[发明专利]基于储能装置的双馈型风力发电机低电压穿越控制系统

说明书

技术领域

本发明属于低电压穿越控制系统技术领域，特别是一种基于储能装置的双馈型风力发电机组低电压穿越控制系统。                                                  

背景技术

在未来的一段时间内，随着世界及中国经济的发展，能源的消耗将急剧增加，使得我国将在未来一段时间内长期面临着环境和资源的双重压力，发展包括风力发电在内的可再生能源是中国能源困境的最终解决办法。针对中国发展风电的实际情况，风电场与电网的协调规划和建设是当前最关键的问题。由于风能是一种不能人为控制且极不稳定的能源，时断时续，如何将风能开发出来并入电网，保证电网安全稳定地运行，这是一个急需解决的问题。因此，随着电网中风电所占比重的不断增加，世界各国在提高电网风电承受能力的同时，对并网风电机组提出了比以往更高的技术要求，如低电压穿越(LVRT)能力。

近些年，变速恒频风力发电在兆瓦级风力发电机组中的应用成为了研究的热点。而实际运行的机组中双馈感应发电机(DFIG)成为了主流产品。双馈机组的变频器只需供给转差功率就可以调节机组的转速，从而能更好地利用风能。而且发电系统可以通过改变励磁电流的幅值和相位实现发电机组输出有功、无功功率的独立调节。但是，由于DFIG风力发电系统使用了小容量变频器，因此减弱了系统抵御电网电压跌落的能力。当电网电压跌落到一定数值时，如果不采取任何技术措施，DFIG风力发电系统将会被电网切除，使电网跌落情况更加恶化。

当前，低电压穿越技术一般有三种方案：一是转子短路保护技术(Crowbar protection)；二是引入新型拓扑结构；三是采用合理的励磁控制算法。在电网电压跌落过程中，只改进控制策略在一定程度上可以减弱某些量的暂态响应，但这种方法只适用于小值电网电压跌落的情况，一旦出现较为严重的电压跌落，单纯靠控制策略的改进难以实现低压穿越。增加硬件辅助电路，双馈异步电机转子接入Crowbar装置后作为鼠笼异步电机运行，成为一个消耗感性无功的负载，不仅不能对电网电压起支持作用，反而阻碍故障切除后电网电压的恢复。因此，如何在电网电压跌落时，使DFIG风力发电系统在国家电网标准下仍能够保持和电网的连接，并且能够对电网提供支撑作用来提高电力系统的稳定性这一问题，急需解决。

发明内容

本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种控制效果较好、能有效的在电网电压跌落时实现低电压穿越功能的基于储能装置的双馈型风力发电机低电压穿越控制系统。

本发明提供的基于储能装置的双馈型风力发电机低电压穿越控制系统包括：

双馈型电机1，机侧变换器2，网侧变换器3，储能装置4，卸荷电路5，电压检测装置6，低电压穿越控制模块7；所述双馈型电机1通过机侧变换器2和网侧变换器3串联至电网;所述储能装置4输入端连接双馈型电机1，输出端连接电网；所述机侧变换器3与网侧变换器4之间并联卸荷电路5；所述电压检测装置6输入端连接电网，输出端连接低电压穿越控制模块7，低电压穿越控制模块7同时连接储能装置4和卸荷电路5；

所述电压检测装置能够连续测量机端电压，用于故障消除时辅助低电压穿越控制模块重新启动储能装置。

所述低电压穿越控制模块包括卸荷电路判定模块，储能装置判定模块，投切触发模块和检测计算模块；

储能装置判定模块：通过电压检测装置对电网电压的检测，能够将检测信号实时传入储能装置判定模块，并与预先设定的正常情况下的电压幅值进行比较，当低于额定电压时，储能装置判定模块将向投切触发模块发出信号，启动储能装置，同时储能装置判定模块向卸荷电路判定模块发送储能装置已启动信号；

卸荷电路判定模块：由机侧变换器中的传感器实时监测直流母线电压，并将信号传入卸荷电路判定模块中与给定值进行比较，卸荷电路判定结果传送至投切触发模块用于投入切除卸荷电路；

检测计算模块：该模块将根据电压跌落深度估算出直流母线电压峰值，并将信号传送至卸荷电路判定模块，当直流母线电压高于额定值低于故障峰值时，直流侧电容通过卸荷电路泄放能量；同时卸荷电路判定模块将卸荷电路的投入信号传送至储能装置判定模块，储能装置判定模块将信号传入投切触发模块，储能装置切除，即储能装置与卸荷电路互相钳制不能同时投入系统，先储能后卸荷；

投切触发模块：用于控制储能装置和卸荷电路的投入与切除。

所述储能装置由双向buck-boost DC/DC变换器和多硫化钠-溴储能电池组成，如图3，电池侧采用LCL滤波，能有效地减小电池端的纹波电压和纹波电流。