一種針對含Crowbar裝置的雙饋風電機組低電壓穿越性能改進方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種針對含Crowbar裝置的雙饋風電機組低電壓穿越性能改進方法。針對由雙饋風力發(fā)電機、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、直流側(cè)電容、電網(wǎng)側(cè)變流器、Crowbar裝置、主控系統(tǒng)構(gòu)成的雙饋風電機組主流拓撲結(jié)構(gòu)，在上述設(shè)備的基礎(chǔ)上新增一套由雙饋電機、永磁電機、永磁電機驅(qū)動變流器構(gòu)成的裝置。在Crowbar裝置短接雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組以應(yīng)對電網(wǎng)電壓跌落故障的同時，通過調(diào)節(jié)新增雙饋電機的旋轉(zhuǎn)速度，使雙饋風力發(fā)電機定子繞組的頻率主動匹配雙饋風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，減少雙饋風力發(fā)電機從電網(wǎng)吸收的無功功率，避免由此引發(fā)的電網(wǎng)電壓二次跌落，提高雙饋風電機組的低電壓穿越性能。本發(fā)明適用于對已投入運行的雙饋風電機組的技術(shù)改造，也適用于新生產(chǎn)的雙饋風電機組。
【專利說明】—種針對含Crowbar裝置的雙饋風電機組低電壓穿越性能改進方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風力發(fā)電領(lǐng)域，涉及雙饋風電機組低電壓穿越控制，特別涉及一種針對含Crowbar裝置的雙饋風電機組低電壓穿越性能的改進方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風電裝機容量在電網(wǎng)中所占比例的不斷增加，電網(wǎng)從自身安全穩(wěn)定運行的角度出發(fā)，要求風電機組具備低電壓穿越能力，即能在電網(wǎng)電壓跌落期間維持并網(wǎng)運行，并能為電網(wǎng)提供無功功率支撐以協(xié)助電網(wǎng)電壓恢復(fù)。
[0003]雙饋風電機組是當前大功率變速恒頻風電機組的主要類型之一，其轉(zhuǎn)子側(cè)變流器在低電壓穿越期間面臨著因過電壓、過電流而損壞的風險，因此目前主流的做法是采用Crowbar裝置對其轉(zhuǎn)子側(cè)變流器進行保護，即在電網(wǎng)電壓跌落期間通過Crowbar裝置將雙饋風電機組的轉(zhuǎn)子繞組短接，并封鎖轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，從而避免轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的過電壓和過電流。
[0004]這種低電壓穿越方法的問題在于:雙饋風電機組正常運行時的轉(zhuǎn)差率可達同步轉(zhuǎn)速的30%，如果在轉(zhuǎn)差率較大時發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落，Crowbar裝置將雙饋風電機組的轉(zhuǎn)子繞組短接后，發(fā)電機將從電網(wǎng)吸收大量的無功功率，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的二次跌落。
[0005]新增無功補償裝置以提供無功支撐的方法雖然能在一定程度上緩解該問題，但考慮到無功補償裝置的無功功率輸出能力在電網(wǎng)電壓跌落期間會大幅降低，因此該方法的經(jīng)濟性太低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種針對含Crowbar裝置的雙饋風電機組低電壓穿越性能改進方法，通過新增部分裝置并配合適當?shù)目刂品椒?，減少電網(wǎng)電壓跌落期間雙饋風電機組從電網(wǎng)吸收的無功功率，以滿足電網(wǎng)對雙饋風電機組低電壓穿越能力的要求。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0008]一種針對含Crowbar裝置的雙饋風電機組低電壓穿越性能改進方法，針對由雙饋風力發(fā)電機、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、直流側(cè)電容、電網(wǎng)側(cè)變流器、Crowbar裝置、主控系統(tǒng)構(gòu)成的雙饋風電機組主流拓撲結(jié)構(gòu)，在上述設(shè)備的基礎(chǔ)上新增一套由雙饋電機、永磁電機、永磁電機驅(qū)動變流器構(gòu)成的裝置，其特征在于:在Crowbar裝置短接雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組以應(yīng)對電網(wǎng)電壓跌落故障期間，主控系統(tǒng)通過控制新增雙饋電機的旋轉(zhuǎn)速度，使雙饋風力發(fā)電機定子繞組頻率主動匹配雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速，從而令雙饋風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率接近于零，減少低電壓穿越期間雙饋風力發(fā)電機從電網(wǎng)吸收的無功功率；
[0009]所述的一種針對含Crowbar裝置的雙饋風電機組低電壓穿越性能改進方法，為改進低電壓穿越性能所新增的裝置與雙饋風電機組原有裝置的連接方式為:雙饋電機的轉(zhuǎn)子繞組連接雙饋風力發(fā)電機的定子繞組，雙饋電機的定子繞組連接工頻電網(wǎng)，雙饋電機與永磁電機的轉(zhuǎn)子同軸機械連接，永磁電機由連接到直流側(cè)電容的永磁電機驅(qū)動變流器拖動；
[0010]所述的一種針對含Crowbar裝置的雙饋風電機組低電壓穿越性能改進方法,主控系統(tǒng)在監(jiān)測到電網(wǎng)電壓跌落故障、啟動Crowbar裝置短接雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的同時，根據(jù)測得的雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速，以零轉(zhuǎn)差率為目標產(chǎn)生雙饋風力發(fā)電機定子繞組的頻率參考值，并根據(jù)該頻率參考值和當前電網(wǎng)的頻率產(chǎn)生雙饋電機的轉(zhuǎn)速參考值，然后采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方法，通過永磁電機驅(qū)動變流器控制與永磁電機同軸機械連接的雙饋電機轉(zhuǎn)速，使其迅速跟隨轉(zhuǎn)速參考值。
[0011]所述的一種針對含Crowbar裝置的雙饋風電機組低電壓穿越性能改進方法，為延長雙饋風電機組低電壓穿越運行的時間，可增設(shè)輔助電源以維持直流側(cè)電容的電壓。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0013]在Crowbar裝置短接雙饋風電機組轉(zhuǎn)子繞組以應(yīng)對電網(wǎng)電壓跌落期間，大幅降低雙饋風電機組從電網(wǎng)吸收的無功功率，避免由此引發(fā)的電網(wǎng)電壓二次跌落，提高雙饋風電機組的低電壓穿越性能。
[0014]本發(fā)明既可以用于對已投入運行的雙饋風電機組的技術(shù)改造，也可以用于新生產(chǎn)的雙饋風電機組。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為雙饋風電機組的原理圖，其中虛線框所包圍的部分為改進低電壓穿越性能所新增的裝置。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明提供一種針對含Crowbar裝置的雙饋風電機組低電壓穿越性能改進方法，在原有裝置的基礎(chǔ)上新增雙饋電機、永磁電機、永磁電機驅(qū)動變流器，在Crowbar裝置短接雙饋風電機組轉(zhuǎn)子繞組以應(yīng)對電網(wǎng)電壓跌落期間，通過控制新增雙饋電機的轉(zhuǎn)速，使雙饋風電機組定子繞組的頻率主動匹配風力機轉(zhuǎn)速，從而減少雙饋風電機組從電網(wǎng)吸收的無功功率，避免由此引發(fā)的電網(wǎng)電壓二次跌落。
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖1對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明在由雙饋風力發(fā)電機、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、直流側(cè)電容、電網(wǎng)側(cè)變流器、Crowbar裝置、主控系統(tǒng)構(gòu)成的雙饋風電機組主流拓撲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，新增一套由雙饋電機、永磁電機、永磁電機驅(qū)動變流器構(gòu)成的裝置。新增裝置與雙饋風電機組主流拓撲結(jié)構(gòu)原有裝置的連接方式如下:新增雙饋電機的轉(zhuǎn)子繞組連接到雙饋風力發(fā)電機的定子繞組，新增雙饋電機的定子繞組連接到工頻電網(wǎng)，新增雙饋電機與永磁電機的轉(zhuǎn)子同軸機械連接，永磁電機由連接到直流側(cè)電容的永磁電機驅(qū)動變流器拖動。按上述方式接入新增設(shè)備后，主控系統(tǒng)可通過永磁電機驅(qū)動變流器控制與永磁電機同軸機械連接的雙饋電機的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)雙饋風力發(fā)電機定子繞組的頻率。若希望延長雙饋風電機組低電壓穿越運行的時間，可根據(jù)實際需求增設(shè)輔助電源以維持直流側(cè)電容的電壓。[0019]如圖1所示的雙饋風電機組，其低電壓穿越控制方法如下:
[0020]DCrowbar裝置和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制方法:主控系統(tǒng)檢測到電網(wǎng)電壓跌落后，立即令Crowbar裝置短接雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組，同時封鎖轉(zhuǎn)子側(cè)變流器。
[0021]2)改進低電壓穿越性能所新增裝置的控制方法:主控系統(tǒng)檢測到電網(wǎng)電壓跌落后，根據(jù)測得的雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速，以零轉(zhuǎn)差率為目標，產(chǎn)生雙饋風力發(fā)電機定子繞組頻率的參考值；主控系統(tǒng)根據(jù)雙饋風力發(fā)電機定子繞組頻率參考值和當前電網(wǎng)的頻率，產(chǎn)生雙饋電機的轉(zhuǎn)速參考值；在獲得雙饋電機轉(zhuǎn)速參考值后，主控系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方法，通過永磁電機驅(qū)動變流器控制與永磁電機同軸機械連接的雙饋電機轉(zhuǎn)速，使其迅速跟隨轉(zhuǎn)速參考值。
[0022]3)電網(wǎng)側(cè)變流器的控制方法:主控系統(tǒng)檢測到電網(wǎng)電壓跌落后，立即令電網(wǎng)側(cè)變流器輸出最大無功電流。
[0023]上述控制方法分別達到以下目的:
[0024]DCrowbar裝置和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制方法可有效防止轉(zhuǎn)子側(cè)變流器因過電壓、過電流而損壞，使雙饋風電機組在電網(wǎng)電壓跌落期間維持并網(wǎng)運行。
[0025]2)改進低電壓穿越性能所新增裝置的控制方法可使雙饋風力發(fā)電機定子繞組頻率主動迅速匹配雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速，從而使雙饋風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率接近于零，大幅減少雙饋風力發(fā)電機從電網(wǎng)吸收的無功功率。
[0026]3)電網(wǎng)側(cè)變流器的控制方法可使其為電網(wǎng)提供無功支撐，協(xié)助電網(wǎng)電壓恢復(fù)。
【權(quán)利要求】
1.一種針對含Crowbar裝置的雙饋風電機組低電壓穿越性能改進方法,針對由雙饋風力發(fā)電機、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、直流側(cè)電容、電網(wǎng)側(cè)變流器、Crowbar裝置、主控系統(tǒng)構(gòu)成的雙饋風電機組主流拓撲結(jié)構(gòu)，在上述設(shè)備的基礎(chǔ)上新增一套由雙饋電機、永磁電機、永磁電機驅(qū)動變流器構(gòu)成的裝置，其特征在于:在Crowbar裝置短接雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組以應(yīng)對電網(wǎng)電壓跌落故障期間，主控系統(tǒng)通過控制新增雙饋電機的旋轉(zhuǎn)速度，使雙饋風力發(fā)電機定子繞組頻率主動匹配雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速，從而令雙饋風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率接近于零，減少低電壓穿越期間雙饋風力發(fā)電機從電網(wǎng)吸收的無功功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對含Crowbar裝置的雙饋風電機組低電壓穿越性能改進方法，其特征在于:為改進低電壓穿越性能所新增的裝置與雙饋風電機組原有裝置的連接方式為:雙饋電機的轉(zhuǎn)子繞組連接雙饋風力發(fā)電機的定子繞組，雙饋電機的定子繞組連接工頻電網(wǎng)，雙饋電機與永磁電機的轉(zhuǎn)子同軸機械連接，永磁電機由連接到直流側(cè)電容的永磁電機驅(qū)動變流器拖動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對含Crowbar裝置的雙饋風電機組低電壓穿越性能改進方法，其特征在于:主控系統(tǒng)在監(jiān)測到電網(wǎng)電壓跌落故障、啟動Crowbar裝置短接雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的同時，根據(jù)測得的雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速，以零轉(zhuǎn)差率為目標產(chǎn)生雙饋風力發(fā)電機定子繞組的頻率參考值，并根據(jù)該頻率參考值和當前電網(wǎng)的頻率產(chǎn)生雙饋電機的轉(zhuǎn)速參考值，然后采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方法，通過永磁電機驅(qū)動變流器控制與永磁電機同軸機械連接的雙饋電機轉(zhuǎn)速，使其迅速跟隨轉(zhuǎn)速參考值。
【文檔編號】H02P9/10GK103944188SQ201410175994
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】陳思哲, 章云, 張淼, 唐雄民, 楊俊華 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)