專利名稱：基于儲能裝置的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低電壓穿越控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于儲能裝置的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在未來的一段時(shí)間內(nèi)，隨著世界及中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的消耗將急劇增加，使得我國將在未來一段時(shí)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終解決辦法。針對中國發(fā)展風(fēng)電的實(shí)際情況，風(fēng)電場與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃和建設(shè)是當(dāng)前最關(guān)鍵的問題。由于風(fēng)能是一種不能人為控制且極不穩(wěn)定的能源，時(shí)斷時(shí)續(xù)，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)定地運(yùn)行，這是一個(gè)急需解決的問題。因此，隨著電網(wǎng)中風(fēng)電所占比重的不斷增加，世界各國在提高電網(wǎng)風(fēng)電承受能力的同時(shí)，對并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組提出了比以往更高的技術(shù)要求，如低電壓穿越(LVRT)能力。近些年，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電在兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用成為了研究的熱點(diǎn)。 而實(shí)際運(yùn)行的機(jī)組中雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)成為了主流產(chǎn)品。雙饋機(jī)組的變頻器只需供給轉(zhuǎn)差功率就可以調(diào)節(jié)機(jī)組的轉(zhuǎn)速，從而能更好地利用風(fēng)能。而且發(fā)電系統(tǒng)可以通過改變勵磁電流的幅值和相位實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組輸出有功、無功功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)。但是，由于DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)使用了小容量變頻器，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(shí)，如果不采取任何技術(shù)措施，DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)將會被電網(wǎng)切除，使電網(wǎng)跌落情況更加惡化。當(dāng)前，低電壓穿越技術(shù)一般有三種方案一是轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù)(Crowbar protection) ；二是引入新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；三是采用合理的勵磁控制算法。在電網(wǎng)電壓跌落過程中，只改進(jìn)控制策略在一定程度上可以減弱某些量的暫態(tài)響應(yīng)，但這種方法只適用于小值電網(wǎng)電壓跌落的情況，一旦出現(xiàn)較為嚴(yán)重的電壓跌落，單純靠控制策略的改進(jìn)難以實(shí)現(xiàn)低壓穿越。增加硬件輔助電路，雙饋異步電機(jī)轉(zhuǎn)子接入Crowbar裝置后作為鼠籠異步電機(jī)運(yùn)行，成為一個(gè)消耗感性無功的負(fù)載，不僅不能對電網(wǎng)電壓起支持作用，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(shí)，使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)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種控制效果較好、能有效的在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)實(shí)現(xiàn)低電壓穿越功能的基于儲能裝置的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越控制系統(tǒng)。本發(fā)明提供的基于儲能裝置的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越控制系統(tǒng)包括 雙饋型電機(jī)1，機(jī)側(cè)變換器2，網(wǎng)側(cè)變換器3，儲能裝置4，卸荷電路5，電壓檢測裝置6，
低電壓穿越控制模塊7 ；所述雙饋型電機(jī)1通過機(jī)側(cè)變換器2和網(wǎng)側(cè)變換器3串聯(lián)至電網(wǎng)；
3所述儲能裝置4輸入端連接雙饋型電機(jī)1，輸出端連接電網(wǎng)；所述機(jī)側(cè)變換器3與網(wǎng)側(cè)變換器4之間并聯(lián)卸荷電路5 ；所述電壓檢測裝置6輸入端連接電網(wǎng)，輸出端連接低電壓穿越控制模塊7，低電壓穿越控制模塊7同時(shí)連接儲能裝置4和卸荷電路5 ；
所述電壓檢測裝置能夠連續(xù)測量機(jī)端電壓，用于故障消除時(shí)輔助低電壓穿越控制模塊重新啟動儲能裝置。所述低電壓穿越控制模塊包括卸荷電路判定模塊，儲能裝置判定模塊，投切觸發(fā)模塊和檢測計(jì)算模塊；
儲能裝置判定模塊通過電壓檢測裝置對電網(wǎng)電壓的檢測，能夠?qū)z測信號實(shí)時(shí)傳入儲能裝置判定模塊，并與預(yù)先設(shè)定的正常情況下的電壓幅值進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)陀陬~定電壓時(shí)， 儲能裝置判定模塊將向投切觸發(fā)模塊發(fā)出信號，啟動儲能裝置，同時(shí)儲能裝置判定模塊向卸荷電路判定模塊發(fā)送儲能裝置已啟動信號；
卸荷電路判定模塊由機(jī)側(cè)變換器中的傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測直流母線電壓，并將信號傳入卸荷電路判定模塊中與給定值進(jìn)行比較，卸荷電路判定結(jié)果傳送至投切觸發(fā)模塊用于投入切除卸荷電路；
檢測計(jì)算模塊該模塊將根據(jù)電壓跌落深度估算出直流母線電壓峰值，并將信號傳送至卸荷電路判定模塊，當(dāng)直流母線電壓高于額定值低于故障峰值時(shí)，直流側(cè)電容通過卸荷電路泄放能量；同時(shí)卸荷電路判定模塊將卸荷電路的投入信號傳送至儲能裝置判定模塊， 儲能裝置判定模塊將信號傳入投切觸發(fā)模塊，儲能裝置切除，即儲能裝置與卸荷電路互相鉗制不能同時(shí)投入系統(tǒng)，先儲能后卸荷；
投切觸發(fā)模塊用于控制儲能裝置和卸荷電路的投入與切除。所述儲能裝置由雙向buck-boost DC/DC變換器和多硫化鈉-溴儲能電池組成，如圖3，電池側(cè)采用LCL濾波，能有效地減小電池端的紋波電壓和紋波電流。所述卸荷電路包括功率器件和電阻，低電壓穿越控制模塊的輸出端接功率器件的控制端，功率器件與電阻串聯(lián)連接后，其電阻的另一端和功率器件的另一端分別接網(wǎng)側(cè)變換器。所述功率器件的具體形態(tài)為IGBT晶體管。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果
1.風(fēng)速變化引起風(fēng)電場輸出功率波動時(shí)，為降低風(fēng)電場對電網(wǎng)的沖擊，儲能裝置通過電壓型變流器輸出或吸收一定的有功功率以平抑功率波動；電網(wǎng)故障引起電壓跌落時(shí)，風(fēng)電場輸出到電網(wǎng)的功率下降，而輸入風(fēng)電場的機(jī)械功率基本不變，控制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(jī)轉(zhuǎn)子加速、電磁轉(zhuǎn)矩突變等一系列問題。2.電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)，重新啟動儲能裝置及時(shí)向電網(wǎng)回饋能量補(bǔ)償無功功率，避免了卸荷電路切出時(shí)直流母線電壓和轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)矩的大幅震蕩，減小電網(wǎng)恢復(fù)瞬間風(fēng)機(jī)有功功率和無功功率的大幅變動，增強(qiáng)了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。3.本發(fā)明由于采用了卸荷電路與儲能裝置配合控制，且卸荷電路和儲能裝置均由低電壓穿越控制模塊控制其投切工作，因此，使得本發(fā)明具有良好的控制能力，能夠在電網(wǎng)跌落時(shí)完成低電壓穿越功能。4.本發(fā)明不僅在電網(wǎng)電壓小幅跌落時(shí)，提高了雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力；在電網(wǎng)大幅跌落時(shí)，大大改善DFIG系統(tǒng)的運(yùn)行性能，進(jìn)一步限制了電壓跌落時(shí)發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電流，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越運(yùn)行。


圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明低電壓穿越控制模塊示意圖； 圖3是本發(fā)明儲能裝置示意圖。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:
如圖1所示一種基于儲能裝置的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制系統(tǒng)，包括風(fēng)機(jī)， 雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，機(jī)側(cè)變換器，網(wǎng)側(cè)變換器，卸荷電路，電壓檢測裝置，儲能裝置，低電壓穿越控制模塊。所述風(fēng)機(jī)與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)1相連接，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子直接接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子經(jīng)所述機(jī)側(cè)變換器2和網(wǎng)側(cè)變換器3接入電網(wǎng)，所述電容與電阻串聯(lián)形成卸荷電路5并聯(lián)在所述機(jī)側(cè)變換器2與網(wǎng)側(cè)變換器3之間，通過滯環(huán)控制使直流側(cè)母線電壓偏高時(shí)泄放能量，來消除直流母線過電壓。所述儲能裝置一端連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子另一端接入電網(wǎng)。所述電壓檢測裝置6用于電網(wǎng)電壓檢測，實(shí)時(shí)將信號傳入低電壓穿越控制模塊。儲能裝置4由雙向buck-boost DC/DC變換器和多硫化鈉-溴儲能電池組成。并聯(lián)于雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)和電網(wǎng)側(cè)。對電能進(jìn)行儲存或釋放，平衡電網(wǎng)要求的功率，抑制功率波動；當(dāng)電網(wǎng)故障發(fā)生時(shí)，儲能裝置可以用來儲存直流側(cè)積累的多余能量，當(dāng)電網(wǎng)故障切除時(shí)，儲能裝置可以釋放能量，向電網(wǎng)回饋功率以支撐電網(wǎng)電壓。卸荷電路5由卸荷電阻R和可控開關(guān)器件IGBT組成。 和&分別為直流側(cè)電壓給定值及直流側(cè)電壓實(shí)際值，兩者之差送到滯環(huán)
比較器輸入端，其輸出用于驅(qū)動IGBT。當(dāng)>u,e時(shí)，IGBT關(guān)斷，變流器穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)
-樹<、時(shí)，IGBT開通，直流側(cè)電容通過能量卸荷電阻R泄放能量，過電壓得以消除。在本實(shí)例中低電壓穿越主控制器有輸入和輸出端口，既可以采集機(jī)側(cè)變換器直流側(cè)電壓值、電網(wǎng)電壓值，同時(shí)又可以發(fā)出控制命令，控制儲能裝置和卸荷電路的投入和切除。整個(gè)實(shí)現(xiàn)控制過程如下
電網(wǎng)三相對地短路故障和不對稱電網(wǎng)短路故障會造成電網(wǎng)電壓大幅跌落，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流激增，如圖2所示，通過電壓檢測裝置6對電網(wǎng)電壓的檢測，將檢測的電網(wǎng)電壓Us傳入低電壓穿越控制模塊中的儲能裝置判定模塊與預(yù)先設(shè)定正常情況下的電壓幅值進(jìn)行比較，當(dāng)偏差達(dá)到電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障的程度時(shí)，儲能裝置判定模塊向投切觸發(fā)模塊發(fā)出信號，此模塊向儲能裝置發(fā)送啟動信號，同時(shí)儲能判定模塊向卸荷判定模塊回饋信號儲能裝置已啟動。此時(shí)儲能裝置在轉(zhuǎn)子過電流的情況下迅速儲能避免機(jī)側(cè)變流器有功和無功的大幅震蕩。此時(shí)卸荷電路還未投入回路。直流側(cè)電容電壓ud。由網(wǎng)側(cè)變換器中的傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測并將信號傳入卸荷電路判定模塊中并與給定值進(jìn)行比較，結(jié)果送入滯環(huán)比較器輸入端，其輸出用于驅(qū)動IGBT，同時(shí)將信號傳輸給檢測計(jì)算模塊，此模塊將根據(jù)電壓跌落深度估算出
直流母線電壓峰值，并將信號送入卸荷判定模塊，時(shí)，IGBT開通，直流
側(cè)電容通過能量卸荷電阻R泄放能量，過電壓得以消除。同時(shí)將卸荷電路的投入信號回饋給儲能判定模塊，儲能判定模塊將信號傳入投切觸發(fā)模塊將儲能裝置切除。即儲能裝置與
卸荷電路互相鉗制不能同時(shí)投入系統(tǒng)，先儲能后卸荷。投切觸發(fā)模塊向卸荷
電路發(fā)出切除信號，IGBT關(guān)斷，變流器穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)故障消除，電網(wǎng)電壓開始恢復(fù)時(shí)，需要大量無功支持。電壓檢測裝置再次將信
號傳送給儲能裝置判定模塊，根據(jù)電網(wǎng)準(zhǔn)則當(dāng)4■時(shí)，將信號傳送至投切觸發(fā)模塊
內(nèi)，此裝置向儲能裝置再次發(fā)送啟動信號，儲能裝置將先前存儲的能量回饋給電網(wǎng)，削弱了轉(zhuǎn)矩和有功的劇烈震蕩。綜上所述，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，由低電壓穿越模塊控制儲能裝置和卸荷電路的投入與切除，即先通過儲能裝置吸收能量再通過卸荷電路泄放能量最后再通過儲能裝置回饋能量這一過程，有效抑制電磁轉(zhuǎn)矩、無功功率和直流母線電壓的脈動，限制了轉(zhuǎn)子電流，電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)提供了必需的電壓和功率支持，使發(fā)電機(jī)可以始終保持與電網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)了低電壓穿越和這一過程的最優(yōu)控制。
權(quán)利要求
1.一種基于儲能裝置的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于該控制系統(tǒng)包括雙饋型電機(jī)(1)，機(jī)側(cè)變換器⑵，網(wǎng)側(cè)變換器(3)，儲能裝置，卸荷電路(5)，電壓檢測裝置(6)，低電壓穿越控制模塊(7)；所述雙饋型電機(jī)⑴通過機(jī)側(cè)變換器(2)和網(wǎng)側(cè)變換器⑶串聯(lián)至電網(wǎng)；所述儲能裝置⑷輸入端連接雙饋型電機(jī)(1)，輸出端連接電網(wǎng)；所述機(jī)側(cè)變換器⑶與網(wǎng)側(cè)變換器⑷之間并聯(lián)卸荷電路(5)；所述電壓檢測裝置(6) 輸入端連接電網(wǎng)，輸出端連接低電壓穿越控制模塊(7)，低電壓穿越控制模塊(7)同時(shí)連接儲能裝置⑷和卸荷電路(5)；所述電壓檢測裝置能夠?qū)崟r(shí)檢測機(jī)端電壓，用于故障消除時(shí)輔助低電壓穿越控制模塊重新啟動儲能裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于儲能裝置的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于所述低電壓穿越控制模塊包括卸荷電路判定模塊，儲能裝置判定模塊，投切觸發(fā)模塊和檢測計(jì)算模塊；儲能裝置判定模塊通過電壓檢測裝置對電網(wǎng)電壓的檢測，能夠?qū)z測信號實(shí)時(shí)傳入儲能裝置判定模塊，與預(yù)先設(shè)定的正常情況下的電壓幅值進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)陀陬~定電壓時(shí)，儲能裝置判定模塊將向投切觸發(fā)模塊發(fā)出投入信號，啟動儲能裝置，同時(shí)儲能裝置判定模塊向卸荷電路判定模塊發(fā)送儲能裝置已啟動信號；卸荷電路判定模塊由機(jī)側(cè)變換器中的傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測直流側(cè)電容電壓，并將信號傳入卸荷電路判定模塊中與給定值進(jìn)行比較，卸荷電路判定結(jié)果傳送至投切觸發(fā)模塊用于投入和切除卸荷電路；檢測計(jì)算模塊該模塊將根據(jù)電壓跌落深度估算出直流母線電壓峰值，并將信號傳送至卸荷電路判定模塊，當(dāng)直流母線電壓高于額定值低于故障峰值時(shí)，通過卸荷電路泄放能量；同時(shí)卸荷電路判定模塊將卸荷電路的投入信號傳送至儲能裝置判定模塊，儲能裝置判定模塊將信號傳入投切觸發(fā)模塊，儲能裝置切除，即儲能裝置與卸荷電路互相鉗制不能同時(shí)投入系統(tǒng)，先儲能后卸荷；投切觸發(fā)模塊用于控制儲能裝置和卸荷電路的投入與切除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于儲能裝置的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于所述的儲能裝置由雙向buck-boost DC/DC變換器和多硫化鈉-溴儲能電池組成。
全文摘要
一種基于儲能裝置的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越控制系統(tǒng)，包括雙饋型電機(jī)，網(wǎng)側(cè)變換器，機(jī)側(cè)變換器，電壓檢測裝置，儲能裝置，低電壓穿越控制模塊。所述雙饋型電機(jī)通過機(jī)側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器串聯(lián)至電網(wǎng)，儲能裝置連接于雙饋型電機(jī)與電網(wǎng)之間，機(jī)側(cè)變換器與網(wǎng)側(cè)變換器之間并聯(lián)卸荷電路，電壓檢測裝置連接于電網(wǎng)與低電壓穿越控制模塊之間，低電壓穿越模塊控制儲能裝置和卸荷電路的投入與切除，即先通過儲能裝置吸收能量再通過卸荷電路泄放能量，最后再通過儲能裝置回饋能量這一過程，有效抑制電磁轉(zhuǎn)矩、無功功率和直流母線電壓的脈動，限制了轉(zhuǎn)子電流，電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)提供所需功率支持，使發(fā)電機(jī)可以始終保持與電網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)了低電壓穿越。
文檔編號H02J3/28GK102324754SQ20111024782
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者岳有軍, 王紅君, 趙輝, 馬玲玲 申請人:天津理工大學(xué)