[发明专利]一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统和方法

说明书

本发明提供一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统和方法，所述系统包括：多个双馈异步风力发电机、逆变单元、隔离变压器、整流单元、串联补偿器和耦合变压器；隔离变压器包括至少一个副边绕组；任一发电机的直流侧连接对应一个逆变单元；多个逆变单元级联后与隔离变压器的原边绕组连接；隔离变压器的任一副边绕组连接对应一个整流单元，任一整流单元连接串联补偿器，任一串联补偿器连接对应耦合变压器的原边；三个耦合变压器的副边分别与双馈风电场和电网连接的三相线路串联。本发明提供的系统和方法，撤除了传统补偿装置直流侧储能装置，降低了生产成本，通过串联补偿器注入补偿电压，保证双馈风电场的故障穿越运行。

技术领域

本发明涉及电力电子应用技术领域，尤其涉及一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统和方法。

背景技术

双馈异步风力发电机(DFIG，Double-Fed Induction Generator)是一种绕线式感应发电机，具备有功和无功功率独立控制、可变速运行及励磁变流器容量小等特点，是变速恒频风力发电机组的核心部件，也是风力发电机组国产化的关键部件之一。

目前，以双馈风电场为主的大型并网风电场容量不断提升，使得该类型发电系统与电网的相互影响越来越重要。由于双馈异步风力发电机的定子直接与电网相连，当电网发生故障，导致电网电压骤降时，发电机极易产生过电压和过电流，因此应采取有效的措施避免电网故障时转子过电压、过电流问题，使得双馈异步发电机风电系统具备一定的故障穿越能力，如何进一步提高双馈风场在电网故障情况的不间断运行能力成为当前研究的热点问题。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在电网故障容易导致双馈异步风力发电机过电压过电流的问题，提供了一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统。

一方面，本发明提出一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统，包括：多个双馈异步风力发电机、多个逆变单元、一个隔离变压器、至少一个整流单元、至少一个串联补偿器和三个耦合变压器；所述隔离变压器由一个原边绕组和至少一个副边绕组构成；所述串联补偿器由逆变器和滤波器构成；每一所述双馈异步风力发电机对应一个所述逆变单元，任一双馈异步风力发电机的直流侧连接对应逆变单元的输入侧；所述多个逆变单元的输出侧级联后与所述隔离变压器的原边绕组连接；隔离变压器的每一副边绕组对应一个所述整流单元和一个串联补偿器，所述隔离变压器的任一副边绕组连接对应整流单元的输入侧，任一所述整流单元的输出侧连接对应串联补偿器的输入侧，任一所述串联补偿器的输出侧连接对应耦合变压器的原边；所述三个耦合变压器的副边分别与所述双馈风电场和电网连接的三相线路串联。

优选地，还包括三个旁路开关，每一所述旁路开关对应一个所述耦合变压器，任一所述旁路开关与对应的所述耦合变压器的副边并联；当电网状态正常时，所述旁路开关闭合。

优选地，所述隔离变压器的副边绕组、整流单元和串联补偿器的数量为三个。

优选地，所述逆变单元为H桥逆变单元；所述整流单元为不控整流单元。

优选地，所述串联补偿器中的逆变器为全桥逆变单元，所述逆变器中的开关为IGBT。

另一方面，本发明提出一种基于上述系统的电网故障穿越方法，包括：S1，电网发生故障时，解除串联补偿器中的逆变器的开关封锁，控制所述串联补偿器向双馈风电场和电网连接的线路注入补偿电压；其中，所述串联补偿器的能量由多个双馈异步风力发电机的直流侧通过逆变单元后级联，再经过隔离变压器和整流单元提供。

优选地，还包括：S01，实时检测所述电网的电压，通过均方值法计算电网电压的跌落深度；S02，根据所述电网电压的跌落深度判断电网的故障情况。

优选地，所述步骤S1还包括：当电网发生故障时，断开与耦合变压器的副边并联的旁路开关。