[发明专利]柔性交流双馈型风力发输电系统

说明书

技术领域

本发明属于分布式发电技术和柔性交流输电技术，具体涉及一种柔性交流双馈型风力发输电系统，应用于分布式发电系统的潮流控制。

背景技术

根据我国风电规划目标，2020年全国风电装机容量将达到2000万千瓦。因此，我国电网将成为一个具有大量分布式可再生能源发电机组的现代化混合电力系统。可再生能源的一个普遍特点是不连续和不稳定。以风力发电为例，风力发电机的原动力是风，风的随机波动性和间歇性决定了风力发电机的输出特性也是波动和间歇的。当风电场的容量较小时，这种特性对电力系统的影响并不显著，随着大规模风电场的接入，风电容量在系统中所占比例的增加，风电场对电力系统的影响将不能被忽视。因此，在国家中长期科学和技术发展规划纲要2006—2020的能源领域的优先主题之一就是：超大规模输配电和电网安全保障。

目前，国内外风力发电系统产品的代表方向和主流产品是由双馈型发电机构成的变速恒频风力发电系统，包括双馈型风力发电机、交流励磁电源和监控装置，双馈型风力发电机的定子绕组和三相电网相连；交流励磁电源由并联侧变换器和串联侧变换器通过公共直流母线电压的电容相连构成，并联侧变换器和串联侧变换器为两个背靠背结构的三相电压源型PWM变换器，其中并联侧变换器和双馈型风力发电机转子绕组相连。采用双馈发电方式，突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念，使原动机转速不受发电机输出频率限制，而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响，实现了机电系统之间的柔性连接，但并不具备调控线路潮流等功能。

分布式发电系统与当地区域电网并网运行是分布式发电系统最经济的运行方式。随着风力发电技术的蓬勃发展，并网装机容量日益增大，目前单机最大的装机容量已达到5MW，其直接表现是分布式发电系统之间的互联，区域电网的规模不断增大，继而通过区域电网间的互联，一步步形成更大规模的联合电网。联合电网的形成使电网结构日益复杂，同时运行与调度方面的不协调，会造成电网中的潮流分布不合理，使得输电网在功率输送中常常出现环流功率振荡、功率绕送以及功率倒流等现象，上述这些问题造成大互联电网中大量的电能损耗或被迫降低电网的输送能力，严重的情况下甚至会造成电力系统的灾变，使整个系统的运行和调度受到很大的影响。

当分布式发电系统的容量占到整个电力系统容量一定比例的时候，分布式发电系统的传输系统也会存在因为输电故障而引起所谓的“蝴蝶效应”，导致由大量分布式发电系统构成的区域电网崩溃，进一步引起更大规模的电网象“多米诺骨牌”一样相继发生电压崩溃。为应对这种可能出现的情况，有必要在分布式发电系统中引入各类柔性交流输电元件和控制的技术手段，对电力系统快速变化的运行工况和运行参数实施有效的快速调控，从而确保电力系统在各种工况下的安全、经济、高效、优质运行。

发明内容

本发明提供一种柔性交流双馈型风力发输电系统，目的是对电力系统快速变化的运行工况和运行参数实施有效的快速调控，确保电力系统在各种工况下的安全、经济、高效、优质运行。

本发明提出了一种柔性交流双馈型风力发输电系统，包括双馈型风力发电机、交流励磁电源和监控装置，交流励磁电源包括并联侧变换器、串联侧变换器和电容，并联侧变换器和串联侧变换器均为三相电压源型脉宽调制变换器，并联侧变换器的交流端与双馈型风力发电机的转子绕组连接，并联侧变换器的两直流端和串联侧变换器的两直流端分别与电容两端连接，监控装置用于对并联侧变换器和串联侧变换器实施监控，其特征在于：该系统还包括串联变压器和反并联双向晶闸管，串联变压器的原方绕组与串联侧变换器的交流端连接，串联变压器副方绕组的两端与反并联双向晶闸管两端连接，串联变压器的副方绕组的一端与双馈型风力发电机的定子绕组连接，监控装置通过控制反并联双向晶闸管的连通状态实现旁路保护。

并联侧变换器由全控型功率开关元件和电感构成，全控型功率开关元件组成第一三相全桥结构，三相桥臂中点与双馈型风力发电机的转子绕组通过三相电感相连。

串联侧变换器由全控型功率开关元件和LC低通滤波器构成，全控型功率开关元件组成第二三相全桥结构，三相桥臂中点与串联变压器的原方绕组通过三相LC低通滤波器相连。

作为本发明的优化，串联变压器的原方绕组接成三角形。

本发明在如下方面可以产生明显效果：

(1)并联侧变换器在最大风能捕获控制策略下，实现定子端口有功和无功功率的解耦控制以及转速的稳定控制；串联侧变换器工作在静态同步串联补偿器方式，可实现直流母线电压的稳定以及线路可变阻抗控制。即系统具备发电和调控线路潮流的功能。