[发明专利]风电场超级电容储能型统一电能质量调节器

说明书

技术领域

 本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风电场超级电容储能型统一电能质量调节器。

背景技术

随着风电机组单机容量的增大，风能正在成为电力系统广泛应用的能源之一。为了可靠地向电网供电，风电机组要严格满足电网的接入要求，特别是电压、电流的大小以及谐波要符合入网要求。而在电网故障导致电压下降时，又要求风电机组具有一定的低电压穿越功能，一般情况下若电网出现故障风机就实施被动式自我保护而立即解列，而当电网电压发生跌落后，风机的大量切除会导致局部电网发生有功缺额，对电网的稳定性和电能质量构成严重威胁，造成巨大损失。因此通常要求电网电压跌落在预定范围内的时候，风电机组不能与电网解列，并且风电机组在此过程中要能提供无功以支持电网电压恢复。

目前市场上最常见的风机类型有三种，即直接并网的定速异步电机(FSIG)，同步直驱式风机(PMSG)和双馈异步式风机(DFIG)。由于三种风机结构的差异，一般采取的低电压穿越技术也不相同。目前比较常见的解决方法主要有两种，一种是改进DFIG的控制策略，例如改进的矢量控制和鲁棒控制器。另一种是加装硬件设备,例如加装Crowbar和串联补偿。但Crowbar动作期间将短接DFIG转子绕组，使DFIG变为并网笼型异步发电机，需从电网吸收大量无功功率以作励磁，这将非常不利于电网故障的迅速恢复。

目前统一电能质量调节器作为一种电能质量综合调节装置，以电力电子技术为基础，一般用来改善负载端电压波形，消除负载引起的谐波电流和无功电流，实现用户灵活供电，属于用户电力技术的重要研究方向之一。统一电能质量调节器改变了电能质量治理中传统电压或电流波形分别补偿方法，整体适应系统电流和电压的补偿要求，具有较远的发展前景，但是目前统一电能质量调节器直流母线两端一般并接普通电容器，随着充放电次数的增多，电容器寿命会很快缩短。

发明内容

本发明目的是提高风电场输出电能质量，防止包括电压畸变、不平衡，电流谐波、不平衡等对所并电网的影响；其次对电网提供一定的无功补偿，提高电网功率因数；最后在电网出现低电压故障时，补偿风机端口电压、储存不能输送的风电，实现风电场的低电压穿越，避免切机的风险，有效保护电网的安全。

为实现本发明上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种风电场超级电容储能型统一电能质量调节器，包括主电路和控制电路，主电路包括补偿变压器、串联补偿器、并联补偿器、限流电路、超级电容器组和双向DC/DC斩波电路；控制电路包括信号采集调理电路、双数字信号处理器(DSP)和驱动电路；其中，主电路结构原理图如图1所示，

补偿变压器采用三个独立的单相变压器或采用三相耦合的三相变压器；

串联补偿器由三相全控桥串联变流器(SVSI)、第二滤波电感(                                               )和第二滤波电容()组成；

并联补偿器由三相全控桥并联变流器(PVSI)、第一滤波电感()和第一滤波电容()组成；

限流电路由限流电阻()和限流电感()串联后再与常开触点接触器(K)并联组成，用于限制超级电容器组的充电电流和过电压；

补偿变压器副边串接于风电系统和升压变压器之间，采用星型接法，原边经滤波电感()和滤波电容()后接至三相全控桥串联变流器交流侧，三相全控桥串联变流器直流侧接直流母线，三相全控桥并联变流器直流侧也接直流母线，三相全控桥并联变流器交流侧经滤波电感()、滤波电容()并接升压变压器低压侧；

超级电容器组()作为能量存储装置，经限流电路和双向DC/DC斩波电路后与直流母线并联连接。所述超级电容器单体耐压值低，采用双向DC/DC斩波电路进行直流电压的升降。

双向DC/DC斩波电路由两个绝缘栅双极型晶体管反并联二极管构成的模块、储能电感(L)和直流母线电容器()组成，双向DC/DC斩波电路的输入端经限流电路接超级电容器组两端，双向DC/DC斩波电路的输出端并接于直流母线上，用于超级电容器组端电压的变换。

风电场超级电容储能型统一电能质量调节器控制原理图如图2所示，