一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统，包括：多个双馈异步风力发电机、逆变单元、隔离变压器、整流单元、串联补偿器和耦合变压器；隔离变压器包括至少一个副边绕组；任一发电机的直流侧连接对应一个逆变单元；多个逆变单元级联后与隔离变压器的原边绕组连接；隔离变压器的任一副边绕组连接对应一个整流单元，任一整流单元连接串联补偿器，任一串联补偿器连接对应耦合变压器的原边；三个耦合变压器的副边分别与双馈风电场和电网连接的三相线路串联。本实用新型专利技术提供的系统，撤除了传统补偿装置直流侧储能装置，降低了生产成本，通过串联补偿器注入补偿电压，保证双馈风电场的故障穿越运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统
本技术涉及电力电子应用
，尤其涉及一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统。
技术介绍
双馈异步风力发电机(DFIG，Double-FedInductionGenerator)是一种绕线式感应发电机，具备有功和无功功率独立控制、可变速运行及励磁变流器容量小等特点，是变速恒频风力发电机组的核心部件，也是风力发电机组国产化的关键部件之一。目前，以双馈风电场为主的大型并网风电场容量不断提升，使得该类型发电系统与电网的相互影响越来越重要。由于双馈异步风力发电机的定子直接与电网相连，当电网发生故障，导致电网电压骤降时，发电机极易产生过电压和过电流，因此应采取有效的措施避免电网故障时转子过电压过电流问题，使得双馈异步发电机风电系统的具备一定的故障穿越能力，如何进一步提高双馈风场在电网故障情况的不间断运行能力成为当前研究的热点问题。
技术实现思路
本技术为解决现有技术中存在电网故障容易导致双馈异步风力发电机过电压过电流的问题，提供了一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统。本技术提出一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统，包括：多个双馈异步风力发电机、多个逆变单元、一个隔离变压器、至少一个整流单元、至少一个串联补偿器和三个耦合变压器；所述隔离变压器由一个原边绕组和至少一个副边绕组构成；所述串联补偿器由逆变器和滤波器构成；每一所述双馈异步风力发电机对应一个所述逆变单元，任一双馈异步风力发电机的直流侧连接对应的逆变单元的输入侧；所述多个逆变单元的输出侧级联后与所述隔离变压器的原边绕组连接；隔离变压器的每一副边绕组对应一个所述整流单元和一个串联补偿器，所述隔离变压器的任一副边绕组连接对应整流单元的输入侧，任一所述整流单元的输出侧连接对应串联补偿器的输入侧，任一所述串联补偿器的输出侧连接对应耦合变压器的原边；所述三个耦合变压器的副边分别与所述双馈风电场和电网连接的三相线路串联。优选地，还包括三个旁路开关，每一所述旁路开关对应一个所述耦合变压器，任一所述旁路开关与对应的所述耦合变压器的副边并联；当电网状态正常时，所述旁路开关闭合。优选地，所述隔离变压器的副边绕组、整流单元和串联补偿器的数量为三个。优选地，所述逆变单元为H桥逆变单元；所述整流单元为不控整流单元。优选地，所述串联补偿器中的逆变器为全桥逆变单元，所述逆变器中的开关为IGBT。本技术提供的一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统，通过多个DFIG级联后经过隔离变压器为串联补偿器提供能量，代替了传统补偿装置直流侧的储能装置，降低了生产成本。电网发生故障时，通过串联补偿器向风电场与电网连接的线路中注入适当的补偿电压，抑制双馈风机的转子过电流和过电压，保证双馈风电场的故障穿越运行。附图说明图1为本技术具体实施例的一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统的结构示意图；图2为双馈异步风力发电机的变流器的结构示意图；图3为本技术具体实施例的一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统的结构示意图；图4为H桥逆变单元的结构示意图；图5为不控型全桥整流单元的结构示意图；图6为本技术具体实施例的故障判断和串联补偿器的控制框图；图7为本技术具体实施例的双馈异步风力发电机直流侧电压的控制框图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。图1为本技术具体实施例的一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统的结构示意图，如图1所示，基于双馈风电场的电网故障穿越系统，包括：多个双馈异步风力发电机、多个逆变单元、一个隔离变压器、至少一个整流单元、至少一个串联补偿器和三个耦合变压器；所述隔离变压器由一个原边绕组和至少一个副边绕组构成；所述串联补偿器由逆变器和滤波器构成；每一所述双馈异步风力发电机对应一个所述逆变单元，任一双馈异步风力发电机的直流侧连接对应逆变单元的输入侧；所述多个逆变单元的输出侧级联后与所述隔离变压器的原边绕组连接；隔离变压器的每一副边绕组对应一个所述整流单元和一个串联补偿器，所述隔离变压器的任一副边绕组连接对应整流单元的输入侧，任一所述整流单元的输出侧连接对应串联补偿器的输入侧，任一所述串联补偿器的输出侧连接对应耦合变压器的原边；所述三个耦合变压器的副边分别与所述双馈风电场和电网连接的三相线路串联。具体地，所述基于双馈风电场的电网故障穿越系统包括多个双馈异步风力发电机(DFIG，Double-FedInductionGenerator)，DFIG是目前应用最为广泛的风力发电机，由定子绕组直连定频三相电网的绕线型异步发电机和安装在转子绕组上的双向背靠背IGBT电压源变流器组成，图2为双馈异步风力发电机的变流器的结构示意图，参考图2，安装在转子绕组上的电压源变流器将DFIG产生的交流电压整流为直流电压。本技术具体实施例中，将DFIG的直流侧，即DFIG变流器的直流母线与逆变单元连接，由于所述系统中包括多个DFIG，则所述系统中对应包括与DFIG数量相同的逆变单元，所述逆变单元将DFIG直流侧的直流电压逆变成交流电压。此外，所述多个逆变单元的输出侧为级联结构，并与隔离变压器的原边绕组连接。所述多个逆变单元将对应的多个DFIG直流侧的电压经过逆变后通过级联进行叠加，输入到所述隔离变压器的原边。所述隔离变压器的副边包括至少一个副边绕组，级联后的交流电压经过转换后由副边绕组输出，此处隔离变压器用于电气隔离，同时通过原边和副边绕组线圈的匝数比控制副边绕组输出交流电压的大小，并通过确定副边绕组的数量确定对应的串联补偿器的个数。所述隔离变压器的副边绕组的数量与整流单元和串联补偿器的数量一致，每一副边绕组对应一个整流单元和一个串联补偿器。副边绕组输出的交流电压通过整流单元转换为直流电压，随后输入串联补偿器。所述串联补偿器包括逆变器和滤波器。首先直流电压通过逆变器转换为交流电压，随后逆变器输出的交流电压经过滤波器滤波，此处所述逆变器能够通过控制脉冲来实现对逆变器输出电压大小的控制，此外，所述滤波器优选为电感电容滤波器(LC滤波器)，但不限于此。所述串联补偿器的输出与耦合变压器的原边相连，所述耦合变压器共有三个，三个耦合变压器的副边分别与所述双馈风电场和电网连接的三相线路中的一相串联。综上，多个DFIG的直流侧通过逆变单元后级联，经过隔离变压器和整流单元后与串联补偿器连接，为串联补偿器提供能量。本技术具体实施例中，多个DFIG级联后经过隔离变压器为串联补偿器提供能量，代替了传统补偿装置直流侧的储能装置，降低了生产成本。电网发生故障时，通过串联补偿器向风电场与电网连接的线路中注入适当的补偿电压，抑制双馈风机的转子过电流和过电压，保证双馈风电场的故障穿越运行。本技术具体实施例中，将多个DFIG的直流侧通过逆变单元后级联，为串联补偿器提供能量。其中多个DFIG直流侧电压逆变后的级联提高了传输到串联补偿器的能量，规避了额外的储能装置造成成本的增加和新一级变换器的加入带来的功率的损耗和效率的降低，拓宽了串联补偿器的调节范围，提高了串联补偿器的调节能力。基于上述具体实施例，图3为本技术具体实施例的一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统的结构示意图，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统，其特征在于，包括：多个双馈异步风力发电机、多个逆变单元、一个隔离变压器、至少一个整流单元、至少一个串联补偿器和三个耦合变压器；所述隔离变压器由一个原边绕组和至少一个副边绕组构成；所述串联补偿器由逆变器和滤波器构成；每一所述双馈异步风力发电机对应一个所述逆变单元，任一双馈异步风力发电机的直流侧连接对应逆变单元的输入侧；所述多个逆变单元的输出侧级联后与所述隔离变压器的原边绕组连接；隔离变压器的每一副边绕组对应一个所述整流单元和一个串联补偿器，所述隔离变压器的任一副边绕组连接对应整流单元的输入侧，任一所述整流单元的输出侧连接对应串联补偿器的输入侧，任一所述串联补偿器的输出侧连接对应耦合变压器的原边；所述三个耦合变压器的副边分别与所述双馈风电场和电网连接的三相线路串联。

【技术特征摘要】
1.一种基于双馈风电场的电网故障穿越系统，其特征在于，包括：多个双馈异步风力发电机、多个逆变单元、一个隔离变压器、至少一个整流单元、至少一个串联补偿器和三个耦合变压器；所述隔离变压器由一个原边绕组和至少一个副边绕组构成；所述串联补偿器由逆变器和滤波器构成；每一所述双馈异步风力发电机对应一个所述逆变单元，任一双馈异步风力发电机的直流侧连接对应逆变单元的输入侧；所述多个逆变单元的输出侧级联后与所述隔离变压器的原边绕组连接；隔离变压器的每一副边绕组对应一个所述整流单元和一个串联补偿器，所述隔离变压器的任一副边绕组连接对应整流单元的输入侧，任一所述整流单元的输出侧连接对应串联补偿器的输入侧，任一所述串联补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜飞，涂春鸣，杨洁，郭祺，余雪萍，张丽，孙勇，李印宜，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43