[发明专利]基于DVR的双馈异步风力发电机组低电压穿越系统及方法

说明书

（一）技术领域：

本发明涉及一种基于DVR的双馈异步风力发电机组低电压穿越系统及方法，属于电力电子技术领域。

（二）背景技术：

能源是构成客观世界的三大基础之一，人类寻找可持续的能源道路，开发利用新能源和可再生能源是完善能源系统的重点。风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动。风力发电是可再生能源，很环保，很洁净。风能作为洁净的能量来源，其设施日趋进步，大量生产降低成本，在适当地点，风力发电成本已低于其它发电机。随着风力发电在全世界范围内的高速增长，风电装机容量在电力系统中所占的比重快速提高，使得大型风电机组与局部电网之间的相互影响也越来越大。为了保障电力系统的运行安全，世界各国的电网运营商对风电接入提出了越来越严格的要求，其中最受人关注、也是最难以满足的要求即为风电机组的低电压穿越(LVRT)能力。

在各种类型的风力发电机组中，变速恒频双馈异步发电机(DFIG)以其调速范围宽、有功和无功功率可独立调节以及所需励磁变流器容量较小等优点，目前已成为国际主流风电机型，占据绝大部分市场份额。但是由于DFIG定子直接并网，很容易受到各种电网故障的影响，因此在电网跌落时，具有反应速度慢、低电压穿越能力不足等缺点。而动态电压补偿器（dynamicvoltagerestore简称DVR）作为目前最为先进的补偿设备，可以在ms级内做出补偿动作，使得跌落过程中电压稳定。基于上述原因，本发明在双馈异步风力发电机组中加入动态电压补偿器可以有效的解决目前存在的问题。

除了低电压穿越(LVRT)能力之外，当前电网规范对风电机组的高压穿越(Highvoltageridethrough，HVRT)能力也提出了要求，例如澳大利亚电网规范要求风电机组具有在电网电压骤升至1.3pu时维持60ms不间断运行的能力。与LVRT不同，当前广泛采用的Crowbar技术和直流斩波电路对HVRT不起作用，只有保持双馈异步风力发电机组（DFIG）定子电压稳定才能实现HVRT运行。当前主要采用的方案有DVR和动态无功补偿器(Staticcompensator,STATCOM)。相对于DVR，STATCOM需要吸收很大的无功功率才能维持DFIG定子电压的稳定，对功率器件容量要求较高：而且在电网电压不对称情况下STATCOM的应用不如DVR灵活，因此应优先选用DVR来实现DFIG的HVRT运行。

（三）发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于DVR的双馈异步风力发电机组低电压穿越系统及方法，在电网正常运行是可以检测系统电压波动，在电网发生低电压故障的情况下，系统可快速输出补偿电压以补偿电网电压的跌落，使逆变器输出端口的电压基本保持恒定，从而使得双馈异步风力发电机组具有低电压穿越的能力，它通过合理设计电路结构，然后利用动态电压补偿器的自身特点减少电压跌落的反应时间，改善低电压穿越能力，且结构简单，操作方便。

本发明的技术方案是：一种基于DVR的双馈异步风力发电机组低电压穿越系统，其特征在于它包括双馈异步风电机组和DVR动态电压恢复器；其中所述的双馈异步风电机组直接连接电网；所述DVR动态电压恢复器的输入端采集电网系统侧的电压，其输出端连接双馈异步风电机组的输出端和电网的输入端。

所述双馈异步风电机组是由风力发电机组和变流器组成；所述风力发电机组直接连接电网，采集电网电压作为定子电压；采集变流器电压作为转子电压；所述变流器包括GSC网侧变流器和RSC转子侧变流器。

所述DVR动态电压恢复器是由控制器单元、能量储存单元、并联电容器、逆变电路单元、滤波电路单元、串联变压器以及整流器组成；所述DVR动态电压恢复器通过滤波电路单元和串联变压器接入电网；所述能量储存单元的输入端与整流器和控制器单元的输出端连接，其输出端通过并联电容器与逆变电路单元连接；所述整流器单元的输入端采集电网的电压电流信号。

所述控制器单元采用的是UC3942A芯片。

所述DVR动态电压恢复器的储能单元设有五个串联的储能供电部分，每个部分由一个H桥逆变器和一个储能元件构成。

一种基于DVR的双馈异步风力发电机组低电压穿越系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：（1）检测电压波动并做出合理动作；（2）动态电压恢复器接受信号并做出补偿；（3）将补偿电压注入线路，稳定双馈异步发电机输出能力。

本发明的工作原理：

（1）电压跌落补偿