[发明专利]一种双馈风力发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及到兆瓦级风力发电系统在电网电压跌落时的低电压穿越运行和控制，保证风力发电机组在电网故障时不脱网运行，以满足国家电网颁布的低电压穿越要求。

背景技术

随着风电装机容量的不断增加，风电在电力系统中的地位发生了转变。风电装机容量较小时，它的运行对系统稳定性的影响可以不予考虑；当风电装机容量越来越大，在系统中所占比例逐年增加时，它的运行对系统稳定性的影响变得不容忽视。

为了保证电力系统的安全稳定运行，欧洲、北美及澳大利亚的一些电力协会或电网公司都制定了风机并网的技术导则，主要包括：电网频率控制、无功功率和电网电压控制、低电压穿越(LVRT)控制以及电能质量控制等。

目前国家电网已经出版了低电压穿越标准(LVRT)，具体曲线见图1。

其中，低电压穿越(LVRT)控制的目的是：为了能使风力发电得到大规模的应用，而且不会危及到电网的稳定运行。当电网发生电压跌落故障时，在一定范围内，风机必须不脱离电网，并且要像常规机组那样，向电网提供有功功率(频率)和无功功率(电压)支撑。

我厂目前生产地双馈风力发电机，由于发电机定子与电网直接相连，电网电压跌落将导致转子侧过压和过电流。虽然配置了撬棒保护电路（无源crowbar），但只是一种电压跌落发生时的变频器保护措施，动作之后必须停机，不能实现低电压穿越(LVRT)。

国家电网公司颁布的风电场低电压穿越标准实施后，不具备低电压穿越要求的双馈风机变流器将不再被电网接纳，故研发低电压穿越有源撬棒以实现低电压穿越意义重大，应用前景广阔。

发明内容

本发明为一种具有低电压穿越功能的双馈风力发电系统，以达到各种电网工况下变流器直流链和功率单元的安全和稳定运行的目的。

本发明技术方案如下：

一种双馈风力发电系统，包括顺序链接的双馈感应发电机、dudt滤波器、机侧变流器、网侧变流器、网侧滤波器、箱式变压器，在机侧变流器、网侧变流器的直流母线上，并接有直流链电容；发电机发出的低频交流电流经过dudt滤波器、机侧变流器、网侧变流器变换为工频交流电流，经网侧滤波器滤波后，再由箱式变压器升压至高压并入电网；其特征在于，该系统配有低电压穿越装置，所述低电压穿越装置包括电网故障检测装置、有源crowbar装置及其控制板，直流链chopper装置及其控制板，有源crowbar装置布置在双馈感应发电机与dudt滤波器的链接节点上，直流链chopper装置并接在直流母线上；有源crowbar装置、直流链chopper装置由其各自的控制板控制其自动投切，当电网故障检测装置检测到电网电压跌落时，有源crowbar装置的控制板发出控制信号，短接发电机转子绕组，封锁机侧变流器，有源crowbar装置投入，将能量释放给有源crowbar装置，电网冲击结束后，发电机转子绕组短接消除，机侧变流器解锁，有源crowbar装置切除，同时机侧变流器控制发电机向电网注入额定功率的无功电流以支撑电网电压恢复；电网电压快速恢复时，有源crowbar装置再次投入，冲击结束后有源crowbar装置切除，进入正常发电工况；当直流母线出现过电压时，直流链chopper装置的控制板发出控制信号，直流链chopper装置投入，将能量释放给直流链chopper装置，直流母线过电压消除后，直流链chopper装置切除。

所述有源crowbar装置包括crowbar电阻、IGBT功率开关管、IGBT驱动板，当电网故障检测装置检测到电网电压跌落时，有源crowbar装置的控制板发出控制信号，短接发电机转子绕组，封锁机侧变流器，并由驱动板驱动IGBT功率开关管开通，将能量释放在crowbar电阻上，电网冲击结束后，发电机转子绕组短接消除，机侧变流器解锁，有源crowbar装置切除，同时机侧变流器控制发电机向电网注入额定功率的无功电流以支撑电网电压恢复；电网电压快速恢复时，有源crowbar装置再次投入，冲击结束后有源crowbar装置切除，进入正常发电工况；所述直流链chopper装置包括chopper电阻、IGBT功率开关管、IGBT驱动板，当直流母线出现过电压时，直流链chopper装置的控制板发出控制信号，由驱动板驱动IGBT功率开关管开通，将能量释放在chopper电阻上，直流母线过电压消除后，IGBT功率开关管关断。

所述有源crowbar装置还配有电流传感器和吸收电阻电容，电流传感器用于检测crowbar电阻放电回路的电流，防止有源crowbar装置误动作，吸收电阻用于吸收IGBT功率开关管关断时的过电压。