[发明专利]一种基于超导磁储能的双馈风机低电压穿越方法

说明书

本发明公开了双馈风机设备技术领域的一种基于超导磁储能的双馈风机低电压穿越方法，步骤包括：建立超导磁储能系统；判断双馈电机是否处于故障状态，在双馈电机运行在非故障状态时，电压源型逆变器处于热备用状态，不与转子绕组进行能量交换，DC‑DC变换器执行平滑输出功率控制；在故障发生后，DC‑DC变换器对电容进行稳压控制，电压源型逆变器执行暂态电压控制和电流反向跟踪控制，双馈电机转子侧逆变器执行暂态电压控制和电流反向跟踪控制。本发明改善了双馈风机能量输出不稳定问题，同时提高了双馈风机的低电压穿越能力。

技术领域

本发明涉及双馈风机设备技术领域，特别涉及一种基于超导磁储能的双馈风机低电压穿越方法。

背景技术

风力发电是一种分布式可再生能源发电系统，风力发电机组一般由风轮机、齿轮箱、发电机及其控制系统组成的。常用的风力发电机有鼠笼型感应发电机、双馈感应发电机和永磁同步发电机，其中鼠笼型感应发电机直接接入电网，双馈感应发电机定子直接接入电网，转子通过逆变器接入电网，永磁同步发电机则是通过逆变器接入电网。目前的风力发电市场中，双馈风机所占比例较大。随着全球能源互联网的提出，风能、太阳能等绿色能源将会逐渐取代传统燃料能源。过去，在风机发电比例不是很大时，风机脱网还可以接受。随着近几年风机容量不断增加并部分取代了传统发电方式，因此一旦有风电场脱网，脱网的功率就可能相当大，这会加剧电网功率缺额。

由于双馈风机的低电压穿越能力较弱，当发生短路故障时，双馈风机因为各许多参数在故障下都达到了超过最大允许值的情况，不得不与大电网断开。故障清除后，双馈风机重新启动，接入电网。这个过程需要一定时间，如果风电场中双馈风电机组发电量在电网中所占比重比较大，故障清除后就不能及时的连入电网，这就可能造成停电等一系列事故。

能量输出不稳定和低电压穿越能力弱是双馈风机领域亟待解决的两个主要问题。能量输出不稳定的问题与风力发电受风速变化影响较大的内在特性相关，也是所有新能源发电共有的问题。双馈风机低电压穿越能力弱的原因主要与其和电网的连接方式有关。双馈风机的定子绕组直接与电网相连，当电网发生故障时，定子绕组中感生出零序和负序磁链，继而在转子中感生出数倍于转子侧变流器电压输出能力的反向感应电动势，从而造成过电流和过转矩，严重时极易造成风机转子侧变流器和变速箱的损毁。现有低电压穿越方案主要分为软件方案、硬件方案及软硬件结合方案三类。现有软件控制技术主要有去磁电流控制、双电流反向跟踪控制等。软件控制仅在电压暂降不是很严重时可以较好的保护双馈风机，当电网发生严重电压暂降时，由于变流器容量限制，转子侧变流器无法完成控制器的输出要求，导致转子侧出现过电压、过电流，双馈风机出现过转矩等问题，无法有效实现双馈风机低电压穿越运行，需增加额外的硬件保护措施。现有针对单台机组的硬件保护措施主要有撬棒保护方案、直流卸荷电路方案等。硬件保护方案仍存在部分局限性。以上所提方案均无法解决双馈风机正常运行下输出功率不稳的问题；由于硬件设备本身的缺陷，无法较好解决不对称电网故障下各关键参数的震荡问题等。

发明内容

本发明的目的在于采用一种方案而同时解决低电压穿越及能量输出不稳定的问题，为解决低电压穿越问题提供一种新思路，提高风电场设备稳定性及电网安全、可靠运行水平。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于超导磁储能的双馈风机低电压穿越方法，包括以下步骤：

S1：建立超导磁储能系统，系统包括DC-DC变换器、超导线圈、电容及电压源型逆变器，超导线圈并联在DC-DC变换器之间，电容并联在DC-DC变换器和电压源型逆变器之间，电压源型逆变器A、B、C相与双馈风机转子侧并联连接；

S2：判断双馈电机是否处于故障状态，

在双馈电机运行在非故障状态时，注入电压源型逆变器的两个控制信号均置于0，此时连接双馈电机转子侧的电压源型逆变器处于热备用状态，不与转子绕组进行能量交换，DC-DC变换器执行平滑输出功率控制，