本實用新型屬于風(fēng)力發(fā)電
技術(shù)領(lǐng)域：
，為無功補償裝置，是基于雙饋風(fēng)電機組網(wǎng)側(cè)換流器或具有相似結(jié)構(gòu)的風(fēng)電場無功補償裝置。技術(shù)背景：由于我國電網(wǎng)消納風(fēng)電的能力有限，風(fēng)電場經(jīng)常出現(xiàn)棄風(fēng)現(xiàn)象。風(fēng)電場在棄風(fēng)時，經(jīng)常會采用一部分機組停機，一部分機組工作的運行方式。若能將處于停機狀態(tài)的風(fēng)電設(shè)備加以利用，則可以起到提高設(shè)備利用率的作用。雙饋風(fēng)電機組的網(wǎng)側(cè)換流器、直流母線和電容的電路結(jié)構(gòu)(如圖1中虛線包含區(qū)域所示)與電壓橋式靜止無功發(fā)生器(以下簡稱SVG)的電路結(jié)構(gòu)相似，故可通過對虛線部分的電路和網(wǎng)側(cè)換流器的控制系統(tǒng)進行改進，將其改造成SVG使用。從而實現(xiàn)雙饋風(fēng)電機組即可按常規(guī)方式運行，又可在風(fēng)機停運情況下按SVG方式運行。這樣不僅可提高風(fēng)電設(shè)備的利用率，又可以增加風(fēng)電場中處于熱備用狀態(tài)的動態(tài)無功補償設(shè)備的容量，進而提高了風(fēng)電場應(yīng)對電網(wǎng)電壓波動的能力。技術(shù)實現(xiàn)要素：：發(fā)明目的：本實用新型的目的在于解決雙饋風(fēng)電機組因棄風(fēng)停機而導(dǎo)致的設(shè)備閑置問題。使雙饋風(fēng)電機組在發(fā)電機停運時，可專門作為無功發(fā)生器為風(fēng)電場進行無功補償，從而提高風(fēng)電設(shè)備利用率。與此同時，還能起到增加風(fēng)電場中處于熱備用狀態(tài)的動態(tài)無功補償設(shè)備的容量，提高風(fēng)電場應(yīng)對電網(wǎng)電壓波動能力的作用。技術(shù)方案：一種基于雙饋式風(fēng)電機組網(wǎng)側(cè)換流器的風(fēng)電場無功補償裝置，其該裝置包括直流母線、直流母線切換開關(guān)、直流母線電容、網(wǎng)側(cè)換流器、網(wǎng)側(cè)換流器的換流控制器、SVG控制器、雙饋風(fēng)電機組控制系統(tǒng)和機側(cè)換流器；所述的直流母線一端與機側(cè)換流器相連，另一端與網(wǎng)側(cè)換流器相連，直流母線電容裝在機側(cè)換流器與網(wǎng)側(cè)換流器之間的位置，直流母線電容連接在兩條直流母線間，直流母線切換開關(guān)裝在正、負(fù)母線上機側(cè)換流器與直流母線電容之間，所述的網(wǎng)側(cè)換流器的換流控制器和SVG控制器并聯(lián)后一端與網(wǎng)側(cè)換流器連接，另一端與雙饋風(fēng)電機組控制系統(tǒng)相連接，雙饋風(fēng)電機組控制系統(tǒng)還與直流母線切換開關(guān)連接。機側(cè)換流器連接發(fā)電機，發(fā)電機連接風(fēng)機葉輪，網(wǎng)側(cè)換流器連接箱式升壓變壓器，網(wǎng)側(cè)換流器還通過發(fā)電機定子功率輸出線連接至發(fā)電機。風(fēng)機處于停機狀態(tài)時，網(wǎng)側(cè)換流器和直流母線電容配合組成靜止無功發(fā)生器。網(wǎng)側(cè)換流器配置了網(wǎng)側(cè)換流器的換流控制器和SVG控制器兩個功能不同的控制器。網(wǎng)側(cè)換流器作為靜止無功發(fā)生器時，網(wǎng)側(cè)換流器受SVG控制器控制。雙饋風(fēng)電機組控制系統(tǒng)連接風(fēng)電場主控系統(tǒng)。此外，兩個控制器還分別與雙饋風(fēng)電機組的控制系統(tǒng)相連并受其控制。雙饋風(fēng)電機組的控制系統(tǒng)根據(jù)機組運行狀態(tài)對網(wǎng)側(cè)換流器控制系統(tǒng)的工作方式進行選擇：當(dāng)機組正常發(fā)電時，由換流控制器控制網(wǎng)側(cè)換流器運行，網(wǎng)側(cè)換流器工作于換流模式；當(dāng)機組由于棄風(fēng)導(dǎo)致停機時，斷開直流母線切換開關(guān)，由SVG控制器控制網(wǎng)側(cè)換流器運行，網(wǎng)側(cè)換流器工作于SVG模式。優(yōu)點效果：本實用新型優(yōu)點和積極效果為：1.本實用新型通過將網(wǎng)側(cè)換流器改造成SVG，使雙饋風(fēng)電機組即可按常規(guī)方式運行，又可在風(fēng)機棄風(fēng)停機的情況下作為SVG使用。相應(yīng)的增加了風(fēng)電場處于熱備用狀態(tài)的動態(tài)無功補償設(shè)備的容量，提高了風(fēng)電場應(yīng)對電網(wǎng)電壓波動能力。2.本實用新型在改造費用不高的情況下，提高了風(fēng)電機組網(wǎng)側(cè)換流器的利用率，可相應(yīng)降低建設(shè)無功補償裝置的投資。附圖說明：圖1是本實用新型的雙饋風(fēng)電機組主接線及控制原理圖。圖中：1—直流母線；2—直流母線切換開關(guān)；3—直流母線電容；4—網(wǎng)側(cè)換流器；5—換流控制器；6—SVG控制器；7—雙饋風(fēng)電機組控制系統(tǒng)；8—風(fēng)電場主控系統(tǒng)；9—機側(cè)換流器；10—葉輪；11—發(fā)電機；12—箱式升壓變壓器，13—發(fā)電機定子功率輸出線。具體實施方式：下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護范圍。如圖1所示，一種基于雙饋式風(fēng)電機組網(wǎng)側(cè)換流器的風(fēng)電場無功補償裝置，該裝置包括直流母線1、直流母線切換開關(guān)2、直流母線電容3、網(wǎng)側(cè)換流器4、網(wǎng)側(cè)換流器的換流控制器5、SVG控制器6、雙饋風(fēng)電機組控制系統(tǒng)7和機側(cè)換流器9；所述的直流母線1一端與機側(cè)換流器9相連，另一端與網(wǎng)側(cè)換流器4相連，直流母線電容3裝在機側(cè)換流器9與網(wǎng)側(cè)換流器4之間的位置，直流母線電容3連接在兩條直流母線間，直流母線切換開關(guān)2裝在正、負(fù)母線上機側(cè)換流器9與直流母線電容3之間，所述的網(wǎng)側(cè)換流器的換流控制器5和SVG控制器6并聯(lián)后一端與網(wǎng)側(cè)換流器4連接，另一端與雙饋風(fēng)電機組控制系統(tǒng)7相連接，雙饋風(fēng)電機組控制系統(tǒng)7還與直流母線切換開關(guān)2連接。機側(cè)換流器9連接發(fā)電機11，發(fā)電機11連接風(fēng)機葉輪10，網(wǎng)側(cè)換流器4連接箱式升壓變壓器12，網(wǎng)側(cè)換流器4還通過發(fā)電機定子功率輸出線連接至發(fā)電機11。風(fēng)機處于停機狀態(tài)時，網(wǎng)側(cè)換流器4和直流母線電容3配合組成靜止無功發(fā)生器。網(wǎng)側(cè)換流器配置了網(wǎng)側(cè)換流器的換流控制器和SVG控制器兩個功能不同的控制器。網(wǎng)側(cè)換流器4作為靜止無功發(fā)生器時，網(wǎng)側(cè)換流器受SVG控制器6控制。雙饋風(fēng)電機組控制系統(tǒng)7連接風(fēng)電場主控系統(tǒng)8。所述網(wǎng)側(cè)換流器的工作方式由雙饋風(fēng)電機組控制系統(tǒng)7根據(jù)機組運行狀態(tài)進行選擇：當(dāng)機組正常發(fā)電時，由換流控制器5按正常換流要求控制網(wǎng)側(cè)換流器運行，機組對外輸出有功功率和無功功率；當(dāng)機組停止發(fā)電時，斷開直流母線切換開關(guān)2，切換為由SVG控制器6控制網(wǎng)側(cè)換流器運行，把網(wǎng)側(cè)換流器變?yōu)镾VG向外輸出無功功率。對于網(wǎng)側(cè)控制器的具體控制策略為：雙饋風(fēng)電機組由風(fēng)電場主控系統(tǒng)設(shè)定當(dāng)前的運行模式，根據(jù)運行模式切換網(wǎng)側(cè)換流器控制器并控制切換開關(guān)的開斷。所述的換流器控制器即為風(fēng)電機組正常運行時使用的控制器。其控制方程如公式(1)所示：ud=(kip+ki1s)(idref-id)+ωsLgiq+ugduq=(kip+ki1s)(iqref-iq)-ωsLgididref=(kup+ku1s)(udcref-udc)---(1)]]>式中：Lg為網(wǎng)側(cè)換流器串聯(lián)的電感，ugd為電網(wǎng)電壓的直軸分量，ud、uq為網(wǎng)側(cè)換流器電壓的直軸、交軸分量，為網(wǎng)側(cè)換流器電流的直軸、交軸分量，ωs為同步角速度，kip為電流內(nèi)環(huán)的比例調(diào)節(jié)增益，kil為電流內(nèi)環(huán)的積分調(diào)節(jié)增益，kup為電壓外環(huán)的比例調(diào)節(jié)增益，kul為電壓外環(huán)的積分調(diào)節(jié)增益，角標(biāo)中的帶有ref的量為某量的參考值。所述的SVG控制器為機組停機時網(wǎng)側(cè)換流器運行在SVG模式時使用的控制器。所述的SVG控制器中的控制策略包含：1)換流器控制方程如公式(1)所示；2)計算公式(1)中無功補償電流參考值的算法。所述的計算無功補償電流參考值的算法如下所述：首先判斷機組并網(wǎng)點電壓是否在要求的范圍以內(nèi)。當(dāng)雙饋風(fēng)電機組并網(wǎng)點電壓在要求范圍內(nèi)時，先由鎖相環(huán)得到機組并網(wǎng)點功率因數(shù)角并計算得到功率因數(shù)之后測得機組并網(wǎng)點電流的幅值Is。再由公式(2)求得三相靜止坐標(biāo)系下的無功補償電流幅值的參考值Iref。式中：λref為機組并網(wǎng)點功率因數(shù)參考值，由風(fēng)電場運行人員給定，給定后多固定不變。再由公式(3)得到三相靜止坐標(biāo)系下無功補償電流的參考值iref。式中的由機端電壓同步信號cosωt求得，該信號由鎖相獲得。式中：為機組并網(wǎng)點的功率因數(shù)角參考值，由式(2)中的λref經(jīng)反余弦求得。最后將三相靜止坐標(biāo)系下的參考值經(jīng)坐標(biāo)變換變?yōu)閮上嘈D(zhuǎn)坐標(biāo)系下的無功電流參考值iqref。當(dāng)雙饋風(fēng)電機組并網(wǎng)點電壓在要求范圍以外時，先由鎖相環(huán)得到機組并網(wǎng)點功率因數(shù)角并計算得到功率因數(shù)之后測得機組并網(wǎng)點電流的幅值Is。之后由公式(4)或公式(5)求得三相靜止坐標(biāo)系下的無功補償電流幅值的參考值Iref。其中，公式(4)為電壓越上限時的計算公式，公式(5)為電壓越下限時的計算公式。式中：Us為機組并網(wǎng)點電壓的幅值；是系統(tǒng)電壓上限；是系統(tǒng)電壓下限。最后將三相靜止坐標(biāo)系下的參考值經(jīng)坐標(biāo)變換變?yōu)閮上嘈D(zhuǎn)坐標(biāo)系下的無功電流參考值iqref。若網(wǎng)側(cè)換流器運行在SVG模式而直流母線電容原有容量無法滿足網(wǎng)側(cè)換流器的損耗時，可按公式(6)對電容容量進行重新計算，并對直流母線電容進行更換。Cdc=KPdc_out[π3-arccos(1-α)]ωUN2(2α-α2)---(6)]]>式中：為母線電容輸出功率；α為母線電壓降落百分比；K為裕量系數(shù)，根據(jù)網(wǎng)側(cè)換流器的實際損耗情況而定。對雙饋風(fēng)電機組換流器電路的改造，僅僅是增加一組直流母線切換開關(guān)，即使需要更換直流母線電容也僅僅是對容量的提升，不存在技術(shù)問題。而新增加的SVG控制器，也不存在設(shè)計與制造的難度。如果是新建風(fēng)電場，可在設(shè)計時直接采用本技術(shù)。如果是老風(fēng)電場，可在設(shè)備升級或更新時進行技術(shù)改造。盡管為說明目的公開了本實用新型的實施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本實用新型及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本實用新型的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內(nèi)容。當(dāng)前第1頁1 2 3