用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种用磁控电抗器提高风力发电系统低电压 穿越的系统及方法。
【背景技术】
[0002] 风力发电是清洁能源，近年来，风力发电系统得到快速发展。低电压穿越，指在风 力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持低电压穿越并网，甚至向电网提供一定的 无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而"穿越"这个低电压时间（区域）。低 电压穿越是对并网风机在电网出现电压跌落时仍保持并网的一种特定的运行功能要求。 要求风力发电系统具有较强的低电压穿越（LVRT)能力。CN103078349A，CN104362669A， CN104410098A等专利提出各种双馈风力发电机系统及低电压穿越控制方法，这些方法，都 是对风力发电机自身的控制系统进行改进。由于风力发电机自身的控制系统要实现多种控 制目标，众多目标很难在一套控制系统中实现协调一致，控制特性很难实现优化。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种用磁控电抗器提高风力发电系统 低电压穿越的系统及方法，通过在风力发电系统与电力系统主电网连接线上串联磁控电抗 器，在风力发电机系统外部，解决风力发电系统低电压穿越的控制方法。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0005] 用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的系统，包括磁控电抗器，所述磁控 电抗器的一端连接风力发电系统的输出端，另一端通过连接并网母线接入电力系统主电 网；
[0006] 所述磁控电抗器受控制电路I的控制，电抗值在Zniil^ Z _之间变化，Z _是磁控 电抗器的最小电抗值，Zmax是为磁控电抗器的最大电抗值，所述磁控电抗器的控制端连接控 制电路I的输出端，所述控制电路I的输入端连接电压互感器的二次侧，所述电压互感器的 一次侧接并网母线，控制电路I通过电压互感器获得并网母线的电压值。
[0007] 所述磁控电抗器为串联型磁控电抗器，包括磁控电抗器端子I、磁控电抗器端子 II、磁控电抗器闭环铁芯及控制电路II ;所述磁控电抗器闭环铁芯包括四根铁芯柱，铁芯 柱两端有磁轭连通四根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环；其中一根铁芯 柱上有交流线圈Ll和直流线圈L3,另一根铁芯柱上有交流线圈L2和直流线圈L4 ;
[0008] 所述交流线圈Ll同名端连接磁控电抗器端子I，交流线圈Ll异名端连接交流线圈 L2同名端，交流线圈L2异名端连接全桥整流电路D3的一个输入端，全桥整流电路D3的另 一个输入端连接磁控电抗器端子Π ，全桥整流电路D3的两个输出端分别连接直流线圈L3 与直流线圈L4的异名端，直流线圈L3与直流线圈L4的同名端连接在一起；一对反向并联 的晶闸管Dl和晶闸管D2并联于全桥整流电路的两个输入端之间；晶闸管Dl和晶闸管D2 的控制端连接控制电路Π 的输出端；晶闸管Dl和晶闸管D2都受控制电路II的控制；控制 电路π的输入端连接控制电路I的输出端，受控制电路I控制。
[0009] 所述交流线圈Ll与交流线圈L2的匝数相等，直流线圈L3与直流线圈L4的匝数 相等。
[0010] 所述交流线圈Ll与交流线圈L2的匝数是相同电压等级变压器一次线圈匝数的 1/2 ;所述直流线圈L3与直流线圈L4的匝数是交流线圈Ll的2倍。
[0011] 用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的方法，风力发电系统与电力系统主 电网正常运行时，母线的电压值U3为正常额定电压Un，控制电路I控制磁控电抗器的电抗 值为最小值Zmin;
[0012] 电力系统主电网发生短路故障，当控制电路I监测到母线的电压值U3在Un~ 0. 5Un时，控制电路I保持磁控电抗器的电抗值为Zniin;
[0013] 当电力系统主电网发生短路故障，当控制电路I监测到母线的电压值U3在?~ 0. 5Un之间时，控制电路I控制磁控电抗器的电抗值在Zniil^ Z _之间。
[0014] 母线的电压值U3在0~0. 5Un之间时，控制电路I控制磁控电抗器的电抗值Z按 以下控制曲线方程实现：
[0015]
【主权项】
1. 用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的系统，其特征是，包括磁控电抗器，所 述磁控电抗器的一端连接风力发电系统的输出端，另一端通过连接并网母线接入电力系统 主电网； 所述磁控电抗器受控制电路I的控制，电抗值在Zmi。~Z之间变化，Zmi。是磁控电抗 器的最小电抗值，Zm"是为磁控电抗器的最大电抗值，所述磁控电抗器的控制端连接控制电 路I的输出端，所述控制电路I的输入端连接电压互感器的二次侧，所述电压互感器的一次 侧接并网母线，控制电路I通过电压互感器获得并网母线的电压值。
2. 如权利要求1所述用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的系统，其特征是， 所述磁控电抗器为串联型磁控电抗器，包括磁控电抗器端子I、磁控电抗器端子II、磁控电 抗器闭环铁巧及控制电路II;所述磁控电抗器闭环铁巧包括四根铁巧柱，铁巧柱两端有磁 辆连通四根铁巧柱，任何两根铁巧柱都能够相互构成磁通闭环；其中一根铁巧柱上有交流 线圈L1和直流线圈13,另一根铁巧柱上有交流线圈L2和直流线圈L4 ; 所述交流线圈L1同名端连接磁控电抗器端子I，交流线圈L1异名端连接交流线圈L2 同名端，交流线圈L2异名端连接全桥整流电路D3的一个输入端，全桥整流电路D3的另一 个输入端连接磁控电抗器端子II，全桥整流电路D3的两个输出端分别连接直流线圈L3与 直流线圈L4的异名端，直流线圈L3与直流线圈L4的同名端连接在一起；一对反向并联的 晶闽管D1和晶闽管D2并联于全桥整流电路的两个输入端之间；晶闽管D1和晶闽管D2的 控制端连接控制电路II的输出端；晶闽管D1和晶闽管D2都受控制电路II的控制；控制电 路II的输入端连接控制电路I的输出端，受控制电路I控制。
3. 如权利要求2所述用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的系统，其特征是， 所述交流线圈L1与交流线圈L2的应数相等，直流线圈L3与直流线圈L4的应数相等。
4. 如权利要求2或3所述用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的系统，其特征 是，所述交流线圈L1与交流线圈L2的应数是相同电压等级变压器一次线圈应数的1/2 ;所 述直流线圈L3与直流线圈L4的应数是交流线圈L1的2倍。
5. 基于权利要求1所述用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的系统的方法， 其特征是，风力发电系统与电力系统主电网正常运行时，母线的电压值U3为正常额定电压 化，控制电路I控制磁控电抗器的电抗值为最小值Zmi。； 电力系统主电网发生短路故障，当控制电路I监测到母线的电压值U3在化~0. 5化 时，控制电路I保持磁控电抗器的电抗值为Zmi。； 当电力系统主电网发生短路故障，当控制电路I监测到母线的电压值U3在0~0. 5化 之间时，控制电路I控制磁控电抗器的电抗值在Zmi。~Z之间。
6. 如权利要求5所述用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的方法，其特征是， 母线的电压值U3在0~0. 5化之间时，控制电路I控制磁控电抗器的电抗值Z按W下控制 曲线方程实现：
其中；Zmi。是磁控电抗器的最小电抗值，Zm"是为磁控电抗器的最大电抗值，化是母线 额定电压值，U3是母线实际电压测量值。
7. 如权利要求6所述用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的方法，其特征是， 所述磁控电抗器为串联型磁控电抗器，包括磁控电抗器端子I、磁控电抗器端子II、磁控电 抗器闭环铁巧及控制电路II;所述磁控电抗器闭环铁巧包括四根铁巧柱，铁巧柱两端有磁 辆连通四根铁巧柱，任何两根铁巧柱都能够相互构成磁通闭环；其中一根铁巧柱上有交流 线圈L1和直流线圈13,另一根铁巧柱上有交流线圈L2和直流线圈L4 ; 所述交流线圈L1同名端连接磁控电抗器端子I，交流线圈L1异名端连接交流线圈L2 同名端，交流线圈L2异名端连接全桥整流电路D3的一个输入端，全桥整流电路D3的另一 个输入端连接磁控电抗器端子II，全桥整流电路D3的两个输出端分别连接直流线圈L3与 直流线圈L4的异名端，直流线圈L3与直流线圈L4的同名端连接在一起；一对反向并联的 晶闽管D1和晶闽管D2并联于全桥整流电路的两个输入端之间；晶闽管D1和晶闽管D2的 控制端连接控制电路II的输出端；晶闽管D1和晶闽管D2都受控制电路II的控制；控制电 路II的输入端连接控制电路I的输出端，受控制电路I控制。
8. 如权利要求7所述用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的方法，其特征是， 所述交流线圈L1与交流线圈L2的应数相等，直流线圈L3与直流线圈L4的应数相等。
9. 如权利要求7或8所述用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的系统，其特征 是，所述交流线圈L1与交流线圈L2的应数是相同电压等级变压器一次线圈应数的1/2 ;所 述直流线圈L3与直流线圈L4的应数是交流线圈L1的2倍。
10. 如权利要求7所述用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的方法，其特征是， 所述控制电路II控制晶闽管D1和晶闽管D2全导通时，磁控电抗器的电抗为最大电抗 值Zmax; 当控制电路II控制晶闽管D1和晶闽管D2全截止时，磁控电抗器的电抗为最小值Zmin; 当控制电路II控制晶闽管D1和晶闽管D2导通角的大小，能够控制直流线圈L3和直 流线圈L4中直流电流的大小；从而控制磁控电抗器的电抗值在Zmi。~Zm"之间调节。
【专利摘要】本发明公开了用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的系统及方法，风力发电系统与电力系统主电网连接线上串联磁控电抗器，磁控电抗器受控制电路I控制，控制电路I通过电压互感器获得并网母线的电压值；母线的电压值U3为正常额定电压Un，控制磁控电抗器的电抗值为最小值Zmin；当母线的电压值U3在Un～0.5Un时，保持磁控电抗器的电抗值Zmin；母线的电压值U3在0.5Un～0之间时，控制磁控电抗器的电抗值在Zmin～Zmax之间。不需要对双馈风力发电机自身控制系统增加新的控制目标和电路，解决了风力发电系统低电压穿越的问题。控制方法可使风力发电系统低电压穿越的能力优化。解决问题方法简单、可靠。
【IPC分类】H02J3-38, H02P9-04
【公开号】CN104795839
【申请号】CN201510203178
【发明人】宋继中, 姜吉平, 程法民, 司君诚, 李文杰, 田野, 西文藻, 伦晓娟, 刘静利
【申请人】国家电网公司, 国网山东省电力公司东营供电公司, 山东大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月24日