[发明专利]一种含分布式变频的动态分频风电系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种含分布式变频的动态分频风电系统及控制方法，其中系统包括分布式变频风电场、长距离输电线路和集中变频器，分布式变频风电场包括多台双馈机组，所有双馈机组通过风电场集电子系统汇集连接至风电场公共连接点后与长距离输电线路的一端相连接，长距离输电线路的另一端与集中变频器的交流端口2相连接，集中变频器的交流端口1与工频电网相连接，此外，本发明与动态分频风电系统配套的集中变频器以及双馈机组的控制方法，与现有技术相比，本发明具有1)以较少的电力电子容量解决了机组快速精确控制、独立变速和大规模风电远距离送出的技术难题；2)获得更宽的变速范围；3)有效降低风电机组齿轮箱的转速变比等优点。

技术领域

本发明涉及风电技术领域，尤其是涉及一种含分布式变频的动态分频风电系统及控制方法。

背景技术

未来风电仍将迅猛发展，且百兆瓦级的规模化风电仍然是风电开发的主要形式。规模化陆上风电和规模化海上风电往往都面临远距离输电的问题。另外风电机组单机容量增大、风电变流器容量也随之不断增加。

第一种与本发明最相近似的实现方案是风电场集中变频后经频率动态变化的低频交流送出，在该方案中风电场公共连接点是变压变频的交流母线，各台风电机组不采用背靠背变流器。

第二种与本发明最相近似的实现方案是变速恒频双馈风电机组，即双馈风力发电机通过背靠背变流器接入恒压恒频交流电网。

已有的第一种技术的缺点包括：1)各单台风电机组无法独立变速，因此当不同机组风速存在差异时会损失发电量。2)各台机组无法独立的实现快速、精确控制，在无功调节、机组稳定运行等方面可能存在不足。

已有的第二种技术的缺点包括：1)变速恒频双馈风电机组中，为了保证风电机组有充足的变速范围，变流器容量通常为额定容量的30％。随着风电机组单机容量不断提升，即便是30％额定容量的变流器也可能用到多台变流器并联的技术，从而不可避免的存在环流等不利影响。2)风电机组并入频率较高的工频电网，而风力机旋转速度很低，因此双馈发电机和风力机之间需要转速变比较高的齿轮箱(转速变比通常为100以上，采用两级变速)，对成本和可靠性不利。3)需要额外的技术解决风电远距离送出问题。

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含分布式变频的动态分频风电系统及控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种含分布式变频的动态分频风电系统，该系统包括分布式变频风电场、长距离输电线路和集中变频器，所述分布式变频风电场包括多台双馈机组，所有所述双馈机组通过风电场集电子系统汇集连接至风电场公共连接点后与所述长距离输电线路的一端相连接，所述长距离输电线路的另一端与所述集中变频器的交流端口2相连接，所述集中变频器的交流端口1与工频电网相连接。

进一步地，所述的集中变频器的拓扑结构采用背靠背电压源型变换器、交-交直接变频器或旋转式分频变压器，所述的背靠背电压源型变换器包括两电平电压源型变换器、多电平电压源型变换器和模块化多电平变换器；所述交-交直接变频器包括周波变换器、矩阵变换器和模块化多电平矩阵变换器；所述旋转式分频变压器由绕线转子异步电机和同步电机通过机械轴相互连接构成，所述绕线转子异步电机还配置有变流器。

进一步地，所述的集中变频器的拓扑结构的具体选择所需满足的条件要求包括：所述集中变频器的交流端口2具有维持所述双馈机组发电机定子磁通为额定磁通的变压变频特性，所述长距离输电线路上所传输的为频率动态变化的低频交流电，并为所有所述双馈机组实时集中变频，各台所述双馈机组自身的背靠背变流器在集中变频的基础上实时小幅度、差异化变频调速。

本发明还提供一种基于所述的含分布式变频的动态分频风电系统的集中变频器控制方法，该方法包括以下步骤：