CN205335866U - 一种风电***故障情况下的并网控制*** - Google Patents

一种风电***故障情况下的并网控制*** Download PDF

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徐广令
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Abstract

本实用新型公开一种风电***故障情况下的并网控制***，包括风力机、变速箱、风力发电机、Crowbar保护电路、变压器、静止无功补偿装置、模糊PID控制器和电网，其中，风力机的输出端经由变速箱连接风力发电机的输入端；风力发电机采用无刷双馈发电机，变压器采用575V/25kV升压变压器，所述风力发电机通过575V的母线馈线连接变压器，由变压器改变电压后再与电网并联；所述模糊PID控制器连接静止无功补偿装置，所述静止无功补偿装置并联在25kV母线上；所述Crowbar保护电路跨接在风力发电机的转子侧和电网侧之间。此种控制***可在电网发生故障时精确快速地调整无功变化，使整个***平稳度过暂态过程，保证电能质量。

Description

一种风电***故障情况下的并网控制***
技术领域
本实用新型属于控制领域，特别涉及一种风电***在故障情况下的并网控制***。
背景技术
随着常规能源的日益匮乏，环境问题已引起世界各国的重视；随着传统电网在环保性等方面的问题日益严重，以风力发电为代表的新能源得到广泛的开发和利用，但并网技术却是阻碍其进一步发展的障碍。由于风力发电其本身具有不稳定性，当电网发生故障时又会对风力发电***造成影响，以致对电网电压、频率、无功等关键参数造成不利影响，因此采用在风力发电并网的***中加入合适的控制算法将成为一个有效的解决途径。
目前，风力发电并网***的发电机大多采用感应发电机、双馈异步发电机和同步发电机。采用感应发电机的风力发电***并网时，感应发电机会消耗无功，且无功不可控，要通过并联的电容器数量来分级调整电网电压；采用双馈异步发电机的风力发电***并网时，利用与双馈异步发电机转子相连的变频器控制电网侧的无功功率，功率因数可调接近1，但由于双馈异步发电机装有碳刷、滑环等装置，使其可靠性不高；采用同步发电机的风力发电并网***，可以通过控制同步发电机的励磁电流实现网侧无功功率可控，但需要风力发电机有精确的调速机构保证风速变化时维持同步转速不变，且与同步发电机定子串接的变频器容量较大。
在有风力发电机组并入电网的***，电网故障将严重影响风电***的输出电压，并且产生很大的负序电流。电网电压跌落会造成输电线路电压的不稳定，同时无功功率会发生二倍电网频率的波动，这对风电***的性能和电力***的安全运行都造成危害，甚至导致退出运行。目前电网不对称故障下风电***的保护方法主要有Crowbar转子保护电路、负序电压前馈不对称控制策略、电流正序分量跟踪控制策略、D-STATCOM无功补偿等。
实用新型内容
本实用新型的目的，在于提供一种风电***故障情况下的并网控制***，其可在电网发生故障时精确快速地调整无功变化，使整个***平稳度过暂态过程，保证电能质量。
为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：
一种智能型风电***故障控制***，包括风力机、变速箱、风力发电机、Crowbar保护电路、变压器、静止无功补偿装置、模糊PID控制器和电网，其中，风力机的输出端经由变速箱连接风力发电机的输入端；风力发电机采用无刷双馈发电机，变压器采用575V/25kV升压变压器，所述风力发电机通过575V的母线馈线连接变压器，由变压器改变电压后再与电网并联；所述模糊PID控制器连接静止无功补偿装置，所述静止无功补偿装置并联在25kV母线上；所述Crowbar保护电路跨接在风力发电机的转子侧和电网侧之间。
上述静止无功补偿装置采用电压型桥式电路。
上述电压型桥式电路包括3条相互并联的支路，每一条支路均包含同向串联的两个全控器件，且每个全控器件均反并联有二极管，以各条支路的中点作为输出端，分别通过电感与ABC三相母线对应连接。
上述全控器件采用IGBT。
采用上述方案后，本实用新型具有以下特点：
（1）本实用新型中的风力发电机采用无刷双馈发电机，相比双馈异步发电机可取消碳刷和滑环，降低磨损、噪声低；相比同步发电机又可以变速运行，减少了调速机构装置，结构简单；相比感应发电机，其无功可调并且不用并联电容器调压；
（2）本实用新型中的静止无功补偿装置采用IGBT开关器件，响应速度较快，动态性能好、静态性能高，能提高风电***的低电压穿越（LVRT）能力。
附图说明
图1是本实用新型的整体架构图；
图2是本实用新型采用模糊控制的原理框图；
图3是本实用新型采用模糊控制的模型示意图；
图4是本实用新型中静止无功补偿装置的电压型桥式电路基本结构图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1所示，本实用新型提供一种智能型风电***故障控制***，包括风力机1、变速箱2、风力发电机3、Crowbar保护电路4、变压器5、静止无功补偿装置6、模糊PID控制器7和电网8，下面分别介绍。
风力机1的输出端经由变速箱2连接风力发电机3的输入端，为风力发电机3提供动力。
风力发电机3采用无刷双馈发电机，相比双馈异步发电机可取消碳刷和滑环，降低磨损，噪声低；相比同步发电机又可以变速运行，减少了调速机构装置，结构简单；相比感应发电机，其无功可调且不用并联电容器调压。
所述变压器5采用575V/25kV升压变压器，所述风力发电机3通过575V的母线馈线连接变压器5，由变压器5改变电压后再与电网8并联。
所述静止无功补偿装置6并联在25kV母线上，配合图4所示，是电压型桥式电路的基本结构图，包括有3条相互并联的支路，分别与ABC三相母线通过电感对应连接，每一条支路均包含同向串联的两个全控器件（可采用IGBT），且每个全控器件均反并联有二极管，以各条支路的中点作为输出端，连接电感。正常工作时，通过全控器件的通断将电路接入电网，通过变换器将直流电压转换为交流电压，调节无功变化；当电网电压大于D-STATCOM处的电压时，D-STATCOM从电网吸收感性的无功功率，处于整流状态；反之，电网电压小于D-STATCOM端处电压时，D-STATCOM从电网吸收容性无功功率，处于逆变状态。静止无功补偿装置从***中所吸收的无功功率可以用公式计算，公式中，为非线性电阻，并且；为D-STATCOM吸收的总无功功率，为滞后的角度；当D-STATCOM吸收感性无功功率，时，；反之当D-STATCOM吸收容性无功功率，时，。因此可以通过调整大小的方式来控制D-STATCOM吸收无功功率的量。
所述模糊PID控制器7连接静止无功补偿装置6，通过在无功补偿D-STATCOM中加入PID模糊控制算法，当风电***的电网发生短路或接地故障时，能精确快速地调整无功变化，使整个***快速平稳度过暂态过程，保证电能质量。
所述Crowbar保护电路4则跨接在风力发电机3的转子侧和电网侧之间，且在Crowbar保护电路中的双PWM变换器中加入闭锁电路，当该风电***的电网发生短路或接地故障时，可以切断定子回路进而保护风力发电机。
如图2和图3所示，本实用新型实现控制时，利用电网发生故障时无功波动比较大的特点，将模糊PID控制算法运用在无功补偿D-STATCOM的外环控制环节，通过调节电力***交流侧电压，将所采集的变量经过一个比例和微分环节处理后，再将其偏差量e和偏差变化率Δe作为输入变量进行模糊化处理，并通过建立的模糊规则进行运算，从而得出的模糊后的输出变量，将该变量与PID参数进行比较，进行在线实时调控其PID参数的大小，根据电压变化，吸收或发出无功电流，达到动态补偿作用，能更好地满足静止无功补偿装置无功调节的需求，保证整个电网的电能质量，使整个***的控制精度高、响应速度快，动态性能好、稳态性能高，大大提高风电***的低电压穿越（LVRT）能力。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (4)

1.一种风电***故障情况下的并网控制***，其特征在于：包括风力机、变速箱、风力发电机、Crowbar保护电路、变压器、静止无功补偿装置、模糊PID控制器和电网，其中，风力机的输出端经由变速箱连接风力发电机的输入端；风力发电机采用无刷双馈发电机，变压器采用575V/25kV升压变压器，所述风力发电机通过575V的母线馈线连接变压器，由变压器改变电压后再与电网并联；所述模糊PID控制器连接静止无功补偿装置，所述静止无功补偿装置并联在25kV母线上；所述Crowbar保护电路跨接在风力发电机的转子侧和电网侧之间。
2.如权利要求1所述的一种风电***故障情况下的并网控制***，其特征在于：所述静止无功补偿装置采用电压型桥式电路。
3.如权利要求2所述的一种风电***故障情况下的并网控制***，其特征在于：所述电压型桥式电路包括3条相互并联的支路，每一条支路均包含同向串联的两个全控器件，且每个全控器件均反并联有二极管，以各条支路的中点作为输出端，分别通过电感与ABC三相母线对应连接。
4.如权利要求3所述的一种风电***故障情况下的并网控制***，其特征在于：所述全控器件采用IGBT。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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