[发明专利]基于储能装置和变流器重构的双馈风机穿越系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于储能装置和变流器重构的双馈风机穿越系统及方法，其系统包括双馈感应风机、转子侧变流器、电容数字转换器、网侧变流器、电感L_g、电感L、开关S₁、开关S₂、开关S₃、耦合变压器、串联变压器、电网和超导磁储能器。在故障期间，网侧变流器由并联运行模式切换至串联运行模式，以维持定子端电压不变为目标，并控制转子侧变流器根据并网点电压自适应发出动态感性/容性无功电流。该方法既可以维持双馈感应风机机端电压，也可以为电网提供无功支撑，有效地实现双馈感应风机的低高电压连续故障穿越。

技术领域

本发明属于双馈风机穿越技术领域，具体涉及一种基于储能装置和变流器重构的双馈风机穿越系统及方法。

背景技术

为了实现中国碳达峰和碳中和的目标，大规模风电功率通过高压直流输电系统进行外送的场景将更加凸显。由于双馈感应发电机灵活运行的特点，其已在世界范围内获得广泛使用。然而，当高压直流输电系统的逆变侧发生换相失败，因为高压直流输电自身控制策略和无功补偿机制将导致送端风电场母线产生“先低后高”的连续故障。相比于单一电压故障，双馈感应发电机在此种新型故障下将产生更严重的暂态冲击，面临更大的脱网风险。高压直流输电系统换相失败引起的送端风电场母线连续低高电压故障特性，将对双馈感应发电机产生更严重的暂态冲击，现有单一低穿/高穿的风机保护方案难以完全适应此类连续故障穿越的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有单一低穿/高穿的风机保护方案难以完全适应连续故障穿越的问题，提出了一种基于储能装置和变流器重构的双馈风机穿越系统及方法。

本发明的技术方案是：一种基于储能装置和变流器重构的双馈风机穿越系统包括双馈感应风机、转子侧变流器、电容数字转换器、网侧变流器、电感L_g、电感L、开关S₁、开关S₂、开关S₃、耦合变压器、串联变压器、电网和超导磁储能器；

双馈感应风机的定子端分别与电感L_g的一端和耦合变压器的第一线圈连接，且耦合变压器的第一线圈通过串联变压器与电网连接；双馈感应风机的转子侧与转子侧变流器、电容数字转化器和网侧变流器的一端依次连接；网侧变流器的另一端分别与开关S₂的一端和开关S₃的一端连接；开关S₂的另一端和电感L_g的另一端连接；开关S₃的另一端和电感L的一端连接；电感L的另一端和耦合变压器的第二线圈连接；开关S₁的两端和耦合变压器的第一线圈连接；电容数字转换器和网侧变压器的连接点与超导磁储能器连接。

本发明的有益效果是：当检测到故障时，控制开关将网侧变流器连接到串联变压器，具有暂态控制策略的网侧变流器和超导磁储能器共同实现稳定机端电压的目标，双馈感应风机可以保持稳定运行并向电网输出功率。

基于以上系统，本发明还提出一种基于储能装置和变流器重构的双馈风机穿越方法，包括以下步骤：

S1：在串联变压器和电网之间的公共连接点电压小于0.9pu或大于1.1pu时，断开开关S₁和开关S₂，闭合开关S₃，并根据转子侧变流器的暂态控制策略，输出满足双馈感应风机并网要求的动态无功电流；

S2：根据网侧变流器的控制策略和超导磁储能器的控制策略，输出各自对应的补偿电压；

S3：利用动态无功电流稳定双馈感应风机电流，利用网侧变流器和超导磁储能器输出的补偿电压稳定双馈感应风机电压，以使双馈感应风机完成连续故障穿越。

进一步地，步骤S1中，转子侧变流器的暂态控制策略具体为：根据电网电压的上升或下降的大小调整转子侧变流器的动态无功电流。