一种抑制风电场脱网的装置制造方法及图纸

一种抑制风电场脱网的装置，包括主电路单元、采样电路单元、驱动电路单元和控制电路单元组成；其主电路单元由风电场母线、电抗器、滤波电容器、交流变压器、低温系统、三相PWM变流器和超导储能单元组成；其构简单，易于实现；数据精确可靠；采提高了电压利用率；处理速度快，灵敏度高。

A device to restrain wind farm off grid

【技术实现步骤摘要】
一种抑制风电场脱网的装置(一)
：本技术属于新能源发电中的暂态稳定控制
，特别是一种抑制风电场脱网的装置。(二)
技术介绍
：自我国开始大规模发展风力发电技术以来，全国共发生上百起风电机组脱网事件，国家电网公司经营范围内共发生较大规模风机脱网事故数十起。其中2011年4月25日连接于国家电网公司的西北电网的酒泉风电基地的脱网事故最为严重，最大损失风电出力1535MW，脱网机组多达1278台，造成电网频率降至49.76Hz。如此大规模风电机组集中脱网，导致电网系统电压、频率大幅度波动，直接威胁到电力系统安全稳定运行。国内外频繁发生的电网事故为我们敲响了警钟，尽管本次事故没有对电网造成的较大影响，但积极采取方法和措施降低大规模事故发生的风险具有十分重要的意义。风电场并网运行，不仅考验着电力系统的稳定运行能力，也对风电场自身的故障后运行能力有一定的要求。目前，为了防止风电场脱网对电力系统造成冲击，我国主要采取的技术手段主要有(1)加强继电保护装置的维护，在故障发生后及时有效地切除故障，保证无故障部分迅速恢复正常运行，提高电力系统运行的稳定性。(2)加强风电机组低电压穿越能力。(3)加强风电场无功补偿设备改造与管理。随着大功率电力电子技术的发展，FACTS技术日渐成为实现电力系统暂态稳定控制的新的技术手段，通过FACTS装置动态地调节与电力系统交换的有功无功功率，可以维持并网电压的稳定性和输出功率的平滑性，FACTS装置的主要由电力电子器件构成，而FACTS装置中最主要的部分是控制算法，不同的控制算法使得FACTS装置实现不同的功能，FACTS装置根据所实现的功能不同有不同的名称，比如STATCOM(静止同步补偿器)，APF(有源滤波器)等。(三)
技术实现思路
：本技术的目的在于提供一种抑制风电场脱网的装置，将FACTS技术与风力发电技术相结合，不仅能够在风电成正常工作时减少风电场输出功率波动对电网的影响，当故障出现时，也可以为风电场提供必要的动态无功的支持，改善并网风电场的稳定性。这两种技术的结合对于风电场大规模化、可再生能源发电技术的发展具有重要的意义。同时，由于FACTS装置的动态能力对风电场稳定运行有着确定性的作用。在FACTS技术的使用过程中，由于控制方法的不成熟，导致在故障出现时，FACTS装置不能发挥应有的作用。本技术的技术方案：一种抑制风电场脱网的装置，其特征在于它包括主电路单元、采样电路单元、驱动电路单元和控制电路单元组成；其中，主电路单元是由风电场母线、电抗器、滤波电容器、交流变压器、低温系统、三相PWM变流器和超导储能单元组成；风机通过风电场母线与大电网相连；所述超导储能单元中通过三相PWM变流器变换为交流电后，再通过交流变压器与风电场母线相连，所述低温系统保证超导储能单元正常工作运行；所述主电路单元通过采样电路单元与控制电路单元连接；所述驱动电路单元的输出端连接主电路单元和控制电路单元。所述超导储能单元中有超导线圈，是额定电压为10.5kV、系统储能量1MJ、输出功率0.5MVA、动态响应时间2ms、能量转换效率90％、电压波动2％、波形畸变率1％、功率因数0.95的超导储能磁体；所述超导储能磁体由低温系统保证其正常工作运行。所述采样电路单元是由电压采样电路模块、电流采样电路模块和风机转速采样电路模块三部分构成；所述采样电路单元实时采集风机的转速、风电场母线侧和大电网侧的电压电流，并于控制电路单元连接。所述采样电路模块选用以TI公司12位采样精度的ADS7817UC芯片为核心部件的电路结构，其连接方式为常规连接。所述采样电路模块连接有前级调理电路，是由滑动电阻w0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、运算放大器U01A和运算放大器U02A构成；所述滑动电阻w0的一端与交流电源连接，另一端接地，其滑动端连接运算放大器U01A的正向输入端；所述运算放大器U01A的负极输入端与其输出端短接，其两个电源端子分别连接+15V电源和-15V电源；所述电阻R1和电阻R2相互串联，一端与运算放大器U01A的输出端连接，另一端与运算放大器U02A的负极输入端连接；所述运算放大器U02A的正向输入端接收参考电压值信号，另个电源端子一个连接+3.3V电源，一个接地，其输出端经电阻R3并联连接于电阻R1和电阻R2之间。所述运算放大器U01A为四输入运算放大器TL084。所述运算放大器U02A为低功耗运算放大器MCP064。所述控制电路单元是由DSP控制器模块构成；所述DSP控制器模块内部自带12位A/D转换器，利用该转换器可实现对采样电路单元采集到的模拟量信号进行A/D转换；所述DSP控制器模块的输出端输出PWM信号，该信号将通过驱动电路单元传送给主电路单元，驱动三相PWM变流器。所述DSP控制器模块主要由DSP时序逻辑控制电路、光电码盘检测信号和通讯口隔离电路构成；所述DSP控制器模块采用TI公司的TMS320F2812DSP芯片。所述驱动电路单元主要是将接收的PWM驱动信号进行功率放大并传送给三相PWM变流器中的开关器件IGBT，以控制其导通或关断。所述三相PWM变流器能够工作在整流逆变状态，能够实现超导磁体和电网侧能量的双向流动，可以解耦控制风电场并网后注入电网的有功功率和无功功率；所述三相PWM变流器是三相电压型PWM变流器，其电路结构为常规连接。本技术的控制方法：⑴当风电场正常运行时，三相电流通过交流变压器和电抗器流入三相PWM整流器，将三相交流电变成直流电；⑵采样电路采集风机转速、三相电流和三相电压信号并经过前级处理电路送至控制电路单元，通过SVPWM算法控制来确定三相PWM变流器的交换功率；⑶三相PWM变流器输出的直流电通过滤波电容器，变成稳定的直流电压；⑷由滤波电容器输出的稳定的直流电压存留在超导线圈中，为超导线圈充电；⑸当风电场侧或者电网侧发生故障时，电压跌落或风机转速上升，此时，超导储能单元中的超导线圈放电，通过滤波电容器将电压变为合适PWM逆变器的电压；⑹由滤波电容器输出的电压在控制电路单元的控制下通过PWM变流器变成三相交流电回馈至电网，补偿电网中缺额的功率。本技术的工作原理：前级处理电路由电压传感器和电流传感器采集来的信号需要先经过前级调理电路处理后才能输入到TMS320F2812内部的A/D转换器。而TMS320F2812的ADC是单极性的，其输入电压范围为0～3V。所以，如果传感器输出的是直流信号，在送往ADC之前只需采用典型的二阶巴特沃思低通滤波器对其进行滤波放大处理。如果传感器输出的是交流信号，在滤波放大之前还必须经过电压抬升电路使其变为单极性信号。电压抬升电路实际上是一个用运算放大器构成的加法电路。光电码盘检测通道，安装在转子轴上的光电码盘用于检测转子位置角和转速，它发出的圈脉冲信号和齿脉冲信号经过光电隔离器后送入DSP的外中断引脚。通过对外中断计数。可以计算出转子转过的角度和转速。时序逻辑电路是一个译码电路，采用通用阵列逻辑(GAL)芯片GAL20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制风电场脱网的装置，其特征在于它包括主电路单元、采样电路单元、驱动电路单元和控制电路单元；其中，主电路单元是由风电场母线、电抗器、滤波电容器、交流变压器、低温系统、三相PWM变流器和超导储能单元组成；风机通过风电场母线与大电网相连；所述超导储能单元中通过三相PWM变流器变换为交流电后，再通过交流变压器与风电场母线相连，所述低温系统保证超导储能单元正常工作运行；所述主电路单元通过采样电路单元与控制电路单元连接；所述驱动电路单元的输出端连接主电路单元和控制电路单元。/n

【技术特征摘要】
1.一种抑制风电场脱网的装置，其特征在于它包括主电路单元、采样电路单元、驱动电路单元和控制电路单元；其中，主电路单元是由风电场母线、电抗器、滤波电容器、交流变压器、低温系统、三相PWM变流器和超导储能单元组成；风机通过风电场母线与大电网相连；所述超导储能单元中通过三相PWM变流器变换为交流电后，再通过交流变压器与风电场母线相连，所述低温系统保证超导储能单元正常工作运行；所述主电路单元通过采样电路单元与控制电路单元连接；所述驱动电路单元的输出端连接主电路单元和控制电路单元。


2.根据权利要求1所述一种抑制风电场脱网的装置，其特征在于所述超导储能单元中有超导线圈，是额定电压为10.5kV、系统储能量1MJ、输出功率0.5MVA、动态响应时间2ms、能量转换效率90％、电压波动2％、波形畸变率1％、功率因数0.95的超导储能磁体；所述超导储能磁体由低温系统保证其正常工作运行。


3.根据权利要求1所述一种抑制风电场脱网的装置，其特征在于所述采样电路单元是由电压采样电路模块、电流采样电路模块和风机转速采样电路模块三部分构成；所述采样电路单元实时采集风机的转速、风电场母线侧和大电网侧的电压电流，并于控制电路单元连接。


4.根据权利要求3所述一种抑制风电场脱网的装置，其特征在于所述采样电路单元中的电压采样电路模块、电流采样电路模块和风机转速采样电路模块选用以TI公司12位采样精度的ADS7817UC芯片为核心部件的电路结构。


5.根据权利要求1所述一种抑制风电场脱网的装置，其特征在于所述采样电路单元连接有前级调理电路，是由滑动电阻w0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、运算放大器U01A和运算放大器U02A构成；所述滑动电阻w0的一端与交流电源连接，另一端接地，其滑动端连接运算放大器U01A的正向输入端；所述运算...

【专利技术属性】
技术研发人员：马力，杨俊丰，董文琦，董超，岳巍澎，王斌，程东霞，周晓青，杨凯，才鸿飞，邢晨，
申请(专利权)人：国网新源张家口风光储示范电站有限公司，国家电网有限公司，
类型：新型
国别省市：河北;13