的风力发电机组(Doubly FedInduction Generator Based Wind Turbine，DFIG-WT，以下简称双馈风机)作为一种变速恒频风力发电系统，具有以下4个优点：1)能有效捕获最大功率；2)可运行于较宽的转速范围内；3)能减小的涡轮机械应力；4)可降低声学噪音。

双馈风机对电网扰动，特别是电网故障具有很高的敏感性。当电网发生故障时，双馈风机定子电流增加，机端电压骤降。此外，由于定子和转子之间的磁耦合，转子将流过过大的电流，导致转子侧换流器(Rotor Side Converter，RSC)故障。因此，转子侧换流器将被闭锁，风力发电机组将跳闸。随着风能作为可再生能源的日益普及，这个问题会变得更加严重，并且会对系统的整体稳定性造成负面影响。因此，有必要提高双馈风机在故障期间保持连接到电网的能力，即故障穿越(Fault Ride-Though，FRT)能力。

故障限流器(Fault Current Limiter，FCL)常用于限制电力系统电路容量，减轻高压电气设备的动、热负担，提高其使用寿命和动作可靠性。目前故障限流器类型不一而足，如电力电子故障限流器、固态故障限流器、超导故障限流器(Superconducting FaultLimiter，SFCL)等。其中，超导故障限流器凭借其反应迅速、可自动复位、自动触发、限流效果突出、多次动作等优点得到广泛关注。可利用超导故障限流器的优点，将其应用于双馈风机故障穿越中。目前电力存储技术主要包括蓄电池储能、超导磁储能、飞轮储能、超级电容器储能、蓄水储能、压缩空气储能等。考虑到应用于双馈风机的储能装置在故障穿越期间应能够快速进行大功率充放电的需求，而超导磁储能装置(Superconducting MagneticEnergy Storage，SMES)正好具有快速充放电、循环寿命长等特点，因此超导磁储能装置在双馈风机的故障穿越中具有很大的应用价值。但超导磁储能装置仅对于平抑不平衡功率具有显著作用，对于限制故障电流和抑制电磁转矩振荡的效果有限。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种针对典型的双馈风机，在对称故障及不对称故障下均能限制故障电流，抑制电压变化，平抑不平衡功率和电磁转矩振荡的系统。

本发明的目的之二是提供一种基于超导故障限流器-超导磁储能装置的双馈风机故障穿越方法。

为实现上述第一个目的，本发明采用的技术方案是：一种基于SFCL和SMES提高双馈风机故障穿越能力的系统，以经典双馈风机为基础，在双馈风机的定子侧安装电阻型超导故障限流器，在双馈风机的直流链路上经双向DC/DC换流器安装超导磁储能装置；电阻型超导故障限流器用于限制双馈风机定子故障电流，改善双馈风机机端电压暂降，并吸收双馈风机中部分多余有功功率；超导磁储能装置用于平抑不平衡功率和电磁转矩振荡。