[发明专利]一种自主惯量响应的动态分频风力发电系统

说明书

本发明涉及一种自主惯量响应的动态分频风力发电系统，包括风电场、风电场升压变压器、低频交流输电线路、输电降压变压器、绕线转子异步电机、电励磁同步电机、励磁系统及其控制单元、联轴单元、双交流端口变频器、变频器控制器、并网装置、开关设备、降压变压器、启动电阻、检测单元和中央控制器，与现有技术相比，本发明采用隔离型变频变压器中的同步电机作为电网接口，从而整个系统对电网呈现出同步发电机的特性，利于系统稳定运行，此外整个系统启动后，绕线转子异步电机在双端口交流变频器的控制下为风电场提供集中变频，同时以汇聚后的风电场电能拖动电励磁同步电机以同步转速运行，在励磁系统及其控制单元的配合下，具有电网友好的特性。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其是涉及一种自主惯量响应的动态分频风力发电系统。

背景技术

目前常用的风电并网控制技术中，风电机组不对电网体现惯性，导致电力系统的等效惯量降低，不利于系统稳定。现有的改进措施通过附加下垂控制参与系统频率响应，或采用虚拟同步机控制模拟同步机外特性。

与本发明最相近似的实现方案是采用旋转式分频变压器中的同步电机为整个风电场集中变频的方案，其中同步电机的转速受与其联轴的绕线式转子电机的控制。

现有的技术中，整个集中变频风电系统的电网接口部分是隔离型变频变压器中的绕线式转子电机，该绕线式转子电机由背靠背变换器实现控制，所采用的控制算法为定子电压定向的矢量控制，本质上对电网体现为电流源特性。因此，这种方案中整个风电场对电网体现为一台大容量的双馈机组，仍然无法对电网提供主动支撑。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自主惯量响应的动态分频风力发电系统，通过采用隔离型变频变压器中的同步电机作为电网接口，从而整个系统对电网呈现出同步发电机的特性，利于系统稳定运行。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自主惯量响应的动态分频风力发电系统，该系统包括风电场、风电场升压变压器、低频交流输电线路、输电降压变压器、绕线转子异步电机、电励磁同步电机、励磁系统及其控制单元、联轴单元、双交流端口变频器、变频器控制器、并网装置、多个开关设备、降压变压器、启动电阻、检测单元和中央控制器，其中，所述风电场依次经过所述风电场升压变压器、低频交流输电线路、输电降压变压器、第一所述开关设备和检测单元与所述绕线转子异步电机的定子绕组相连接，第一所述开关设备和所述检测单元之间还经第四所述开关设备与所述双交流端口变频器的一端交流端口相连接，所述绕线转子异步电机的转子绕组分别经过第二所述开关设备和第三所述开关设备与所述启动电阻和所述双交流端口变频器的一端交流端口对应连接，所述绕线转子异步电机的转轴还通过所述联轴单元与所述电励磁同步电机的转轴相连接，所述电励磁同步电机的定子绕组经过所述并网装置连接至电网，所述双交流端口变频器的另一端交流端口经过第五所述开关设备和所述降压变压器后连接至所述电网，所述中央控制器分别直接、经过所述变频器控制器或经过所述励磁系统及其控制单元与所述风电场、所述双交流端口变频器和所述电励磁同步电机的励磁绕组对应连接。

进一步地，该系统的输电频率范围的中心频率的计算公式为：

式中，f_central为输电频率范围的中心频率，p_EESG为所述电励磁同步电机的极对数，f_1n为所述电网的额定频率，p_WRIM为所述绕线转子异步电机的极对数，的建议值为2至4之间。

进一步地，该系统的输电频率的变化范围为：

f_L≤f_s≤f_{s_N}