用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓 穿越的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力發(fā)電是清潔能源，近年來，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)得到快速發(fā)展。低電壓穿越，指在風(fēng) 力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候，風(fēng)機(jī)能夠保持低電壓穿越并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的 無功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而"穿越"這個(gè)低電壓時(shí)間（區(qū)域）。低 電壓穿越是對(duì)并網(wǎng)風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)出現(xiàn)電壓跌落時(shí)仍保持并網(wǎng)的一種特定的運(yùn)行功能要求。 要求風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有較強(qiáng)的低電壓穿越（LVRT)能力。CN103078349A，CN104362669A， CN104410098A等專利提出各種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)及低電壓穿越控制方法，這些方法，都 是對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身的控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身的控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)多種控 制目標(biāo)，眾多目標(biāo)很難在一套控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)一致，控制特性很難實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 低電壓穿越的系統(tǒng)及方法，通過在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)主電網(wǎng)連接線上串聯(lián)磁控電抗 器，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)外部，解決風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的控制方法。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] 用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的系統(tǒng)，包括磁控電抗器，所述磁控 電抗器的一端連接風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出端，另一端通過連接并網(wǎng)母線接入電力系統(tǒng)主電 網(wǎng)；
[0006] 所述磁控電抗器受控制電路I的控制，電抗值在Zniil^ Z _之間變化，Z _是磁控 電抗器的最小電抗值，Zmax是為磁控電抗器的最大電抗值，所述磁控電抗器的控制端連接控 制電路I的輸出端，所述控制電路I的輸入端連接電壓互感器的二次側(cè)，所述電壓互感器的 一次側(cè)接并網(wǎng)母線，控制電路I通過電壓互感器獲得并網(wǎng)母線的電壓值。
[0007] 所述磁控電抗器為串聯(lián)型磁控電抗器，包括磁控電抗器端子I、磁控電抗器端子 II、磁控電抗器閉環(huán)鐵芯及控制電路II ;所述磁控電抗器閉環(huán)鐵芯包括四根鐵芯柱，鐵芯 柱兩端有磁軛連通四根鐵芯柱，任何兩根鐵芯柱都能夠相互構(gòu)成磁通閉環(huán)；其中一根鐵芯 柱上有交流線圈Ll和直流線圈L3,另一根鐵芯柱上有交流線圈L2和直流線圈L4 ;
[0008] 所述交流線圈Ll同名端連接磁控電抗器端子I，交流線圈Ll異名端連接交流線圈 L2同名端，交流線圈L2異名端連接全橋整流電路D3的一個(gè)輸入端，全橋整流電路D3的另 一個(gè)輸入端連接磁控電抗器端子Π ，全橋整流電路D3的兩個(gè)輸出端分別連接直流線圈L3 與直流線圈L4的異名端，直流線圈L3與直流線圈L4的同名端連接在一起；一對(duì)反向并聯(lián) 的晶閘管Dl和晶閘管D2并聯(lián)于全橋整流電路的兩個(gè)輸入端之間；晶閘管Dl和晶閘管D2 的控制端連接控制電路Π 的輸出端；晶閘管Dl和晶閘管D2都受控制電路II的控制；控制 電路π的輸入端連接控制電路I的輸出端，受控制電路I控制。
[0009] 所述交流線圈Ll與交流線圈L2的匝數(shù)相等，直流線圈L3與直流線圈L4的匝數(shù) 相等。
[0010] 所述交流線圈Ll與交流線圈L2的匝數(shù)是相同電壓等級(jí)變壓器一次線圈匝數(shù)的 1/2 ;所述直流線圈L3與直流線圈L4的匝數(shù)是交流線圈Ll的2倍。
[0011] 用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的方法，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)主 電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，母線的電壓值U3為正常額定電壓Un，控制電路I控制磁控電抗器的電抗 值為最小值Zmin;
[0012] 電力系統(tǒng)主電網(wǎng)發(fā)生短路故障，當(dāng)控制電路I監(jiān)測(cè)到母線的電壓值U3在Un~ 0. 5Un時(shí)，控制電路I保持磁控電抗器的電抗值為Zniin;
[0013] 當(dāng)電力系統(tǒng)主電網(wǎng)發(fā)生短路故障，當(dāng)控制電路I監(jiān)測(cè)到母線的電壓值U3在?~ 0. 5Un之間時(shí)，控制電路I控制磁控電抗器的電抗值在Zniil^ Z _之間。
[0014] 母線的電壓值U3在0~0. 5Un之間時(shí)，控制電路I控制磁控電抗器的電抗值Z按 以下控制曲線方程實(shí)現(xiàn)：
[0015]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的系統(tǒng)，其特征是，包括磁控電抗器，所 述磁控電抗器的一端連接風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出端，另一端通過連接并網(wǎng)母線接入電力系統(tǒng) 主電網(wǎng)； 所述磁控電抗器受控制電路I的控制，電抗值在Zmi。~Z之間變化，Zmi。是磁控電抗 器的最小電抗值，Zm"是為磁控電抗器的最大電抗值，所述磁控電抗器的控制端連接控制電 路I的輸出端，所述控制電路I的輸入端連接電壓互感器的二次側(cè)，所述電壓互感器的一次 側(cè)接并網(wǎng)母線，控制電路I通過電壓互感器獲得并網(wǎng)母線的電壓值。
2. 如權(quán)利要求1所述用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的系統(tǒng)，其特征是， 所述磁控電抗器為串聯(lián)型磁控電抗器，包括磁控電抗器端子I、磁控電抗器端子II、磁控電 抗器閉環(huán)鐵巧及控制電路II;所述磁控電抗器閉環(huán)鐵巧包括四根鐵巧柱，鐵巧柱兩端有磁 輛連通四根鐵巧柱，任何兩根鐵巧柱都能夠相互構(gòu)成磁通閉環(huán)；其中一根鐵巧柱上有交流 線圈L1和直流線圈13,另一根鐵巧柱上有交流線圈L2和直流線圈L4 ; 所述交流線圈L1同名端連接磁控電抗器端子I，交流線圈L1異名端連接交流線圈L2 同名端，交流線圈L2異名端連接全橋整流電路D3的一個(gè)輸入端，全橋整流電路D3的另一 個(gè)輸入端連接磁控電抗器端子II，全橋整流電路D3的兩個(gè)輸出端分別連接直流線圈L3與 直流線圈L4的異名端，直流線圈L3與直流線圈L4的同名端連接在一起；一對(duì)反向并聯(lián)的 晶閩管D1和晶閩管D2并聯(lián)于全橋整流電路的兩個(gè)輸入端之間；晶閩管D1和晶閩管D2的 控制端連接控制電路II的輸出端；晶閩管D1和晶閩管D2都受控制電路II的控制；控制電 路II的輸入端連接控制電路I的輸出端，受控制電路I控制。
3. 如權(quán)利要求2所述用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的系統(tǒng)，其特征是， 所述交流線圈L1與交流線圈L2的應(yīng)數(shù)相等，直流線圈L3與直流線圈L4的應(yīng)數(shù)相等。
4. 如權(quán)利要求2或3所述用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的系統(tǒng)，其特征 是，所述交流線圈L1與交流線圈L2的應(yīng)數(shù)是相同電壓等級(jí)變壓器一次線圈應(yīng)數(shù)的1/2 ;所 述直流線圈L3與直流線圈L4的應(yīng)數(shù)是交流線圈L1的2倍。
5. 基于權(quán)利要求1所述用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的系統(tǒng)的方法， 其特征是，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)主電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，母線的電壓值U3為正常額定電壓 化，控制電路I控制磁控電抗器的電抗值為最小值Zmi。； 電力系統(tǒng)主電網(wǎng)發(fā)生短路故障，當(dāng)控制電路I監(jiān)測(cè)到母線的電壓值U3在化~0. 5化 時(shí)，控制電路I保持磁控電抗器的電抗值為Zmi。； 當(dāng)電力系統(tǒng)主電網(wǎng)發(fā)生短路故障，當(dāng)控制電路I監(jiān)測(cè)到母線的電壓值U3在0~0. 5化 之間時(shí)，控制電路I控制磁控電抗器的電抗值在Zmi。~Z之間。
6. 如權(quán)利要求5所述用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的方法，其特征是， 母線的電壓值U3在0~0. 5化之間時(shí)，控制電路I控制磁控電抗器的電抗值Z按W下控制 曲線方程實(shí)現(xiàn)：
其中；Zmi。是磁控電抗器的最小電抗值，Zm"是為磁控電抗器的最大電抗值，化是母線 額定電壓值，U3是母線實(shí)際電壓測(cè)量值。
7. 如權(quán)利要求6所述用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的方法，其特征是， 所述磁控電抗器為串聯(lián)型磁控電抗器，包括磁控電抗器端子I、磁控電抗器端子II、磁控電 抗器閉環(huán)鐵巧及控制電路II;所述磁控電抗器閉環(huán)鐵巧包括四根鐵巧柱，鐵巧柱兩端有磁 輛連通四根鐵巧柱，任何兩根鐵巧柱都能夠相互構(gòu)成磁通閉環(huán)；其中一根鐵巧柱上有交流 線圈L1和直流線圈13,另一根鐵巧柱上有交流線圈L2和直流線圈L4 ; 所述交流線圈L1同名端連接磁控電抗器端子I，交流線圈L1異名端連接交流線圈L2 同名端，交流線圈L2異名端連接全橋整流電路D3的一個(gè)輸入端，全橋整流電路D3的另一 個(gè)輸入端連接磁控電抗器端子II，全橋整流電路D3的兩個(gè)輸出端分別連接直流線圈L3與 直流線圈L4的異名端，直流線圈L3與直流線圈L4的同名端連接在一起；一對(duì)反向并聯(lián)的 晶閩管D1和晶閩管D2并聯(lián)于全橋整流電路的兩個(gè)輸入端之間；晶閩管D1和晶閩管D2的 控制端連接控制電路II的輸出端；晶閩管D1和晶閩管D2都受控制電路II的控制；控制電 路II的輸入端連接控制電路I的輸出端，受控制電路I控制。
8. 如權(quán)利要求7所述用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的方法，其特征是， 所述交流線圈L1與交流線圈L2的應(yīng)數(shù)相等，直流線圈L3與直流線圈L4的應(yīng)數(shù)相等。
9. 如權(quán)利要求7或8所述用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的系統(tǒng)，其特征 是，所述交流線圈L1與交流線圈L2的應(yīng)數(shù)是相同電壓等級(jí)變壓器一次線圈應(yīng)數(shù)的1/2 ;所 述直流線圈L3與直流線圈L4的應(yīng)數(shù)是交流線圈L1的2倍。
10. 如權(quán)利要求7所述用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的方法，其特征是， 所述控制電路II控制晶閩管D1和晶閩管D2全導(dǎo)通時(shí)，磁控電抗器的電抗為最大電抗 值Zmax; 當(dāng)控制電路II控制晶閩管D1和晶閩管D2全截止時(shí)，磁控電抗器的電抗為最小值Zmin; 當(dāng)控制電路II控制晶閩管D1和晶閩管D2導(dǎo)通角的大小，能夠控制直流線圈L3和直 流線圈L4中直流電流的大小；從而控制磁控電抗器的電抗值在Zmi。~Zm"之間調(diào)節(jié)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了用磁控電抗器提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的系統(tǒng)及方法，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)主電網(wǎng)連接線上串聯(lián)磁控電抗器，磁控電抗器受控制電路I控制，控制電路I通過電壓互感器獲得并網(wǎng)母線的電壓值；母線的電壓值U3為正常額定電壓Un，控制磁控電抗器的電抗值為最小值Zmin；當(dāng)母線的電壓值U3在Un～0.5Un時(shí)，保持磁控電抗器的電抗值Zmin；母線的電壓值U3在0.5Un～0之間時(shí)，控制磁控電抗器的電抗值在Zmin～Zmax之間。不需要對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身控制系統(tǒng)增加新的控制目標(biāo)和電路，解決了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的問題?？刂品椒墒癸L(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的能力優(yōu)化。解決問題方法簡(jiǎn)單、可靠。
【IPC分類】H02J3-38, H02P9-04
【公開號(hào)】CN104795839
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510203178
【發(fā)明人】宋繼中, 姜吉平, 程法民, 司君誠(chéng), 李文杰, 田野, 西文藻, 倫曉娟, 劉靜利
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司東營(yíng)供電公司, 山東大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月24日