一種海上風電串聯(lián)并網(wǎng)的故障穿越控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明涉及海上風電系統(tǒng)領域，更具體涉及一種帶輔助功率環(huán)的海上風電串聯(lián)并網(wǎng)的故障穿越控制系統(tǒng)及其故障穿越的控制方法。
【背景技術】
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[0002]電力系統(tǒng)中，隨著風力發(fā)電滲透率的不斷提高，電網(wǎng)對風電機組的特性要求亦不斷提升。并網(wǎng)導則要求并網(wǎng)型風電機組必須具備低電壓穿越(low voltage ride through，LVRT)能力，即在電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障的一定時間范圍內，不僅不允許機組脫網(wǎng)，而且需要向電網(wǎng)提供一定容量的無功支撐以便幫助電網(wǎng)電壓的恢復。
[0003]目前對風電機組的低電壓穿越應對措施有如下幾種:
[0004]1)在背靠背變流器直流環(huán)節(jié)或交流端口加裝卸荷電阻。這種方法可將直流母線電壓的波動范圍限制在10 %的額定范圍以內，但是存在效率較低，增加系統(tǒng)發(fā)熱，造成散熱設計困難等問題。
[0005]2)風機轉速增加進而儲能模式。該方法將不能釋放的能量存儲在機組傳動鏈中，但是由于風機的轉速升高且不受控制，會對風機的機械轉軸安全運行帶來一定風險，因此這種方法降低了風機的使用壽命。
[0006]3)采用儲能系統(tǒng)將多余的能量儲存起來，如飛輪儲能、超級電容儲能、電池儲能、超導儲能等。但是控制復雜程度增加，但會增加系統(tǒng)成本。
[0007]綜上所述，需找到一種效率高并且能夠低電壓穿越的海上風電并網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，對增加海上風電并網(wǎng)系統(tǒng)的故障穿越能力，提高風電發(fā)電的可靠性是重要的。

【發(fā)明內容】

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[0008]本發(fā)明的目的是提供一種海上風電串聯(lián)并網(wǎng)的故障穿越控制系統(tǒng)及其控制方法，以滿足海上風電低電壓故障穿越能力要求，提高海上風電系統(tǒng)的可靠性。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:一種海上風電串聯(lián)并網(wǎng)的故障穿越控制系統(tǒng)，包括直流風機、與所述直流風機串聯(lián)的儲能單元、輔助功率環(huán)，輸出電感、電流檢測單元、電壓檢測單元以及控制器；
[0010]所述電流檢測單元用于檢測所述系統(tǒng)的電流；
[0011]所述電壓檢測單元用于檢測所述系統(tǒng)的電壓；
[0012]所述控制器根據(jù)檢測到的電流和電壓，在需要的情況下實現(xiàn)系統(tǒng)的低電壓穿越；
[0013]所述輔助功率環(huán)，用于調節(jié)所述控制器的輸出電壓，使得所述直流風機的輸出功率存儲在所述儲能單元中；
[0014]所述輸出電感用于濾波所述直流風機的輸出電壓。
[0015]所述控制器包括:
[0016]數(shù)字控制處理器，用于根據(jù)接收到的數(shù)字信號執(zhí)行控制算法并輸出驅動PWM信號;
[0017]通訊接口，用于所述數(shù)字控制處理器與上位機之間的通訊；
[0018]電源模塊，用于給所述控制器供電；
[0019]顯示模塊，用于對所述控制器的運行狀態(tài)進行顯示；
[0020]驅動模塊，用于接收所述數(shù)字控制處理器輸出的信號，并將所述信號進行放大后驅動所述風電機組的級聯(lián)全功率變換器。
[0021]所述直流風機為雙饋型直流風機或直驅型直流風機；所述雙饋型直流風機包括雙饋型風電發(fā)電機組以及全功率變換器；所述的直驅型直流風機包括直驅動風機及全功率變換器。
[0022]所述全功率變換器包括三相半橋變流器，所述的三相半橋變流器由三組橋臂組成，每個橋臂包括兩個串聯(lián)的功率器件。
[0023]所述全功率變換器還包括DC-DC變換器，在所述的DC-DC變換器和所述全橋變換器之間并聯(lián)有電容器。
[0024]所述輔助功率環(huán)路包括串聯(lián)的電感和電容。
[0025]所述儲能單元包括鉛酸電池、鋰電池、液流電池或超級電容。
[0026]—種控制系統(tǒng)的控制方法，當外部電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，所述控制器通過電壓檢測單元或電流檢測單元檢測到電壓降低，則啟動低電壓穿越算法進行低電壓穿越。
[0027]所述控制器改變輸出驅動PWM信號，使所述直流風機的全功率變換器的輸出交流或直流電壓中包含一個高頻分量，通過調節(jié)電壓高頻分量的幅度和相位，使所述直流風機輸出的功率存儲在儲能單元中；當外部電網(wǎng)故障清除以后，將所述儲能單元中的能量再釋放回所并聯(lián)的電網(wǎng)中。
[0028]根據(jù)正交功率分解方式，所述全功率變換器中的第i個變換單元在輔助功率環(huán)中的有功功率PM和所述控制系統(tǒng)中的基波功率環(huán)中的有功功率P al實現(xiàn)獨立控制；則各個變換單元中的儲能器件的充放電狀態(tài)會有不同的狀況存在，其由和Pal的大小和方向決定；令第i個變換單元輸出的有功功率為匕，則有pm= p M+Pal，當Pel> 0時，該變換單元中的儲能器件處于放電狀態(tài)，當0時，該變換單元中的儲能器件處于充電狀態(tài)，當Ρμ= 0時，該變換單元中的儲能器件處于休眠狀態(tài)。
[0029]和最接近的現(xiàn)有技術比，本發(fā)明提供技術方案具有以下優(yōu)異效果
[0030]1、本發(fā)明技術方案使得串聯(lián)型海上風電并網(wǎng)系統(tǒng)具備故障穿越能力，在無需每臺單個風機都具備穿越設備；
[0031]2、本發(fā)明技術方案有助于簡化基于海風串聯(lián)型風電的系統(tǒng)結構，去除傳統(tǒng)風電泄荷電阻并減少成本；
[0032]3、本發(fā)明技術方案有助于海上風電的可靠性和經(jīng)濟性；
[0033]4、本發(fā)明技術方案降低了海上風電系統(tǒng)損耗和發(fā)熱，提高了風電發(fā)電系統(tǒng)的可利用時間。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明實施例的基于隔離性MMC結構的DC-DC變換器的電路結構圖；
[0035]圖2為本發(fā)明實施例的所采用輔助功率環(huán)電路圖；
[0036]圖3為本發(fā)明實施例的子模塊拓撲結構不意圖；
[0037]圖4為本發(fā)明實施例的基頻控制器示意圖；
[0038]圖5為本發(fā)明實施例的不對稱鏈式儲能系統(tǒng)的電壓波形合成圖；
[0039]圖6為本發(fā)明實施例的雙頻載波移相PWM控制時的載波和調制波示意圖；
[0040]圖7為本發(fā)明實施例的輔助功率環(huán)的高頻電壓、電流、功率波形圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結合實施例對發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0042]實施例1:
[0043]本例的發(fā)明提供種海上風電串聯(lián)并網(wǎng)的故障穿越控制系統(tǒng)及其控制方法，所述控制系統(tǒng)，如附圖1所示，其拓撲結構為本發(fā)明所采用的基于鏈式結構的直流風機并網(wǎng)系統(tǒng)拓撲結構圖，所述控制系統(tǒng)中至少包括一臺直流風機和一個儲能單元以及相應的電力電子子模塊，一個輔助功率環(huán)(LC震蕩回路)，輸出電感、電流檢測單元、電壓檢測單元以及控制器。
[0044]其中所述直流風機可以為雙饋型直流風機，也可以為直驅型直流風機，其拓撲結構如圖3所示。所述雙饋型直流風機包括雙饋型風電發(fā)電機組以及全功率變流器，所述的直驅型直流風機包括直驅動風機及全功率變流器。
[0045]所述全功率變換器包括三相半橋變流器(或還可以有DC/DC變換器)，所述的三相半橋變流器由三組橋臂組成，每個橋臂包括兩個串聯(lián)的功率器件；在所述的DC/DC變換器和全橋變換器之間并聯(lián)有電容器。
[0046]其中所述的輔助功率環(huán)路包括一個電感和電容兩個元器件，如圖2所示，兩個元器件串聯(lián)組成輔助功率環(huán)路。
[0047]所述的儲能單元可以為鉛酸電池、鋰電池、液流電池或超級電容。
[0048]所述的電