專利名稱：一種用于實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越能力的裝置。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)電機(jī)組技術(shù)的發(fā)展以及我國對可再生能源發(fā)展的重視，有越來越多的大型 風(fēng)電場接入電網(wǎng)，各省電網(wǎng)公司對大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)所帶來的影響，尤其是對風(fēng)電接入 后電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定問題非常重視。由于風(fēng)電機(jī)組采用的發(fā)電機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)相比有著不同的靜態(tài)與暫態(tài) 特性，尤其是在電壓控制能力方面還無法與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)相比，因此在前的技術(shù)水平下 無論風(fēng)電場裝機(jī)容量大小、采用何種風(fēng)電機(jī)組技術(shù)，風(fēng)電接入電網(wǎng)都會對接入地區(qū)電網(wǎng)的 電壓穩(wěn)定性帶來不同程度的影響；另外，大量風(fēng)電接入后風(fēng)電機(jī)組勢必替代電網(wǎng)中部分同 步機(jī)組，這部分同步機(jī)組的調(diào)壓、調(diào)頻能力必須由其他同步機(jī)組或者是風(fēng)電機(jī)組來承擔(dān)， 因此，國外越來越多的電網(wǎng)公司對于接入電網(wǎng)的大型風(fēng)電場也提出更高的要求例如有功 功率控制能力、無功電壓控制能力及風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力LVRT(Low voltage Ride Through)。風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力，是指當(dāng)電網(wǎng)故障或擾動引起風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的電壓跌 落時，在一定電壓跌落的范圍內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組能夠不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，在機(jī)組定轉(zhuǎn)子中引起暫態(tài)過電流，這一電流流經(jīng)變流器；同 時，從能量守恒角度分析，系統(tǒng)短路引起機(jī)組機(jī)端電壓驟降，機(jī)組無法繼續(xù)向電網(wǎng)輸送電 能，其不平衡的能量會引起風(fēng)電機(jī)組加速和直流環(huán)節(jié)充電，電壓升高。無論是轉(zhuǎn)子側(cè)的暫態(tài) 過電流還是直流環(huán)節(jié)的過電壓都會對電力電子器件造成不利影響。所以如何使風(fēng)電機(jī)組順 利穿越低電壓故障，并能保護(hù)其電力電子器件不受損壞顯得尤為重要。風(fēng)電機(jī)組低電壓穿 越能力是保證風(fēng)電場在系統(tǒng)故障情況下不解列，能持續(xù)并網(wǎng)發(fā)電的必備特性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種風(fēng)電場在系統(tǒng)故 障情況下不解列，能夠持續(xù)并網(wǎng)發(fā)電的用于實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下一種用于實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿 越能力的裝置，其特征是它包括超級電容器組、四象限電壓型變流器、雙向直流變換器和 直流電容，超級電容器組與雙向直流變換器級聯(lián)，雙向直流變換器通過直流電容與四象限 電壓型變流器級聯(lián)，四象限電壓型變流器的另一側(cè)通過變壓器連接于風(fēng)電場公共連接點(diǎn)。本發(fā)明的有益效果如下風(fēng)速變化引起風(fēng)電場輸出功率波動時，為降低風(fēng)電場對 電網(wǎng)的沖擊，超級電容器組通過電壓型變流器輸出或吸收一定的有功功率以平抑功率波 動；電網(wǎng)故障引起電壓跌落時，風(fēng)電場輸出到電網(wǎng)的功率下降，而輸入風(fēng)電場的機(jī)械功率基 本不變，控制超級電容器組吸收一定的有功功率，避免過剩功率內(nèi)部消化導(dǎo)致的直流環(huán)節(jié) 電容充電、直流電壓快速上升、電機(jī)轉(zhuǎn)子加速、電磁轉(zhuǎn)矩突變等一系列問題。
圖1是含一種用于實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是風(fēng)電機(jī)組電壓波動與時間關(guān)系曲線。圖3是正常運(yùn)行時風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的能量流向圖。圖4是低電壓情況下風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的能量流向圖。
具體實施例方式下面利用附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。參照圖2，低電壓穿越運(yùn)行特性是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必須保持與系統(tǒng)連接的條件下 由指令限定的電壓，如圖2剖面部分所示。為了能適應(yīng)這一要求，必須修正控制系統(tǒng)和硬 件，以便對低壓過程中由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的能量進(jìn)行管理。在故障時，沒有能量的管理， 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的功率將仍然留在電機(jī)內(nèi)，導(dǎo)致機(jī)械速度的增加。參照圖2，我國根據(jù)實際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及風(fēng)電發(fā)展情況制定了風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī) 定，規(guī)定的風(fēng)電場低電壓穿越要求為(1)風(fēng)電場1內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組具有在并網(wǎng)點(diǎn)，并網(wǎng)點(diǎn)為與公共電網(wǎng)2直接連接的風(fēng)電 場1升壓變高壓側(cè)母線電壓跌落至20%額定電壓時能保持并網(wǎng)運(yùn)行625ms。(2)風(fēng)電場1并網(wǎng)點(diǎn)電壓在發(fā)生跌落后3s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90 %時，風(fēng)電 場內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組保持并網(wǎng)運(yùn)行。參照圖1，本發(fā)明的一種用于實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的裝置3，它包括超級 電容器組cs。、四象限電壓型變流器VSC、雙向直流變換器DC/DC和直流電容Cd。，超級電容器 組Cs。與雙向直流變換器VSC級聯(lián)，雙向直流變換器DC/DC通過直流電容Cd。與四象限電壓 型變流器VSC級聯(lián)，四象限電壓型變流器VSC的另一側(cè)通過變壓器連接于風(fēng)電場公共連接 點(diǎn)PCC。超級電容器組Cs。、四象限電壓型變流器VSC、雙向直流變換器DC/DC和直流電容Cdc 均為市售產(chǎn)品。超級電容器組Cs。的存儲容量是這樣選定的按LVRT要求給定的整個低壓工況期 間，以儲存于系統(tǒng)的全部定額能量作為基本能量。儲能器件的規(guī)格EWKT，可按LVRT曲線以 上和0. 9pu以下所界定的面積計算Elvet = Pbase [ (0. 9-Vfflin)、+0. 5 “2-、) (0. 9-Vfflin)]式中，Pbase為基本功率，Vmin取0. 15 11，、取0. 6258，、取38，見圖2。由此可得到 故障期間超級電容器組Cs。必須管理的能量。假定橫跨儲能器件的最高電壓為直流電壓基準(zhǔn)值Vd。,Mf，電容值則按下式確定
2F= —2~
dc\rcf參照圖3，輸入風(fēng)電場1的機(jī)械功率為Pm，正常運(yùn)行時其大部分功率輸出到電網(wǎng)， 即圖中所示功率ps，其余部分則由超級電容器組cs。儲存，為圖中所示功率P。s。參照圖4，輸入風(fēng)電場1的機(jī)械功率Pm基本不變，當(dāng)電網(wǎng)2發(fā)生短路故障引起電壓 降低時，風(fēng)電場1輸出到電網(wǎng)2的功率Ps將下降，功率不平衡，這會導(dǎo)致直流環(huán)節(jié)電容充電、 直流電壓快速上升、電機(jī)轉(zhuǎn)子加速、電磁轉(zhuǎn)矩突變等一系列問題，此時控制超級電容器組Cs。吸收大部分有功功率，避免過剩功率內(nèi)部消化。
權(quán)利要求
一種用于實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的裝置，其特征是它包括超級電容器組、四象限電壓型變流器、雙向直流變換器和直流電容，超級電容器組與雙向直流變換器級聯(lián)，雙向直流變換器通過直流電容與四象限電壓型變流器級聯(lián)，四象限電壓型變流器的另一側(cè)通過變壓器連接于風(fēng)電場公共連接點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的裝置，其特點(diǎn)是它包括四象限電壓型變流器、直流側(cè)電容、雙向直流變換器和超級電容器組，四象限電壓型變流器與雙向直流變換器級聯(lián)。將該裝置接于風(fēng)電場公共連接點(diǎn)，風(fēng)速變化引起風(fēng)電場輸出功率波動時，超級電容器組通過電壓型變流器輸出或吸收一定的有功功率以平抑功率波動；電網(wǎng)故障引起電壓跌落時，風(fēng)電場輸出到電網(wǎng)的功率下降，而輸入風(fēng)電場的機(jī)械功率基本不變，控制超級電容器組吸收一定的有功功率，避免過剩功率內(nèi)部消化導(dǎo)致的直流環(huán)節(jié)電容充電、直流電壓快速上升、電機(jī)轉(zhuǎn)子加速、電磁轉(zhuǎn)矩突變等一系列問題。
文檔編號H02J3/28GK101877488SQ201010229299
公開日2010年11月3日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者張健, 李國慶, 李江, 王利猛, 王振浩, 王鶴, 辛業(yè)春, 陳厚合 申請人:東北電力大學(xué)