[发明专利]一种用于辅助风力发电机实现低压穿越的动态电压稳定器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于辅助风力发电机实现低压穿越的动态电压稳定器，属于电力系统柔性交流输配电和电力电子技术领域。

背景技术

在能源环境问题日益突出的今天，风能由于其独特的优势，已经成为目前最具发展潜力的替代能源。与此同时，考虑到风能自身的间歇性和波动性，风力发电系统对传统的电网运行提出了新的要求和挑战。

双馈感应发电机(以下简称DFIG)是目前全球应用最为广泛的风力发电机之一。随着DFIG单机容量和风电场规模的日益增大，风电机组与电网之间的相互影响愈发显著，尤其是当电网因故障发生电压跌落时，要求风电场具备低压穿越运行能力，以避免由于风电场脱网对电网功率平衡产生严重冲击，进一步恶化电网处境。

目前DFIG主要采用撬棍(以下简称Crowbar)电路来实现电压跌落时机组的不间断运行，该技术在电网电压跌落时自动切除发电机励磁电源，投入转子旁路保护电阻限制转子回路电流，以达到保护转子侧变流器和发电机的目的。在故障情况下，DFIG相当于常规的笼式发电机运行并且从电网中获得大量无功；此时DFIG电网侧变流器(以下简称GSC)可以设置为控制维持电网侧的无功功率和电压，桨距角控制同时也被启动以限制风轮机转速。故障清除后，电网电压频率重新稳定，重启DFIG转子侧变流器，恢复风轮机控制策略，DFIG也回到正常工况。

然而Crowbar技术以及新的GSC控制策略对电网本身的坚强性以及GSC的调节能力依赖程度相当高，否则有可能导致风电场脱网，造成系统电压失稳。为了解决这个问题，国际上将柔性交流输配电技术引入到解决风电场低压穿越(以下简称LVTR)问题中，目前研究中的FACTS装置主要有两个。首先是静止同步补偿器(以下简称STATCOM)，STATCOM以变换器技术为基础，等效为一个可调的电压源，通过控制该电压源的幅值和相位来达到改变向电网输送无功功率大小的目的。由于GSC相对容量比较小，为了缓解电网的压力，可以将STATCOM并联在风电场与电网的公共连接点上，补偿无功功率，改善电压水平。但是STATCOM并不能起到对RSC的保护作用，STATCOM必须和Crowbar一起动作才能实现风电场的LVRT。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于辅助风力发电机实现低压穿越的动态电压稳定器，针对已有DFIG在遭遇电网电压跌落时，有可能导致的电网电压水平恶化，甚至风电机脱网等问题，在用户和系统之间串联接入的电压补偿装置，一旦检测到系统电压受到干扰，DVR将产生一定的电压抵消系统电压的变化。将DVR串联接入风电场和电网之间，对电压跌落做出迅速补偿，在低电压过程中保证风电场端口电压稳定，实现风电场的低压穿越。

本发明提出的用于辅助风力发电机实现低压穿越的动态电压稳定器，包括：

隔离变压器，用于使风力发电机与动态电压稳定器实现电气隔离，隔离变压器的原边与风力发电机相连，副边与单相不控整流桥的交流侧相连；

单相不控整流桥，用于对风力发电机的输出电压进行整流，得到直流母线电压，单相不控整流桥由两个桥臂组成，每个桥臂包括上下两个二极管，单相不控整流桥的直流侧并联在直流母线电容的两端；

直流母线电容，用于稳定直流母线电压，直流母线电容的两端与动态刹车电阻器相并联；

动态刹车电阻器，用于消耗风力发电机的多余功率，以稳定直流母线电压，动态刹车电阻器由一个电阻和一个绝缘门极双极型晶体管串联而成，动态刹车电阻器的两个与单相H桥逆变器的直流侧并联；

单相H桥逆变器，用于将直流母线电压转换成交流电压，单相H桥逆变器包括两个桥臂，每个桥臂包括上、下两个绝缘门极双极型晶体管以及分别与该绝缘门极双极型晶体管反向并联的两个二极管，单相H桥逆变器的交流侧与电容电感滤波单元相连；

电容电感滤波单元，用于滤除上述交流电压中的高次谐波，电容电感滤波单元由一个电感和一个电容串联而成，电容电感滤波单元中的电容的两端与反向并联晶闸管并联；

反向并联晶闸管，用于根据电网电压检测信号对动态电压稳定器进行启动或关闭操作，反向并联晶闸管由两个晶闸管反向并联而成，反向并联晶闸管串联在电网和风力发电机之间。

本发明提出的一种用于辅助风力发电机实现低压穿越的动态电压稳定器，其优点是：

1、与已有的STATCOM、Crowbar等装置相比，本发明提出的动态电压稳定器能够独立辅助风力发电机实现低压穿越。

2、本发明的动态电压稳定器不仅仅能够辅助DFIG实现低压穿越，而且适用于任意类型的风电机组。