专利名称：一种用于实现风电机组低电压穿越能力的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于实现风力发电机组低电压穿越能力的装置。
背景技术：
随着风电机组技术的发展以及我国对可再生能源发展的重视，有越来越多的大型 风电场接入电网，各省电网公司对大规模风电接入电网所带来的影响，尤其是对风电接入 后电网的安全与稳定问题非常重视。由于风电机组采用的发电机技术与传统同步发电机相比有着不同的静态与暂态 特性，尤其是在电压控制能力方面还无法与传统同步发电机相比，因此在前的技术水平下 无论风电场装机容量大小、采用何种风电机组技术，风电接入电网都会对接入地区电网的 电压稳定性带来不同程度的影响；另外，大量风电接入后风电机组势必替代电网中部分同 步机组，这部分同步机组的调压、调频能力必须由其他同步机组或者是风电机组来承担， 因此，国外越来越多的电网公司对于接入电网的大型风电场也提出更高的要求例如有功 功率控制能力、无功电压控制能力及风电机组的低电压穿越能力LVRT(Low voltage Ride Through)。风电机组的低电压穿越能力，是指当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌 落时，在一定电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。电网发生短路故障时，在机组定转子中引起暂态过电流，这一电流流经变流器；同 时，从能量守恒角度分析，系统短路引起机组机端电压骤降，机组无法继续向电网输送电 能，其不平衡的能量会引起风电机组加速和直流环节充电，电压升高。无论是转子侧的暂态 过电流还是直流环节的过电压都会对电力电子器件造成不利影响。所以如何使风电机组顺 利穿越低电压故障，并能保护其电力电子器件不受损坏显得尤为重要。风电机组低电压穿 越能力是保证风电场在系统故障情况下不解列，能持续并网发电的必备特性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种风电场在系统故 障情况下不解列，能够持续并网发电的用于实现风电机组低电压穿越能力的装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下一种用于实现风电机组低电压穿 越能力的装置，其特征是它包括超级电容器组、四象限电压型变流器、双向直流变换器和 直流电容，超级电容器组与双向直流变换器级联，双向直流变换器通过直流电容与四象限 电压型变流器级联，四象限电压型变流器的另一侧通过变压器连接于风电场公共连接点。本发明的有益效果如下风速变化引起风电场输出功率波动时，为降低风电场对 电网的冲击，超级电容器组通过电压型变流器输出或吸收一定的有功功率以平抑功率波 动；电网故障引起电压跌落时，风电场输出到电网的功率下降，而输入风电场的机械功率基 本不变，控制超级电容器组吸收一定的有功功率，避免过剩功率内部消化导致的直流环节 电容充电、直流电压快速上升、电机转子加速、电磁转矩突变等一系列问题。
图1是含一种用于实现风电机组低电压穿越能力的装置结构示意图。图2是风电机组电压波动与时间关系曲线。图3是正常运行时风机系统的能量流向图。图4是低电压情况下风机系统的能量流向图。
具体实施例方式下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。参照图2，低电压穿越运行特性是在风力发电机组必须保持与系统连接的条件下 由指令限定的电压，如图2剖面部分所示。为了能适应这一要求，必须修正控制系统和硬 件，以便对低压过程中由风力发电机组产生的能量进行管理。在故障时，没有能量的管理， 风力发电机组产生的功率将仍然留在电机内，导致机械速度的增加。参照图2，我国根据实际电网结构及风电发展情况制定了风电场接入电网技术规 定，规定的风电场低电压穿越要求为(1)风电场1内的风电机组具有在并网点，并网点为与公共电网2直接连接的风电 场1升压变高压侧母线电压跌落至20%额定电压时能保持并网运行625ms。(2)风电场1并网点电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90 %时，风电 场内的风电机组保持并网运行。参照图1，本发明的一种用于实现风电机组低电压穿越能力的装置3，它包括超级 电容器组cs。、四象限电压型变流器VSC、双向直流变换器DC/DC和直流电容Cd。，超级电容器 组Cs。与双向直流变换器VSC级联，双向直流变换器DC/DC通过直流电容Cd。与四象限电压 型变流器VSC级联，四象限电压型变流器VSC的另一侧通过变压器连接于风电场公共连接 点PCC。超级电容器组Cs。、四象限电压型变流器VSC、双向直流变换器DC/DC和直流电容Cdc 均为市售产品。超级电容器组Cs。的存储容量是这样选定的按LVRT要求给定的整个低压工况期 间，以储存于系统的全部定额能量作为基本能量。储能器件的规格EWKT，可按LVRT曲线以 上和0. 9pu以下所界定的面积计算Elvet = Pbase [ (0. 9-Vfflin)、+0. 5 “2-、) (0. 9-Vfflin)]式中，Pbase为基本功率，Vmin取0. 15 11，、取0. 6258，、取38，见图2。由此可得到 故障期间超级电容器组Cs。必须管理的能量。假定横跨储能器件的最高电压为直流电压基准值Vd。,Mf，电容值则按下式确定
2F= —2~
dc\rcf参照图3，输入风电场1的机械功率为Pm，正常运行时其大部分功率输出到电网， 即图中所示功率ps，其余部分则由超级电容器组cs。储存，为图中所示功率P。s。参照图4，输入风电场1的机械功率Pm基本不变，当电网2发生短路故障引起电压 降低时，风电场1输出到电网2的功率Ps将下降，功率不平衡，这会导致直流环节电容充电、 直流电压快速上升、电机转子加速、电磁转矩突变等一系列问题，此时控制超级电容器组Cs。吸收大部分有功功率，避免过剩功率内部消化。
权利要求
一种用于实现风电机组低电压穿越能力的装置，其特征是它包括超级电容器组、四象限电压型变流器、双向直流变换器和直流电容，超级电容器组与双向直流变换器级联，双向直流变换器通过直流电容与四象限电压型变流器级联，四象限电压型变流器的另一侧通过变压器连接于风电场公共连接点。
全文摘要
本发明是一种用于实现风电机组低电压穿越能力的装置，其特点是它包括四象限电压型变流器、直流侧电容、双向直流变换器和超级电容器组，四象限电压型变流器与双向直流变换器级联。将该装置接于风电场公共连接点，风速变化引起风电场输出功率波动时，超级电容器组通过电压型变流器输出或吸收一定的有功功率以平抑功率波动；电网故障引起电压跌落时，风电场输出到电网的功率下降，而输入风电场的机械功率基本不变，控制超级电容器组吸收一定的有功功率，避免过剩功率内部消化导致的直流环节电容充电、直流电压快速上升、电机转子加速、电磁转矩突变等一系列问题。
文档编号H02J3/28GK101877488SQ201010229299
公开日2010年11月3日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者张健, 李国庆, 李江, 王利猛, 王振浩, 王鹤, 辛业春, 陈厚合 申请人:东北电力大学