用于微電網(wǎng)的異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種用于微電網(wǎng)的異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)及 其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》中提出要求如下：在電網(wǎng)相短路故障、兩相短路 故障和單相接地短路故障的條件下，風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組具有在行網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落至20%額 定電壓時能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行625ms的能力；風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能 夠恢復(fù)到額定電壓的90 %時，風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。
[0003] 早期投產(chǎn)的傳統(tǒng)異步風(fēng)電機(jī)組，存在功率不可調(diào)、無功支撐能力弱等缺點(diǎn)，現(xiàn)代電 網(wǎng)對風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行提出的要求是功率可控、低電壓穿越能力等。目前，在一些海島、偏遠(yuǎn)地 區(qū)仍存在一定數(shù)量的早期投產(chǎn)的異步風(fēng)電機(jī)組，當(dāng)風(fēng)速變化時，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之 變化，不能像雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一樣通過改變勵磁電流幅值和相 位實(shí)現(xiàn)無功功率調(diào)節(jié)。當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)中含有這種類型風(fēng)電機(jī)組時，風(fēng)電機(jī)組難以實(shí)現(xiàn)低電 壓穿越以及低電壓穿越期間對電網(wǎng)的無功支撐，從而影響了微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，嚴(yán) 重情況下導(dǎo)致微電網(wǎng)系統(tǒng)崩潰、損壞用電設(shè)備。因此，為保證微電網(wǎng)可靠運(yùn)行，需要對異步 風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組無功電壓支撐能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種用于微電網(wǎng)的異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng) 及其工作方法，本發(fā)明的該異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)能夠平滑微電網(wǎng)內(nèi)的風(fēng)電功率波動并且 保持電壓穩(wěn)定性，減少風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對微電網(wǎng)的影響。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種用于微電網(wǎng)的異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)，包括依次連接的風(fēng)輪、齒輪箱和異步 發(fā)電機(jī)，所述用于微電網(wǎng)的異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)還包括風(fēng)電側(cè)斷路器，其一端與異步恒 速風(fēng)電機(jī)組的定子側(cè)相連，另一端與隔離變壓器相連；所述隔離變壓器與交直交變流器相 連，所述交直交變流器通過電網(wǎng)側(cè)斷路器連接至風(fēng)電機(jī)組箱變；所述風(fēng)電機(jī)組箱變連接至 交流母線上，交流母線與電網(wǎng)之間還設(shè)置有并網(wǎng)斷路器。
[0007] 所述異步恒速風(fēng)電機(jī)組還并聯(lián)有無功補(bǔ)償裝置。
[0008] 所述交直交變流器包括通過直流母線相連的風(fēng)電側(cè)AC/DC變換器和電網(wǎng)側(cè)DC/AC 變換器，所述風(fēng)電側(cè)AC/DC變換器和電網(wǎng)側(cè)DC/AC變換器之間并聯(lián)直流電容。
[0009] 所述直流母線還配置有儲能模塊，其用于平抑風(fēng)電功率波動。
[0010] 所述風(fēng)電側(cè)AC/DC變換器和電網(wǎng)側(cè)DC/AC變換器均是由6個IGBT和反并聯(lián)二極 管組成的橋式電路。
[0011] 所述風(fēng)電側(cè)AC/DC變換器和電網(wǎng)側(cè)DC/AC變換器均是電壓源型的變換器。
[0012] -種用于微電網(wǎng)的異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)的工作方法，包括：
[0013] 在異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)啟動的過程中，交直交變流器為異步恒速風(fēng)電機(jī)組提供 啟動電流，交直交變流器進(jìn)行AC/DC/AC變換來控制發(fā)電機(jī)組輸出電壓的幅值和頻率；
[0014] 當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速后，異步恒速風(fēng)電機(jī)組開始發(fā)電，進(jìn)入并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)；
[0015] 在并網(wǎng)運(yùn)行情況下，異步恒速風(fēng)電機(jī)組發(fā)出有功功率并且從電網(wǎng)吸收無功功率， 用于維持異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)的功率平衡。
[0016] 所述用于微電網(wǎng)的異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)的工作方法，還包括：
[0017] 當(dāng)并網(wǎng)斷路器斷開時，微電網(wǎng)處于孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，若發(fā)生故障時，微電網(wǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電 壓下降，異步恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出有功功率，且交直交變流器對異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)進(jìn) 行無功功率調(diào)節(jié)。
[0018] 在并網(wǎng)運(yùn)行情況下，異步恒速風(fēng)電機(jī)組并聯(lián)的無功補(bǔ)償裝置還采用多組電容器分 組投切的方式對異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。
[0019] 交直交變流器采用電壓源型的變換器，其輸出電流采用電流控制器來控制，電流 控制器在d_q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下對交直交變流器的輸出電流進(jìn)行解耦控制。
[0020] 本發(fā)明的有益效果為：
[0021] (1)本發(fā)明針對現(xiàn)有的含異步恒速風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場，提供一種能夠提高異步恒 速風(fēng)電機(jī)組的效率，改善暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平的方法，與傳統(tǒng)分析方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：能 夠有效的改善傳統(tǒng)以異步恒速風(fēng)電機(jī)組為主風(fēng)電場的電壓穩(wěn)定水平，同時向系統(tǒng)提供一定 的無功功率，且減少了附加無功設(shè)備的投入，提高風(fēng)電場本身的運(yùn)行效益；
[0022] (2)由于本發(fā)明的該系統(tǒng)是在原有風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，在異步恒速風(fēng)電 機(jī)組的定子側(cè)的輸出端增加了風(fēng)電側(cè)斷路器，風(fēng)電側(cè)斷路器連接至隔離變壓器，隔離變壓 器連接有交直交變流器，交直交變流器通過電網(wǎng)側(cè)斷路器連接至風(fēng)電機(jī)組箱變，通過這樣 的對風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，平抑了風(fēng)電功率波動，維持了微電網(wǎng)運(yùn)行時功率平衡以及整個 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且使得更易于工程實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0023] 圖1是鼠籠式異步恒速風(fēng)電機(jī)組原理圖；
[0024] 圖2是風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力要求示意圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明的用于微電網(wǎng)的異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)；
[0026] 圖4是交直交變換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；
[0027] 圖5為電網(wǎng)側(cè)變換器定直流電壓控制框圖；
[0028] 圖6為風(fēng)電側(cè)變換器定交流電壓控制框圖；
[0029] 圖7是三相電壓跌落至20 %時風(fēng)機(jī)側(cè)線電壓；
[0030] 圖8是三相電壓跌落至20 %時風(fēng)機(jī)側(cè)有功電流和無功電流。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：
[0032] 如圖1所示，以鼠籠式異步恒速風(fēng)電機(jī)組為例，異步恒速風(fēng)電機(jī)組主要由槳葉、齒 輪箱、普通異步發(fā)電機(jī)和升壓變組成。鼠籠式異步恒速風(fēng)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的槳距 角和轉(zhuǎn)速都是固定不變的，在發(fā)出有功功率的同時，還需要消耗無功功率，通常是安裝電容 器。
[0033] 圖2為風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力要求示意圖，在電網(wǎng)相短路故障、兩相短路故障 和單相接地短路故障的條件下，風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組具有在行網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落至20%額定電 壓時能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行625ms的能力；風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能夠恢 復(fù)到額定電壓的90 %時，風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。
[0034] 圖3是本發(fā)明異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)組成的微電網(wǎng)示意圖，其中，用于微電網(wǎng)的 異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)，包括依次連接的風(fēng)輪、齒輪箱和異步發(fā)電機(jī)，用于微電網(wǎng)的異步恒 速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)還包括風(fēng)電側(cè)斷路器，其一端與異步恒速風(fēng)電機(jī)組的定子側(cè)相連，另一端 與隔離變壓器相連；隔離變壓器與交直交變流器相連，交直交變流器通過電網(wǎng)側(cè)斷路器連 接至風(fēng)電機(jī)組箱變；風(fēng)電機(jī)組箱變連接至交流母線上，交流母線與電網(wǎng)之間還設(shè)置有并網(wǎng) 斷路器。
[0035] 微電網(wǎng)包括異步恒速風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)、風(fēng)電機(jī)組箱變、儲能系統(tǒng)、重要用電負(fù)荷和一 般用電負(fù)荷，微電網(wǎng)通過并網(wǎng)斷路器接入電網(wǎng)。當(dāng)并網(wǎng)斷路器斷開時，微電網(wǎng)處于孤網(wǎng)運(yùn)行 狀態(tài)，此時風(fēng)電機(jī)組需要與儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，風(fēng)電機(jī)組充當(dāng)系統(tǒng)主要電源，提供系統(tǒng)穩(wěn)定 運(yùn)行需求的無功功率和電壓需求，以滿足重要用電負(fù)荷不間斷用電需求。
[0036] 其中，風(fēng)電側(cè)斷路器，用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組投入；隔離變壓器，用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)