[发明专利]一种液压型风力发电高电压穿越控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种液压型风力发电高电压穿越控制系统及方法，其控制系统组成为：风力机部分、定量泵‑变量马达液压主传动系统和发电机部分，通过其中的转速控制器、有功功率控制器、无功功率控制器能够实现液压型风电机组高电压穿越中的有功功率控制、有功功率的平滑控制和无功功率补偿控制。其控制方法是：在电网出现高电压故障时，通过调整变量马达摆角，在保证励磁同步发电机转速满足并网转速需求的同时实现风电机组高电压穿越过程中的有功功率控制和有功功率平滑，同时通过控制励磁同步发电机输出的动态感性无功电流实现风电机组高电压穿越过程中的无功功率补偿。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种液压型风力发电高电压穿越控制系统及方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，全球范围内的能源危机、环境污染、气候变暖逐步引起了世界各国的广泛关注，而随着可持续发展战略的推动和风电技术的逐步成熟，风力发电将成为新能源产业的重要支柱。

液压型风电机组作为一种新型风电机组，可通过液压长管路采用落地安装大大降低了机舱的重量，同时液压型风电机组在运行和维护成本方面相对传动的双馈型风电机组，是传统机型成本的56％。

随着电网企业要求的日益提高，风力发电机组的故障电压穿越被业界公认为最具挑战性的重要技术指标之一。液压型风电机组与传统机组一样，仍需要具有故障穿越的能力，且风电机组在电网故障下的穿越能力，直接关系着机组、风场乃至区域电网的安全稳定。

我国对风电机组高电压穿越给出了明确要求：

高电压穿越要求为：(1)有功功率输出：没有脱网的风电机组，在电压升高时刻及电压恢复正常时刻，有功功率波动幅值应在±50％Pn范围内，且波动幅值应大于零，波动时间应不大于80ms；在电压升高期间，输出有功功率波动幅值应在±5％Pn范围内，电压恢复正常后，输出功率应为实际风况对应的输出功率。(2)动态无功支撑：当风电机组并网点发生三相对称电压升高时，风电机组应自电压升高出现的时刻起快速响应，通过注入感性无功电流支撑电压恢复。

目前，国内外针对液压型风电机组电压穿越控制研究，主要围绕机组的低电压穿越控制展开研究。

欧洲专利EP2481917A1中记载了Chapple等人提出了一种液压型发电机在低电压条件下控制风力发电机和涡轮机的转速的系统。该系统中主要包括闭环液压传动系统和电力控制单元，当检测到低电压状态时，控制单元通过马达的排量和流量控制阀的流量对风力发电机和涡轮机的转速进行控制，进而实现低电压穿越。该方法将多余的能量转化为热量，不但存在一定的能量损失，而且长时间运行会对系统中元件有所损害。

中国专利CN10637456A中记载燕山大学提出了一种液压型风电机组及能量分层调控的低电压穿越控制方法，当电网电压因故障跌落时，顶层控制是通过桨距角控制器控制风力机桨距角以减少风能捕获，中层控制是通过转速控制器实现变量马达摆角控制，从而增大定量泵的转速，将残余功率转化为风轮动能，底层控制是通过功率控制器控制比例节流阀开度，将残余能量转化为热能，最终实现低电压穿越。然该过程中存在能量损耗，使系统发热，同时并没有无功功率补偿策略的说明。

中国专利CN104901332A中记载燕山大学提出了一种基于变桨距的低电压穿越控制系统及控制方法，该方法中有两个控制变量，分别为变桨距系统的比例方向阀的阀口开度和定量泵-变量马达传动系统的变量马达摆角，两者相互协调，使低电压穿越控制更加灵活。但同样存在能量的损耗，同时尚未针对液压型风电机组高电压穿越控制展开研究。

综上所述，目前针对液压型风电发电高电压穿越控制方面的研究鲜见，同时机组在故障穿越过程中均未涉及到无功功率补偿、有功功率平滑等方面。为克服上述存在的技术缺陷，亟需提供一种液压型风力发电高电压穿越控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种液压型风力发电高电压穿越控制系统及方法，用于控制液压型风力发电机组实现高电压穿越的功能。