[发明专利]一种风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置及切换方法

说明书

 

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，涉及一种风力机组的串联型低电压穿越控制、并联型有源滤波器以及两种工作模式的自动切换方法。

 

背景技术

风能作为洁净无污染的新能源，大力发展风电行业对于节能减排和低碳经济等具有很重要的意义。当今世界在风电装机容量快速增长的同时，风电技术也取得了长足进步，特别是风力发电机组本身，由20世纪90年代的定桨距、恒速技术，发展到今天被广泛应用的变桨距、变速技术，而且单机容量不断刷新纪录。过去为了保护风电机组，风电场一般通过频繁切机来躲避电网故障对风电机组的影响。随着风电机组的装机容量越来越大，传统的风电机组自我保护将对电网的安全稳定运行造成重大的影响，特别是在电力系统出现扰动和故障的情况下，其对电力系统的影响越发突出，严重故障将导致电网电压崩溃。出于电力系统安全运行的角度考虑，各国对风电机组制造商提出了更多新的要求，先后出台了风电并网标准，其中风电机组的电能质量和低电压穿越是很重要的两个方面。一方面，风电全功率并网变流器的网侧进线电抗器电感量一般较小，其工作开关频率较低，这导致并网变流器中出现较大程度的低次谐波电流，恶化了整个发电系统的输出电能质量，另外，部分发电机组如感应发电机组的功率因数较低，电网也对发电机组无功调节具有一定的要求，采用有源滤波器可以很好地解决上述需求。与串联型有源滤波器相比，并联型有源滤波器具有投切方便灵活以及各种保护简单的优点，并且能够更好地补偿电流谐波和机组无功功率。另一方面，在电网故障导致发电机并网连接点电压跌落时，需要采用必要的措施，防止风电机组因过电流或者过电压触发保护而脱网，有效降低风电机组机械传动系统和电气系统的冲击，从而具备低压穿越能力。

专利CN101860043B“串联型风力发电低电压穿越控制装置及控制方法”公开了一种串联型风力发电机组低电压穿越控制装置，脉冲控制单元可调节PWM变换器补偿电网上的电压跌落，将发电机端电压维持在一定的水平，从而实现低电压穿越，但该方案仅能实现低电压穿越，不能解决电网谐波和无功问题；文献CN103441504A“具有自充电功能的串联补偿低电压穿越装置及控制方法”公开了一种串联补偿低电压穿越装置和控制方法，利用三相标准变换器实现对直流母线电容电压的自充电启动，但该方案仅能实现低电压穿越工作模式；文献CN103390901A“风电机组综合串联补偿电压穿越装置及控制方法”公开了一种风电机组综合串联补偿电压穿越装置，在电网故障期间引起机端电压跌落、电网由于无功过剩引起机端电压升高以及电网谐波含量过大情况下，分别实现低电压穿越、高电压穿越和谐波补偿，避免风力发电机组的脱网和谐波的不良影响，但该方案没有采用切换装置，仅通过改变控制策略实现不同控制要求，对不同工作模式的效果不能做到同时最优，尤其对谐波和无功电流的补偿效果较差。文献CN103248052A“一种三相并联型有源电力滤波器的饱和切换控制方法”公开了一种三相并联型有源电力滤波器的饱和切换控制方法，通过建立切换系统模型，在饱和切换规则作用下，实现对电网谐波电流的补偿。但该方案仅能实现有源滤波器工作模式。文献CN101651347B“一种并联型有源电力滤波器”公开了一种并联型有源电力滤波器，在有源滤波器交流输入端与负载电路间接入三相滤波电感，能够降低补偿侧三相电感大小，提高滤波器电流跟踪能力。但该方案仅能治理电网谐波污染，不能解决低电压穿越问题。

由于电网的低电压故障发生概率较低，单独设置风电机组的低电压穿越补偿装置极不经济，为此，本发明将低电压穿越工作模式和有源滤波器工作模式电路通过切换装置集成到同一平台上，通过共享产生补偿电压或电流的PWM变换器的主电路，从而提高了材料的利用率，减小了补偿装置的体积，降低了成本。在电网正常情况下，切换装置自动切换至有源滤波器模式，补偿系统作为并联型有源滤波器工作，实现三相线路中谐波和无功电流补偿；在电网低电压故障情况下，切换装置自动切换至串联型低电压补偿模式，辅助实现风电机组的低电压故障穿越运行。

 

发明内容

技术问题：本发明提供一种利用一台PWM变换器实现低电压穿越和有源滤波补偿功能，在补偿谐波电流和无功电流方面具有更好的性能，能可靠实现风电机组的低电压故障穿越，减小了补偿装置的体积，节约了成本的风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置，同时提供两种基于该装置的风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置的模式切换方法，分别实现上述装置从并联型有源滤波器模式切换到串联型低电压穿越模式，以及从串联型低电压穿越模式切换到并联型有源滤波器模式。