[发明专利]一种风电场用直驱风电系统

说明书

技术领域

本发明属于新能源开发技术领域，尤其涉及一种风电场用直驱风电系统。

背景技术

风能是一种可再生能源，据估计，地球上的风能理论储存量约为2.74×10⁹MW，可开发利用的风能为2×10⁷MW，只要利用地球上1％的风能就能满足全球的能源需求。由于我国大多数风电场位于偏远地区，网架结构薄弱，大量风电网的并网给电力系统带来了极大的挑战。近年来的电网事故，大多是由电压失稳引起的，而在包含风场的电网中，由于风速的间歇性，导致风场出力的不稳定，这给电力系统的稳定运行带来了很大的影响。

目前已建成的风场以异步风电机组和双馈风电机组为主，其中异步机组属于恒速恒频风电机组，其风能的利用效率不高，在风机处于高出力状态下时，风场需要的无功大量增加，而异步风电机组本身没有调节能力，因此大量吸收无功导致电网整体的电压水平下降，影响电力系统的稳定运行。双馈型风电机组由于变流器的容量较小，其调节能力受到限制，同时变速箱的使用也使得系统的整体结构变得复杂。而基于永磁直驱机组的风电场，由于省去了齿轮箱，使得结构变的简单，并且在发电机和电网之间加装了全功率变流器，使得机组本身可以控制发出无功功率，极大的提高了整个风场的电压稳定性。现有技术方案如下：

在直流侧增加卸荷负载电路以消耗或存储不平衡功率，保证直流电容电压稳定，；增设SVC补偿无功缺失，稳定母线电压。

卸荷电路通过IGBT和直流母线直接相连，当电网电压跌落时，电压跌落检测装置会将电压跌落信号传到网侧变流器控制器中，控制器根据跌落深度控制卸荷负载的投入大小。同时，自动采样控制电路采集电网电压跌落信号，控制晶闸管触发角控制无功输出，进而对无功进行补偿。

现行网侧变流器控制一般采用电压外环和电流内环控制系统。电压外环稳定直流电容电压，将采集值与设定值进行比较，偏差通过PI调节器输出有功无功电流参考量；电流内环将有功电流和无功电流解耦控制，通过SVPWM控制逆变器输出能量。

发明内容

本发明的目的在于利用一种风电场用直驱风电系统，旨在解决现有风场的风速变化导致风场有功出力不稳定，从而影响电网中母线节点的电压稳定性的问题。

本发明的目的在于提供一种风场用直驱风电系统，所述风场用直驱风电系统包括：

单机无穷大系统，用于对信号进行放大处理；

网侧逆变器无功控制系统，与所述单机无穷大系统连接用于对整个电网进行控制。

进一步、所述单机无穷大系统还包括：

风电机组，用于提供电压信号；

等值线路，与所述风电机组相连接，用于接受风电机组提供的电压；

无穷大系统，与所述等值线路连接，用于接收等值线路传来的电压信号。

进一步、所述等值线路的连接方式：电压信号进入等值线路，一部分经过电容C2，与地连接，另一部分分为两路，一部分经过电容C2后接地，另一部分经过电阻R，串联上电感L后，一部分经过电容C3接地，另一部分则直接连接到无穷大系统。

进一步、所述网侧逆变器无功控制系统还包括：

q轴调节模块，用于实时监测电网的电压；

d轴调节模块，用于通过park变换得到实际的i_d与有功电流参考值i_d^*进行比较，偏差通过PI控制器然后进行park逆变换，形成控制电压信号；

SVPWM调节模块，与所述q轴调节模块和d轴调节模块连接，用于接受来自q轴调节模块和d轴调节模块的控制电压信号，并且驱动SVPWM产生六路脉冲信号；

网侧逆变器模块，与所述SVPWM调节模块连接，用于接受SVPWM调节模块的脉冲信号，控制网侧逆变器开关信号，实现无功输出，调节功率因数；

park变换模块，与所述网侧逆变器模块连接，用于对信号进行park转换。

进一步、所述风场用直驱风电系统还包括一种静态电压稳定分析的方法，通过建立节点电压与区域负荷之间的关系曲线，从而指示区域负荷水平或传输界面功率水平导致整个系统临近电压崩溃的程度；

设U1为风电机组的极端电压；U2为无穷大系统的端电压；下面通过简单潮流计算进行推导：