專利名稱：一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)及低電壓穿越控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)及低電壓穿越控制方法。
背景技術(shù)：
隨著世界和中國經(jīng)濟發(fā)展，能源的消耗將急劇增加，使得我國將在未來一段時間內(nèi)長期面臨著環(huán)境和資源的雙重壓力，發(fā)展包括風(fēng)力發(fā)電在內(nèi)的可再生能源是中國能源困境的最根本解決辦法。在我國，風(fēng)電場與電網(wǎng)的系統(tǒng)協(xié)調(diào)規(guī)劃和建設(shè)是當(dāng)前關(guān)鍵問題之一。風(fēng)速的隨機性和間歇性導(dǎo)致風(fēng)電機組出力具有較大波動，如何將風(fēng)能開發(fā)出來并入電網(wǎng)，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，這是一個急需解決的問題，對并網(wǎng)風(fēng)電機組提出了比以往更高的技術(shù)需求，如低電壓穿越(LVRT)技術(shù)。近些年，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)在兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機組中的應(yīng)用成為了研究的熱點。雙饋感應(yīng)發(fā)電機的背靠背(back-to-back)變流器只需供給轉(zhuǎn)差功率就可以調(diào)節(jié)機組的轉(zhuǎn)速，從而能更好利用風(fēng)能，且發(fā)電系統(tǒng)可以通過改變勵磁電流的幅值和相位實現(xiàn)發(fā)電機組輸出有功、無功的解耦控制。但是由于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變流器容量較小，因此減弱了系統(tǒng)抵御電網(wǎng)電壓跌落的能力。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落到一定數(shù)值時，如果不采用任何技術(shù)措施，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)將會被電網(wǎng)切除，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全用電。當(dāng)前，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)的低電壓穿越技術(shù)一般有兩類方案一是改進(jìn)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)勵磁控制策略的低電壓穿越(LVRT)技術(shù)；另一類即通過增加像轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar電路、定子側(cè)串聯(lián)無源阻抗等硬件設(shè)備來提高機組的低電壓穿越能力。改進(jìn)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)勵磁控制策略這類方法的出發(fā)點都是不增加硬件電路，僅通過控制手段來提高網(wǎng)側(cè)變流器的輸出電壓，降低轉(zhuǎn)子故障電流值。此類方法無需額外成本，但僅對于不太嚴(yán)重的對稱或不對稱故障是可行的，對于電網(wǎng)電壓跌落嚴(yán)重時，由于實際系統(tǒng)中直流母線電壓的利用率有限，相當(dāng)于給網(wǎng)側(cè)變流器的輸出施加了一個物理上的限幅，故當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動勢較大時，將不能有效抑制轉(zhuǎn)子電流的增大。故僅依靠對網(wǎng)側(cè)變流器(RSC )的控制來實現(xiàn)低電壓穿越(LVRT)技術(shù),存在很大的應(yīng)用約束。如果增加Crowbar電路，當(dāng)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)轉(zhuǎn)子接入Crowbar電路后作為鼠籠異步電機運行，Crowbar電路將會成為一個消耗感性無功的負(fù)載，不僅不能對電網(wǎng)電壓跌落起支撐作用，反而阻礙故障切除后電網(wǎng)電壓的恢復(fù)。因此，如何在電網(wǎng)電壓跌落時，使雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)下仍能夠保持和電網(wǎng)的連接，并且能夠?qū)﹄娋W(wǎng)提供支撐作用來提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性這一問題急需解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于Crowbar電路和電池儲能裝置，能在較大范圍電壓跌落的情況下，有效實現(xiàn)低電壓穿越的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于Crowbar電路和電池儲能裝置，能在 較大范圍電壓跌落的情況下，有效實現(xiàn)低電壓穿越的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控
制方法。本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案本發(fā)明設(shè)計了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)，包括雙饋風(fēng)力發(fā)電機、背靠背變流器、低電壓穿越控制模塊、以及分別與低電壓穿越控制模塊相連接的Crowbar電路、電池儲能裝置、電壓檢測裝置、電流檢測裝置；雙饋風(fēng)力發(fā)電機通過背靠背變流器串聯(lián)至電網(wǎng)輸入端，電池儲能裝置與背靠背變流器的直流環(huán)節(jié)相并聯(lián)，背靠背變流器包括機側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器、以及與機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器相并聯(lián)的電容，Crowbar電路與機側(cè)變流器相并聯(lián)；其中，電流檢測裝置實時檢測雙饋風(fēng)力發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子電流，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值時，低電壓穿越控制模塊向Crowbar電路發(fā)出指令，將機側(cè)變流器短路；電壓檢測裝置實時檢測背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓相比較，當(dāng)偏差達(dá)到電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障臨界值時，低電壓穿越控制模塊向電池儲能裝置發(fā)出指令，控制電池儲能裝置吸收雙饋風(fēng)力發(fā)電機的有功功率；電壓檢測裝置實時檢測電網(wǎng)輸入端電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果小于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值時，低電壓穿越控制模塊分別向網(wǎng)側(cè)變流器和電池儲能裝置發(fā)出指令，控制網(wǎng)側(cè)變流器切換至STATC0M工作模式，向電網(wǎng)系統(tǒng)提供無功支撐，以及由低電壓穿越控制模塊控制電池儲能裝置向外輸送有功功率來抑制變流器直流環(huán)節(jié)電壓的下降。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述電池儲能裝置中的電池采用多硫化鈉-鎳儲能電池。本發(fā)明所述一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果
(I)本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)基于Crowbar電路和電池儲能裝置,能在較大范圍電壓跌落的情況下，有效實現(xiàn)低電壓穿越。本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案本發(fā)明設(shè)計了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法，其中，所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)包括雙饋風(fēng)力發(fā)電機、背靠背變流器、低電壓穿越控制模塊、以及分別與低電壓穿越控制模塊相連接的Crowbar電路、電池儲能裝置；雙饋風(fēng)力發(fā)電機通過背靠背變流器串聯(lián)至電網(wǎng)輸入端，電池儲能裝置與背靠背變流器的直流環(huán)節(jié)相并聯(lián)，背靠背變流器包括機側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器、以及與機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器相并聯(lián)的電容，Crowbar電路與機側(cè)變流器相并聯(lián)；所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法，包括如下步驟
步驟1.實時檢測雙饋風(fēng)力發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子電流，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值時，低電壓穿越控制模塊控制Crowbar電路將機側(cè)變流器短路；
同時，實時檢測背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓相比較，當(dāng)偏差達(dá)到電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障臨界值時，低電壓穿越控制模塊控制電池儲能裝置吸收雙饋風(fēng)力發(fā)電機的有功功率；
步驟2.實時檢測電網(wǎng)輸入端電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果小于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值時，低電壓穿越控制模塊控制網(wǎng)側(cè)變流器切換至STATCOM工作模式，向電網(wǎng)系統(tǒng)提供無功支撐，以及由低電壓穿越控制模塊控制電池儲能裝置向外輸送有功功率來抑制變流器直流環(huán)節(jié)電壓的下降。本發(fā)明所述一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果
(1)本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法中，當(dāng)風(fēng)速變化引起風(fēng)電場輸出功率波動時，為降低風(fēng)電場對電網(wǎng)的沖擊，電池儲能裝置能夠輸出或吸收一定的有功功率以平抑功率波動，避免過剩功率內(nèi)部消化導(dǎo)致的直流環(huán)節(jié)電容充電，直流電壓快速上升，電機轉(zhuǎn)子加速，電磁轉(zhuǎn)矩突變等一系列問題；
(2)本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法，當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時，控制網(wǎng)側(cè)變流器工作于STATCOM模式，能夠向電網(wǎng)系統(tǒng)回饋能量補償無功功率，減小電網(wǎng)恢復(fù)瞬間風(fēng)機無功功率的大幅變動，增強了電網(wǎng)的穩(wěn)定性；電池儲能裝置向外輸送有功功率，抑制背靠背變流器直流母線電壓的下降；
(3)本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法，由于Crowbar電路與電池儲能裝置配合控制，拓寬了網(wǎng)側(cè)變流器的控制模式，且它們均由低電壓穿越控制模塊控制工作，使得本發(fā)明具有良好的控制能力，能夠在電網(wǎng)跌落時實現(xiàn)低電壓穿越；
(4)本發(fā)明不僅在電網(wǎng)電壓小幅跌落時，提高了雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越能力；而且在電網(wǎng)大幅跌落時，大大改善雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的運行性能，進(jìn)一步限制了電壓跌落時發(fā)電機中定子和轉(zhuǎn)子的電流，從而實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越運行。


圖1是本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法中功能模塊連接控制示意 圖2是本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法的控制步驟示意圖；圖3是本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法中電池儲能裝置示意 圖4是本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法中Crowbar電路示意
圖5是本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法中網(wǎng)側(cè)變流器工作于STATCOM模式時電池儲能裝置的工作示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)，包括雙饋風(fēng)力發(fā)電機、背靠背變流器、低電壓穿越控制模塊、以及分別與低電壓穿越控制模塊相連接的Crowbar電路、電池儲能裝置、電壓檢測裝置、電流檢測裝置；雙饋風(fēng)力發(fā)電機通過背靠背變流器串聯(lián)至電網(wǎng)輸入端，電池儲能裝置與背靠背變流器的直流環(huán)節(jié)相并聯(lián)，背靠背變流器包括機側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器、以及與機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器相并聯(lián)的電容，Crowbar電路與機側(cè)變流器相并聯(lián)；其中，電流檢測裝置實時檢測雙饋風(fēng)力發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子電流，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值時，低電壓穿越控制模塊向Crowbar電路發(fā)出指令，將機側(cè)變流器短路；電壓檢測裝置實時檢測背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓相比較，當(dāng)偏差達(dá)到電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障臨界值時，低電壓穿越控制模塊向電池儲能裝置發(fā)出指令，控制電池儲能裝置吸收雙饋風(fēng)力發(fā)電機的有功功率；電壓檢測裝置實時檢測電網(wǎng)輸入端電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果小于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值時，低電壓穿越控制模塊分別向網(wǎng)側(cè)變流器和電池儲能裝置發(fā)出指令，控制網(wǎng)側(cè)變流器切換至STATCOM工作模式，向電網(wǎng)系統(tǒng)提供無功支撐，以及由低電壓穿越控制模塊控制電池儲能裝置向外輸送有功功率來抑制變流器直流環(huán)節(jié)電壓的下降。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述電池儲能裝置中的電池采用多硫化鈉-鎳儲能電池。本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)基于Crowbar電路和電池儲能裝置,能在較大范圍電壓跌落的情況下，有效實現(xiàn)低電壓穿越。如圖1和圖2所示，本發(fā)明設(shè)計了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法，其中，所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)包括雙饋風(fēng)力發(fā)電機、背靠背變流器、低電壓穿越控制模塊、以及分別與低電壓穿越控制模塊相連接的Crowbar電路、電池儲能裝置；雙饋風(fēng)力發(fā)電機通過背靠背變流器串聯(lián)至電網(wǎng)輸入端，電池儲能裝置與背靠背變流器的直流環(huán)節(jié)相并聯(lián)，背靠背變流器包括機側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器、以及與機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器相并聯(lián)的電容，Crowbar電路與機側(cè)變流器相并聯(lián)；所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法，包括如下步驟
步驟1.實時檢測雙饋風(fēng)力發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子電流，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值時，低電壓穿越控制模塊控制Crowbar電路將機側(cè)變流器短路；
同時，實時檢測背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓相比較，當(dāng)偏差達(dá)到電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障臨界值時，低電壓穿越控制模塊控制電池儲能裝置吸收雙饋風(fēng)力發(fā)電機的有功功率；
步驟2.實時檢測電網(wǎng)輸入端電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果小于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值時，低電壓穿越控制模塊控制網(wǎng)側(cè)變流器切換至STATCOM工作模式，向電網(wǎng)系統(tǒng)提供無功支撐，以及由低電壓穿越控制模塊控制電池儲能裝置向外輸送有功功率來抑制變流器直流環(huán)節(jié)電壓的下降。本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法中，當(dāng)風(fēng)速變化引起風(fēng)電場輸出功率波動時，為降低風(fēng)電場對電網(wǎng)的沖擊，電池儲能裝置能夠輸出或吸收一定的有功功率以平抑功率波動，避免過剩功率內(nèi)部消化導(dǎo)致的直流環(huán)節(jié)電容充電，直流電壓快速上升，電機轉(zhuǎn)子加速，電磁轉(zhuǎn)矩突變等一系列問題。其中，電網(wǎng)故障引起電壓跌落時，風(fēng)電場輸出到電網(wǎng)的功率下降，而輸入風(fēng)電場的機械功率基本不變，控制電池儲能裝置吸收一定的有功功率，避免過剩功率內(nèi)部消化導(dǎo)致的直流環(huán)節(jié)電容充電，直流電壓快速上升，電機轉(zhuǎn)子加速，電磁轉(zhuǎn)矩突變等一系列問題。
本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法，當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時，控制網(wǎng)側(cè)變流器工作于STATCOM模式，向電網(wǎng)回饋能量補償無功功率，減小電網(wǎng)恢復(fù)瞬間風(fēng)機無功功率的大幅變動，增強了電網(wǎng)的穩(wěn)定性；電池儲能裝置通過向背外輸送有功功率，抑制背靠背變流器直流母線電壓的下降。如圖3所示，本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法中，所述電池儲能裝置包括雙向buck-boost DC/DC變流器和多硫化鈉-鎳儲能電池，并通過LCL電路進(jìn)行濾波。如圖4所示，本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法中，所述Crowbar電路由不可控整流橋配合一個IGBT全控器件組成。本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法，由于Crowbar電路與電池儲能裝置配合控制，拓寬了網(wǎng)側(cè)變流器的控制模式，且它們均由低電壓穿越控制模塊控制工作，使得本發(fā)明具有良好的控制能力，能夠在電網(wǎng)跌落時實現(xiàn)低電壓穿越。本發(fā)明不僅在電網(wǎng)電壓小幅跌落時，提高了雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越能力；而且在電網(wǎng)大幅跌落時，大大改善雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的運行性能，進(jìn)一步限制了電壓跌落時發(fā)電機中定子和轉(zhuǎn)子的電流，從而實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越運行。本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法在應(yīng)用過程當(dāng)中，當(dāng)電網(wǎng)故障發(fā)生時，風(fēng)電場輸出到電網(wǎng)的功率下降，而輸入風(fēng)電場的機械功率基本不變，此時，電流檢測裝置將對雙饋風(fēng)力發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子電流的實時檢測結(jié)果，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值時，低電壓穿越控制模塊向Crowbar電路發(fā)出指令，將機側(cè)變流器短路，避免由于雙饋風(fēng)力發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子電流激增對機側(cè)變流器可能造成的危害。同時，網(wǎng)側(cè)變流器工作于普通模式，由于流過機側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器有功功率的不平衡可導(dǎo)致背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓急劇升高，此時通過低電壓穿越控制模塊控制電池儲能裝置工作，控制電池儲能裝置吸收機側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器之間的不平衡功率，抑制背靠背直流環(huán)節(jié)母線電壓升高；即電壓檢測裝置實時檢測背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓相比較，當(dāng)偏差達(dá)到電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障臨界值時，低電壓穿越控制模塊向電池儲能裝置發(fā)出指令，控制電池儲能裝置吸收雙饋風(fēng)力發(fā)電機的有功功率。本發(fā)明中，電壓檢測裝置將對電網(wǎng)輸入端電壓的實時檢測結(jié)果發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果小于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值時，低電壓穿越控制模塊分別向網(wǎng)側(cè)變流器和電池儲能裝置發(fā)出指令，控制網(wǎng)側(cè)變流器切換至STATCOM工作模式，向電網(wǎng)系統(tǒng)提供無功支撐。此時，當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器工作于STATCOM模式時，由于向電網(wǎng)系統(tǒng)輸送無功功率的緣故，背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓會大幅度下降，此時控制電池儲能裝置向外輸送有功功率，即由低電壓穿越控制模塊控制電池儲能裝置向外輸送有功功率來抑制變流器直流環(huán)節(jié)電壓的下降。本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法在具體實施過程中，電網(wǎng)三相短路故障和不對稱短路故障都會造成電網(wǎng)電壓大幅跌落，雙饋風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流激增，通過電流檢測裝置對雙饋風(fēng)力發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子電流進(jìn)行實時檢測，并將檢測結(jié)果輸送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值時，低電壓穿越控制模塊向Crowbar電路發(fā)出指令,將機側(cè)變流器短路，避免由于雙饋風(fēng)力發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子電流激增對機側(cè)變流器可能造成的危害。電壓檢測裝置實時檢測背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓相比較，由于風(fēng)電場輸出到電網(wǎng)的功率下降，而輸入風(fēng)電場的機械功率基本不變，此時，若網(wǎng)側(cè)變流器工作于普通模式，則流過機側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器的不平衡有功功率可導(dǎo)致背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓急劇升高，通過對由電壓檢測裝置對背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓的實時檢測結(jié)果的比較，當(dāng)偏差達(dá)到電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障臨界值時，低電壓穿越控制模塊向電池儲能裝置發(fā)出指令，控制電池儲能裝置吸收雙饋風(fēng)力發(fā)電機的有功功率，抑制背靠背直流環(huán)節(jié)母線電壓升高。同時，電壓檢測裝置將對電網(wǎng)輸入端電壓實時檢測的結(jié)果，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果小于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值時，即電網(wǎng)電壓跌落率較大時，將導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)無功缺乏，此時，低電壓穿越控制模塊分別向網(wǎng)側(cè)變流器和電池儲能裝置發(fā)出指令，控制網(wǎng)側(cè)變流器切換至STATCOM工作模式，向電網(wǎng)系統(tǒng)提供無功支撐。同時，由于電網(wǎng)電壓跌落時，流過機側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器的有功功率嚴(yán)重不平衡或是由于網(wǎng)側(cè)變流器工作于STATCOM模式，都將導(dǎo)致背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓會大幅度下降，此時，控制電池儲能裝置向背靠背變流器直流環(huán)節(jié)輸送有功功率，抑制背靠背變流器直流母線電壓的下降。本發(fā)明設(shè)計的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法中，所述電池儲能裝置還包括PI控制器。如圖5所示，網(wǎng)側(cè)變流器工作于STATCOM模式，整個控制電路為雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，電壓外環(huán)的輸入分別為背靠背變流器直流母線電壓偏差信號和電網(wǎng)電壓偏差信號，其中，背靠背變流器直流母線電壓偏差信號和電網(wǎng)電壓偏差信號分別通過電池儲能裝置中的PI控制器轉(zhuǎn)化為各自電流基準(zhǔn)值，再與各自電流實際值相比較，將得出的各自電流偏差信號經(jīng)PI控制器，再加上各自的電壓前饋分量后形成控制網(wǎng)側(cè)變流器導(dǎo)通關(guān)斷的信號。綜上所述，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時，由低電壓穿越控制模塊控制電池儲能裝置和Crowbar電路的工作，并根據(jù)電壓跌落的深度來控制網(wǎng)側(cè)變流器的工作模式即通過電池儲能裝置和Crowbar電路來平抑背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓波動，并在雙饋風(fēng)力發(fā)電機中轉(zhuǎn)子電流過大的情況下，通過短路方式來保護機側(cè)變流器；并在電網(wǎng)電壓跌落比較大的或者故障消失除的時候通過使網(wǎng)側(cè)變流器工作于STATCOM模式，向電網(wǎng)提供無功功率，以及向背靠背變流器直流環(huán)節(jié)輸送有功功率，使雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)可以始終保持與電網(wǎng)相連，實現(xiàn)了低電壓穿越這一過程的控制。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)，包括雙饋風(fēng)力發(fā)電機、背靠背變流器、低電壓穿越控制模塊、以及分別與低電壓穿越控制模塊相連接的Crowbar電路、電池儲能裝置、電壓檢測裝置、電流檢測裝置；雙饋風(fēng)力發(fā)電機通過背靠背變流器串聯(lián)至電網(wǎng)輸入端，電池儲能裝置與背靠背變流器的直流環(huán)節(jié)相并聯(lián)，背靠背變流器包括機側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器、以及與機偵搜流器、網(wǎng)側(cè)變流器相并聯(lián)的電容，Crowbar電路與機側(cè)變流器相并聯(lián)；其中，電流檢測裝置實時檢測雙饋風(fēng)力發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子電流，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值時，低電壓穿越控制模塊向Crowbar電路發(fā)出指令，將機側(cè)變流器短路；電壓檢測裝置實時檢測背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓相比較，當(dāng)偏差達(dá)到電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障臨界值時，低電壓穿越控制模塊向電池儲能裝置發(fā)出指令，控制電池儲能裝置吸收雙饋風(fēng)力發(fā)電機的有功功率；其特征在于:電壓檢測裝置實時檢測電網(wǎng)輸入端電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果小于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值時，低電壓穿越控制模塊分別向網(wǎng)側(cè)變流器和電池儲能裝置發(fā)出指令，控制網(wǎng)側(cè)變流器切換至STATC0M工作模式，向電網(wǎng)系統(tǒng)提供無功支撐，以及由低電壓穿越控制模塊控制電池儲能裝置向外輸送有功功率來抑制變流器直流環(huán)節(jié)電壓的下降。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)，其特征在于:所述電池儲能裝置中的電池采用多硫化鈉-鎳儲能電池。
3.一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法，其中，所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)包括雙饋風(fēng)力發(fā)電機、背靠背變流器、低電壓穿越控制模塊、以及分別與低電壓穿越控制模塊相連接的Crowbar電路、電池儲能裝置；雙饋風(fēng)力發(fā)電機通過背靠背變流器串聯(lián)至電網(wǎng)輸入端，電池儲能裝置與背靠背變流器的直流環(huán)節(jié)相并聯(lián)，背靠背變流器包括機側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器、以及與機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器相并聯(lián)的電容，Crowbar電路與機側(cè)變流器相并聯(lián)；所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法，包括如下步驟: 步驟1.實時檢測雙饋風(fēng)力發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子電流，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流值時，低電壓穿越控制模塊控制Crowbar電路將機側(cè)變流器短路； 同時，實時檢測背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)背靠背變流器直流環(huán)節(jié)電壓相比較，當(dāng)偏差達(dá)到電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障臨界值時，低電壓穿越控制模塊控制電池儲能裝置吸收雙饋風(fēng)力發(fā)電機的有功功率； 其特征在于，所述步驟I后還包括如下步驟: 步驟2.實時檢測電網(wǎng)輸入端電壓，發(fā)送至低電壓穿越控制模塊，與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值相比較，當(dāng)檢測結(jié)果小于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)輸入端電壓值時，低電壓穿越控制模塊控制網(wǎng)側(cè)變流器切換至STATC0M工作模式，向電網(wǎng)系統(tǒng)提供無功支撐，以及由低電壓穿越控制模塊控制電池儲能裝置向外輸送有功功率來抑制變流器直流環(huán)節(jié)電壓的下降。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)及低電壓穿越控制方法，通過應(yīng)用本發(fā)明基于Crowbar電路和電池儲能裝置的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)及低電壓穿越控制方法，能在較大范圍電壓跌落的情況下，有效提高低電壓穿越能力，使雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)可以始終保持與電網(wǎng)相連，提高了風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
文檔編號H02J3/38GK103078349SQ20131001637
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者潘文霞, 張程程, 朱建紅, 全銳, 向穎黎, 宋景博, 柯聯(lián)錦, 張文豪 申請人:河海大學(xué)