[发明专利]用于风力涡轮机的故障穿越方法、转换器和发电单元

说明书

技术领域

本发明描述了一种用于风力涡轮机的高级故障穿越恢复方法。此外，本发明描述了一种用于风力涡轮机的转换器和包括这种转换器的发电单元以及一种具有包括这种发电单元的至少一个风力涡轮机的风电场。

背景技术

如果在电力电网中发生失真（例如短路故障），则电力网络系统可能变得不稳定。如果例如电力线短路、电力系统组件不正常工作或者甚至损坏，则可能发生临时短路。

如果发电单元检测到电压暂降（voltage dip），则馈入电网中的有功电流减小。具体地，在现有技术的故障穿越控制中，经由连接电网馈入电力网络中的有功电流作为电压暂降的函数而减小。在相对较短的时间段内将这种减小的有功电流供给至连接电网中。此后，有功功率提高至其电压暂降前的值。

图1示出了根据现有技术的用于风电园区的示例性电力传输情形。这种风电园区包括多个风力涡轮机2，其中每一个生成例如0.7 kV的电压。通过风力涡轮机连接线4将风力涡轮机2的电力传输至风力涡轮机变压器6，该风力涡轮机变压器6将电压变换为例如33 kV。通过电力线8将该电压供给至风电场集电器（collector）电网（即，低电压母线）10。风电场升压变压器12将集电器电网电压值变换为输电系统电压（如132 kV）。本地负载16连接至分支点或第一总线14。从分支点14（还被称作电网分支射线），连接线18在公共连接点（还被称作第二总线20）处连接至输电网络系统。开关电容器22作为辅助组件连接至公共连接点20。这些辅助组件用于系统电网电压的一般无功功率控制目的。

输电网络的网络点28构成具有发电单元32的输电电网系统的等效点。该系统经由互连线或第一电力线24、公共连接点20和区域输电线或第二电力线26连接至区域输电网络系统，该区域输电网络系统是利用具有消耗装置36的区域电网系统的消耗点30和第二发电单元34来表示的。

在示例性情形中，经由公共连接点20将电力从输电网络的网络点或第三总线28传输至消耗点或第四总线30。此外，经由分别的连接电网和连接线18以及公共连接点20将从风电园区的风力涡轮机2生成的功率馈入一般输电电网中。

在示例性故障情形中，区域输电线26遭受严重且有破坏性的短路故障并被网络保护继电器跳闸。有故障的区域输电线26在被修复前受到严重破坏并且不能重新连接。故障情形使得不再可以从位于网络点28中的风电场和电网系统对区域电网系统的消耗点30供应功率。短路导致整个网络系统中严重的电压暂降。

参照图2至9，说明了现有技术的故障穿越和故障后的有功功率恢复控制算法。

具体地，图2至5示出了其中49个风力涡轮机2经由连接线18连接至公共连接点20的情形的仿真的曲线图。图2示出了公共连接点20的相对电压的仿真的曲线图。在区域输电线26中发生短路故障时的大约1秒的时间点处发生150 ms的严重电压暂降。当清除了故障时，公共连接点20处的电压恢复，并且在故障后的电压振荡已渐弱之后，点20处的电压达到与电压暂降之前相同的电压电平。

图3示出了各风力涡轮机连接线4之一的相对电压的仿真的曲线图。由此，图3表示风力涡轮机2的转换器的相对电压。在这种现有技术故障穿越控制中，转换器将被馈入风力涡轮机连接线4中的有功电流减小达取决于电压暂降的值的值。

图4示出了从聚集的风电场变压器至风电场变压器12的低电压母线10的总有功功率的仿真的曲线图。在现有技术故障穿越控制中，具有从0.5至1的值的因子定义了电流减小与电压暂降的值之间的关系。在当前情形中，减小因子大约为0.5。有功功率减小至其故障前的值的15%，如图4所示。风力涡轮机连接线4处的电压大约为故障前的值的30%，如图3所示。

应当注意，在小于1秒的相对较小时间跨度内，有功功率沿斜线回到其故障前的值。有功功率的振荡实质上在电压暂降前的值处渐弱。

图5示出了由风电场的聚集的风力涡轮机2生成的无功功率的仿真的曲线图。将来自聚集的风电场变压器的总无功功率馈入风电场变压器12的低电压母线10中。无功功率的故障后的总量已改变，这是由于因为以下事实使得网络电网情形已改变，所述事实为系统保护继电器已断开有故障的区域输电线26。

应当注意，在区域输电线26中的严重故障所导致的电压暂降之后的相对较小时间跨度内，网络保持稳定并会聚。尽管区域输电线26以及区域电网系统30的消耗点从公共连接点20断开，但网络系统仍会聚。