[发明专利]一种风力发电系统及其同步控制方法

说明书

本发明公开了一种风力发电系统及其同步控制方法。为了克服传统风力发电系统中由于定子侧和转子侧的电压都相对较低，导致相应的电流值就高，系统的电缆传输成本相应的就比较高及电网故障时故障电流过大的问题；本发明包括以下步骤：利用虚拟同步转轴模拟同步发电机的机械运动方程以提供虚拟惯量与频率支撑；利用虚拟励磁环节通过模拟同步发电机的无功功率一电压下垂特性来产生虚拟励磁电；通过在转子控制电压中补偿合适的暂态分量。优点是实现风电机组的技术降本，降低风力发电机的度电成本；本发明控制方法具有良好的惯性支撑与动态调频能力，同时，也提高了控制电压的响应速度，实现更加简便。

技术领域

本发明涉及一种风力发电领域，尤其涉及一种风力发电系统及其同步控制方法。

背景技术

风是一种无公害能源，取之不尽用之不竭，风电技术的发展是促进能源结构调整的重要措施。我国从1972年开始研制第一台并网风力发电机，至如今的海上风力发电机并网运行，经历了几十年的发展。我们始终深谙风力发电的资源情况，并始终坚持自主创新。

随着“竞价上网”时代的到来，风电项目建设成本进一步被压缩，业主方投资收益率维持不变的前提下，势必将倒逼主机厂进一步降本。寻求低成本、高发电性能的新机组开发势在必行。

现有技术中，发电机厂家采用的系统主要由双馈风力发电机、变流器系统、升压变压器、开关柜组成，双馈风力发电机的定子侧出口电压主要为690V，定子侧出口电压主要也为690V，升压变压器一次侧接风机的额定输出电压为690V，二次侧接至电网为35kV，该系统由于定子侧和转子侧的电压都相对较低，相同功率的风力发电机，由于出口电压低，相应的电流值就高，系统的电缆传输成本相应的就比较高。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种风电机组电气系统”，其公开号为CN109672211A，公开日为2019年4月23日，包括双馈发电机、变流器和第一变压器，所述双馈发电机的定子直接与电网相连，所述双馈发电机的转子依次与所述变流器相连，所述变流器经第一变压器与电网相连。该专利增加了变压器成本，且只提高了定子侧的电压，还是会使得电缆传输成本增加。

发明内容

本发明主要解决传统风力发电系统中由于定子侧和转子侧的电压都相对较低，导致相应的电流值就高，系统的电缆传输成本相应的就比较高及电网故障时故障电流过大的问题；提供一种风力发电系统及其同步控制方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明包括双馈风力发电机、变流器系统、升压变压器和开关柜，所述双馈风力发电机定子侧输出端与所述开关柜第一输入端连接，所述双馈风力发电机转子侧输出端与所述变流器系统的输入端连接，所述变流器系统的输出端与所述开关柜第二输入端连接，所述开关柜的第一输出端与所述升压变压器的第一输入端连接，所述开关柜的第二输出端与所述升压变压器的第二输入端连接，所述升压变压器的输出端与电网连接。采用此方案变流器系统是1140V三电平变流器，是双馈风力发电机加在转子侧的励磁装置，在转子转速变化时，变流器控制励磁的幅值、相位、频率，使定子侧能向电网稳定输出；变流器系统控制双馈风力发电机系统实现软并网，减小并网冲击电流对电机和电网造成的不利影响。

作为优选，包括以下步骤：

步骤一：利用虚拟同步转轴模拟同步发电机的机械运动方程以提供虚拟惯量与频率支撑；

步骤二：利用虚拟励磁环节通过模拟同步发电机的无功功率一电压下垂特性来产生虚拟励磁电；

步骤三：通过在转子控制电压中补偿合适的暂态分量。

采用此方案可以通过分析电网发生故障时同步发电机的电磁暂态过程，来获得虚拟同步控制量的电磁暂态特性，从而改进转子控制电压指令的计算办法。

作为优选，所述步骤一的控制方程为：