一种智能型风电系统故障控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种智能型风电系统故障控制系统，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，风力机的输出端连接经由变速箱连接风力发电机的输入端；风力发电机采用双馈异步发电机，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。此种控制系统可在电网发生故障时精确快速地调整无功变化，使整个系统平稳度过暂态过程，保证电能质量。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于控制领域，特别涉及一种智能型风电系统故障情况下的并网控制系统。
技术介绍
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系统造成影响，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系统中加入合适的控制算法将成为一个有效的解决途径。目前，风力发电并网系统的发电机大多采用感应发电机、同步发电机及双馈异步发电机。采用感应发电机的风力发电系统并网时，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;采用同步发电机的风力发电并网系统，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；采用双馈异步发电机的风力发电系统并网时，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I，且可以灵活的调节功率，实现输出有功功率和无功功率的解耦控制，因此双馈异步发电机在功率调节上具有更大的优越性，能较好的改善电能质量。在有风力发电机组并入电网的系统，电网故障将严重影响风电系统的输出电压，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，这对风电系统的性能和电力系统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系统的保护方法主要有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-STATC0M无功补偿等。
技术实现思路
本技术的目的，在于提供一种智能型风电系统故障控制系统，其可在电网发生故障时精确快速地调整无功变化，使整个系统平稳度过暂态过程，保证电能质量。为了达成上述目的，本技术的解决方案是:一种智能型风电系统故障控制系统，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，风力机的输出端连接经由变速箱连接风力发电机的输入端;风力发电机采用双馈异步发电机，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，本技术具有以下特点:(I)本技术中的风力发电机采用双馈异步发电机，相比同步发电机可以变速运行，减少了调速机构装置，结构简单;相比感应发电机，其无功可调并且不需并联电容器调压;且双馈异步发电机可以灵活地调节功率，实现输出有功功率和无功功率的解耦控制，因此在功率调节上具有更大的优越性，能较好地改善电能质量；(2 )本技术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，能提高风电系统的低电压穿越(LVRT)能力。【附图说明】图1是本技术的整体架构图；图2是本技术采用模糊控制的原理框图；图3是本技术采用模糊控制的模型示意图；图4是本技术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，对本技术的技术方案及有益效果进行详细说明。如图1所示，本技术提供一种智能型风电系统故障控制系统，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I的输出端连接经由变速箱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采用双馈异步发电机，从而可以大范围调节转速，使风能利用系数保持在最佳值，灵活地调节功率，实现输出有功功率和无功功率的解耦控制，较好地改善电能质量。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-STATC0M处的电压时，D-STATC0M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-STATC0M端处电压时，D-STATC0M从电网吸收容性无功功率，处于逆变状态。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-STATC0M中加入PID模糊控制算法，当风电系统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，使整个系统快速平稳度过暂态过程，保证电能质量。所述CrowbaH呆护电路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PffM变换器中加入闭锁电路，当该风电系统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，本技术实现控制时，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-STATC0M的外环控制环节，通过调节电力系统交流侧电压，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△ e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，使整个系统的控制精度高、响应速度快，动态性能好、稳态性能高，大大提高风电系统的低电压穿越(LVRT)能力。以上实施例仅为说明本技术的技术思想，不能以此限定本技术的保护范围，凡是按照本技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本技术保护范围之内。【主权项】1.一种智能型风电系统故障控制系统，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，风力机的输出端连接经由变速箱连接风力发电机的输入端;风力发电机采用双馈异步发电机，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保护电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能型风电系统故障控制系统，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，风力机的输出端连接经由变速箱连接风力发电机的输入端；风力发电机采用双馈异步发电机，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐广令，郑雪钦，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：新型
国别省市：福建;35