[实用新型]全负载电阻风电场整体低电压穿越系统装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种全负载电阻风电场整体低电压穿越系统装置，具体地说是一种使风电场整体获得低电压穿越功能的系统装置。

背景技术

近年来风力发电迅速发展,风电占供电比重也随之增长迅速。由此带来的问题也引起了广泛的重视.特别是在电网出现故障导致电压跌落后，风力机组如果纷纷解列会带来系统暂态不稳定，并可能造成局部甚至是系统全面瘫痪，因此电网企业对风机并网提出了一定的要求,低电压穿越(LVRT)能力就是要求风机或风电场必须能够满足的一项强制性标准或规范。

并网风力发电设备与传统的并网发电设备，如火力发电设备或水力发电设备最大的区别在于，其在电网故障期间并不能维持电网的电压和频率，这对电力系统的稳定性非常不利。电网故障是电网的一种非正常运行形式，主要有输电线路短路或断路，如三相对地，单相对地以及线间短路或断路等，它们会引起电网电压幅值的剧烈变化。

低电压穿越(Low voltage ride through，简称LVRT)，是指在风机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。

图1所示是电网企业要求的低电压穿越曲线，要求电压在阴影部分范围内时风机即不保持并网，也不脱网运行。国际和国家标准与其类似。

使得风电场获得低电压穿越能力有两类解决方案，一类方案是让风电场中的所有的风力发电机组获得低电压穿越的能力，从而使风电场具有低电压穿越的能力，即所谓分散式的低电压穿越解决方案。

另一类方案是针对风电场整体提供一种低电压穿越的能力，而不需要其中的每个风电机组具有低电压穿越功能，即所谓全负载电阻风电场整体低电压穿越解决方案。

国内外在对风电场LVRT的问题的研究都倾注很大的努力，很多厂商和研究机构拥有许多优秀的成果，不仅发表了大量的文献资料，而且在实践中取得了较好的应用。

总体来说，目前的解决方案基本上是围绕单机LVRT展开的，从公布的资料上看，LVRT技术用在单台风机上，增加了风机低压控制系统的设备，复杂性有所提高，使本来就显得局促的风机塔内空间变得更为紧张，特别是对已经运行的不具备LVRT功能的风机逐台进行改造，其施工难度较成套设计的有LVRT功能的新机组安装要大得多，并且，今后的运行维护工作量也增加较多。

双馈式变速恒频风电机组是目前国内外风电机组的主流机型，其发电设备为双馈感应发电机，当出现电网故障时，现有的保护原则是将双馈感应发电机立即从电网中脱网以确保机组的安全。随着风电机组单机容量的不断增大和风电场规模的不断扩大，风电机组与电网间的相互影响已日趋严重。人们越来越担心，一旦电网发生故障迫使大面积风电机组因自身保护而脱网的话，将严重影响电力系统的运行稳定性。因此，随着接入电网的双馈感应发电机容量的不断增加，电网对其要求越来越高，通常情况下要求发电机组在电网故障出现电压跌落的情况下不脱网运行（faultride-through），并在故障切除后能尽快帮助电力系统恢复稳定运行，也就是说，要求风电机组具有一定低电压穿越(lowvoltageride-through)能力。

目前国外风机供应商大部分已经解决了单个风电机组低电压穿越问题，能够提供具有低电压穿越能力的风力发电机。国内风机企业也在抓紧研究风机的低电压穿越技术，也有部分厂商宣称能够提供具有低电压穿越能力的风机。但是目前运行的风机和风电场都是以前提供的风机，绝大部分不具备低电压穿越能力，如何对这部分风机或风场进行改造，使其具有低电压穿越能力，满足并网要求，也是风电运营商急需解决的问题。

目前在风机方面，主流技术为采用基于转子短路保护的撬棒（crowbar）技术，采用可关断器件如IGBT等技术，如图2所示。

分散式LVRT解决方案要求每台风机都具有LVRT能力会大大增加风力发电设备的成本，同时实施改造涉及到风电场全内网，工程量大，复杂程度高，每台风电机都需增加设备，改造费用高，可靠性相对较低。

在风电场整体LVRT解决方案方面，目前的现有技术是在并网处通过并联或串联电容器，通过采用无功补偿SVC，动态无功补偿D-VAR，高压动态无功补偿STATCOM技术实现整个风电场的低电压穿越能力，而不必要求每台风机都具有LVRT能力。但由于风电场发电容量较大，为保持系统故障时电压的稳定，需要与风电场发电功率相匹配的巨大的电容器容量，成本也是很大的。

发明内容