本发明专利技术涉及容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统及其方法。包括电网、耦合变压器、双馈异步发电机、网侧变流器、转子侧变流器、直流侧电容，齿轮变速箱和风机；其中电网一路通过变压器直接与发电机相连，一路依次通过网侧变流器，直流侧电容和转子侧变流器与发电机相连，直流侧储能装置通过双向DC/DC变流器与直流侧电容相连，发电机通过齿轮变速箱与风力机相连。优点：在电网电压发生大幅度电压跌落时，提高了DFIG风力发电系统的低电压穿越能力，保证DFIG的不脱网运行；提高了DFIG风力发电系统在故障期间对电网电压的支撑能力；提出了减少DFIG实现低电压穿越对储能装置容量需求的措施，大幅度减少了储能装置的成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种双馈型风力发电机低电压穿越控制和减少储能装置容量的系统及控制方法，尤其是涉及。
技术介绍
安全,高效地利用风电成为解决能源危机最有前景的一种方式。在众多风力发电技术中，双馈型的风力发电系统(DFIG)以其灵活的最大功率追踪、有功功率和无功功率的解耦调节而成为现代风力发电的主流技术。由于DFIG的定子侧直接与电网相连，其对电网的扰动表现出很强的敏感性，当电网电压发生跌落时，定子磁链中将会感应出直流分量，在定子中产生过电流。由于定子与转子的电磁耦合，转子中也将产生转子过电流。转子侧过电流会损坏转子侧变流器和危及直流侧电容的安全。为了保护转子侧变流器和直流侧电容，保护系统自动将DFIG与电网隔离。随着风力发电比例的增加，电网导则要求并网风电机组具备低电压穿越能力，要求风电机组在发生短路故障的一段时间内不脱网运行。在各种低电压穿越技术中，基于主动式crowbar保护的低电压穿越技术是DFIG机组广泛采用的技术。当电网发生故障时，crowbar电路短接转子电路并闭锁转子侧变流器触发脉冲，转子侧变流器与发电机转子隔离开来，进而保护转子侧变流器和直流侧电容。然而，采用crowbar保护技术，DFIG在故障期间做感应发电机组运行，须从系统吸收大量的无功功率，必将进一步恶化电网电压，有可能诱发更严重的电网失稳事故。考虑到crowbar技术的缺点，国内外学者提出了多种改进的低电压穿越技术。这些技术通过改进转子侧变流器控制策略和网侧变流器控制策略来限制转子侧的过电流和直流侧电容的过电压。但是这些改进的控制策略由于其复杂性很难进行工业应用，或者由于其算法对控制参数的依赖性致使其鲁棒性不强。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术存在的一些问题；提供了一种在电网电压发生大幅度电压跌落时，能大幅度的抑制转子侧的过电流和直流侧电容的过电压，提高DFIG的低电压穿越能力，保证DFIG的不脱网运行的储能型低电压穿越控制系统设计方法。本专利技术还有一目的是提高了 DFIG在故障期间对电网电压的支撑能力。同时提出了减少DFIG实现低电压穿越对储能装置容量需求的措施，大幅度减少了储能装置的成本。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统，其特征在于，包括电网、耦合变压器、双馈异步发电机、网侧变流器、转子侧变流器、直流侧电容，齿轮变速箱和风力机；其中电网一路通过变压器直接与发电机相连，一路依次通过网侧变流器，直流侧电容和转子侧变流器与发电机相连，直流侧储能装置通过双向DC/DC变流器与直流侧电容相连，发电机通过齿轮变速箱与风机相连。本专利技术创造性的通过双向DC-DC变流器将储能装置连接在DFIG的直流侧，当检测到电网电压跌落时，通过储能装置吸收捕获的风功率和输送到电网的功率之间的不平衡功率，维持直流侧电压的稳定和保护直流侧电容与转子侧变流器的安全，实现DFIG的低电压穿越运行。同时，在故障过程中，网侧变流器的全部容量用来向电网注入无功功率，以提高DFIG对电网电压的支撑能力。此外，在故障过程中，通过加速发电机转子转速将一部分的不平衡功率转化为DFIG风力发电机系统的惯性动能，以及增大风力机的桨距角以减少风力机捕获的风能，进而减少故障过程中实现DFIG风力发电系统低电压穿越所需的储能容量在上述的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统中，所述网侧变流器和转子侧变流器均包括一个电压源型的变流器，所述电压源型的变流器由三个桥臂构成，每个桥臂包括上桥臂和下桥臂；上桥臂和下桥臂均包括一个全控型可关断器件以及与全控型可关断器件串联的续流二极管。在上述的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统中，所述的双向DC/DC变流器包括两个全控型可关断器件、两个续流二极管、电感以及电阻；其中一个全控型器件一路与另一个全控型器件串联，另一路与所述电感以及电阻串联后连接储能装置。在上述的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统中，所述风力机组件包括风力机、控制风力机桨距角的桨距角伺服机械执行机构以及给桨距角伺服机械执行机构传输控制信号的桨距角控制系统在上述的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统中，所述的储能装置采用超级电容器或超导磁储能或电池储能系统的任意一种。一种容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1，在正常运行情况下，储能装置、网侧变流器控制器、转子侧变流器控制器和风力机桨距角控制器运行于稳态控制模式，同时不断检测双馈风力发电机机端电压Us ；步骤2，当检测到双馈风力发电机机端电压跌落到其额定电压的O 80%时，储能装置、网侧变流器控制器、转子侧变流控制器和风力机桨距角控制器由稳态控制模式进入暂态控制模式。(上述装置都同时由稳态控制模式进入暂态控制模式)步骤3，在检测到双馈发电机机端电压恢复到其额定电压的90%以上时，储能装置、转子侧变流器、网侧变流器和桨距角控制系统进入正常运行控制模式储能装置停止对直流侧电压的调节；桨距角控制系统重新调节风力机桨距角到最佳位置；转子侧变流器调节发电机转子转速到最佳转速；网侧变流器控制直流侧电压的稳定。在上述的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制方法中，所述的步骤2中，储能装置、网侧变流器控制器、转子侧变流器控制器和风力机桨距角控制器由稳态控制模式进入暂态控制模式的具体方法如下储能装置的暂态控制模式储能装置通过双向DC/DC变流器吸收风力机捕获的风功率与DFIG风力发电系统向电网输送的功率之间的不平衡功率，限制转子侧的过电流和直流侧电容两端的过电压，维持直流侧电压的稳定网侧变流器的暂态控制模式将网侧变流器的全部容量用来向电网发送无功功率。转子侧变流器的暂态控制模式即触发风力机桨距角的暂态控制模式，具体方法是通过转子侧变流器加速发电机转子转速，将部分的不平衡功率存储为DFIG风力发电系统的惯性旋转动能中；风力机桨距角控制器的暂态控制模式:即通过风力机伺服机构增大桨距角，减少风力机捕获的风功率。因此，本专利技术具有如下优点:1.在电网电压发生大幅度跌落时，能大幅度的抑制转子侧的过电流和直流侧电容的过电压，提高双馈型风力发电系统的低电压穿越能力，保证DFIG的不脱网运行；2.提高了 DFIG风力发电机在故障期间对电网电压的支撑能力。3.减少了 DFIG实现低电压穿越对储能装置容量的需求，大幅度减少了储能装置的成本。附图说明附图1是DFIG-ESS的结构附图2是电压源型VSC结构图附图3是基于非隔离型Buck-Boost电路的DC/DC变换器附图4是DC/DC变换器的控制框图附图5是暂态故障期间的GSC控制器附图6是暂态故障期间的RSC控制器附图7是桨距角一定和风速一定下风力机Cp-W曲线附图8是风能利用系数随转子`转速和桨距角变化曲线附图9 是不同运行状况下 Cp—t 曲线:(1)(1β !/(It1)Cl^ 2/dt2, dw/(It^dw2/dt2; (2)(I^1/Clt1=Cl β Jdt2, Clw1/Clt1Mw3/dt3附图10是改进的桨距角控制器附图11是测试系统的示意图附图12a是方法A和方法B的DFIG-ESS暂态响应中直流侧电容电压变化附图12b是方法A和方法B的DFIG-ESS暂态响应中转子电流变化附图12c是方本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统，其特征在于，包括电网、耦合变压器、双馈异步发电机、网侧变流器、转子侧变流器、直流侧电容，齿轮变速箱和风力机组件；其中电网一路通过变压器直接与发电机相连，一路依次通过网侧变流器，直流侧电容和转子侧变流器与发电机相连，直流侧储能装置通过双向DC/DC变流器与直流侧电容相连，发电机通过齿轮变速箱与风力机相连。
【技术特征摘要】
1.一种容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统，其特征在于，包括电网、耦合变压器、双馈异步发电机、网侧变流器、转子侧变流器、直流侧电容，齿轮变速箱和风力机组件；其中电网一路通过变压器直接与发电机相连，一路依次通过网侧变流器，直流侧电容和转子侧变流器与发电机相连，直流侧储能装置通过双向DC/DC变流器与直流侧电容相连，发电机通过齿轮变速箱与风力机相连。2.根据权利要求1所述的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统，其特征在于，所述网侧变流器和转子侧变流器均包括一个电压源型的变流器，所述电压源型的变流器由三个桥臂构成，每个桥臂包括上桥臂和下桥臂；上桥臂和下桥臂均包括一个全控型可关断器件以及与全控型可关断器件串联的续流二极管。3.根据权利要求2所述的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统，其特征在于，所述的双向DC/DC变流器包括两个全控型可关断器件、两个续流二极管、电感以及电阻，其中一个全控型器件一路与另一个全控型器件串联，另一路与所述电感以及电阻串联后连接储能装置。4.根据权利要求2所述的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统，其特征在于，所述风力机组件包括风力机、控制风力机桨距角的桨距角伺服机械执行机构以及给桨距角伺服机械执行机构传输控制信号的桨距角控制系统。5.根据权利要求2所述的容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制系统，其特征在于，所述的储能装置采用超级电容器或超导磁储能或电池储能系统的任意一种。6.一种容量最优的储能型双馈风机低压穿越控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I，在正常运行情况下，储能装...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙元章，沈阳武，柯德平，许梁，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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