一种基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越系统的制作方法

本发明涉及双馈风机并网运行，具体涉及一种基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越系统及方法。

背景技术：

1、随着风电、储能等绿色新能源大规模接入电网的同时，风电机组场站和电网之间的相互作用是不容忽视的。假设电力系统发生故障时，如果风电机组不考虑发生故障的类型和严重程度直接进行脱网，会对电网造成极大的危害。但是当新能源在电网中所占比例偏大时，电力系统的稳定性会因为风电的连续退出而遭受巨大的负面影响，从而危害系统的恢稳定性，甚至导致系统崩溃。所以从维护电力系统稳定运行的角度考虑，电力系统发生故障时，风电机组具备故障穿越能力很关键，是风电实现大规模并网需要具备的关键技术之一，并且双馈风机联合储能装置进行故障穿越也是目前研究的重点方向。当电力系统输电线路发生故障时，双馈风机出口处交流侧电压迅速降落，其定子电压与出口处的压差迅速降落在双馈风机的定子电阻上，导致定子故障电流在故障后毫秒之内快速上升至数倍额定电流，进而在双馈风机转子侧感应出过电流，使转子侧变流器无法正常对转子进行正常励磁控制，直接危害风机的正常运行。

2、目前大部分研究提到，双馈风机在增加硬件措施上进行故障穿越时，常采用传统的撬棒电路进行限制短路电流，但是投入撬棒电路后，双馈风机等同于异步电机，需从电网中吸收无功功率，不利于电网电压的恢复。双馈风机在改进控制策略上，常采用灭磁控制或无功指令电流补偿控制，但此类方法只适用于电压跌落较轻的情况，改进的控制策略仍需要和增加硬件相结合，共同完成风机的故障穿越。

3、因此，有必要提供一种双馈风机故障穿越方法，有效保证双馈风机在电网故障期间保护不脱网稳定运行。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越系统及方法，该系统及方法可以对双馈风机出口处的电压进行完全补偿，起到了双馈风机与故障隔离的作用，提高了双馈风机故障穿越的能力。

3、技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、本发明一种基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越系统，包括双馈风机、变压器、变流器、串联变压器和补偿装置，所述双馈风机的定子侧直接连接所述变压器，所述双馈风机的转子侧通过所述变流器连接所述变压器，所述变压器连入电网；其中，所述变压器与所述电网之间设置有所述串联变压器，所述串联变压器连接所述补偿装置，所述补偿装置包括并联的蓄电池和超导储能装置。

6、进一步地，所述变压器包括串联的第一变压器和第二变压器，所述第一变压器接入所述双馈风机，所述第二变压器接入所述电网，所述第一变压器和所述第二变压器之间设置有所述串联变压器。

7、进一步地，所述补偿装置还包括滤波模块和dc/ac变流器模块，所述dc/ac变流器模块用于控制所述补偿装置输出的补偿电流。

8、进一步地，所述变流器为电压源型变流器，通过转子侧变流器和电网侧变流器串联而成。

9、进一步地，还包括第一检测装置和第二检测装置，所述第一检测装置用于检测所述双馈风机出口处电压，所述第二检测装置用于检测所述电网侧电压。

10、基于同一发明构想，本发明还提供了一种基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越方法，使用上述任一项所述的基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越系统，包括如下步骤：当所述双馈风机并网后正常运行时，所述补偿装置通过所述串联变压器接入线路中挂网运行，所述补偿装置对外补偿电压为0，不提供功率支撑；当所述电网发生故障，并且所述双馈风机出口处电压发生跌落时，所述补偿装置采用有功补偿支撑，此时的所述补偿装置提供电压跌落的缺额电压，使得所述双馈风机出口处的电压幅值恢复至正常运行时的电压大小；当所述电网出现高电压情况时，所述补偿装置提供反向电压，使得所述双馈风机出口处的电压恢复至正常。

11、进一步地，采用所述dc/ac变流器进行解耦控制，并采用检测装置判断所述双馈风机出口处电压是否出现降落或者升高：如果检测到发生电压跌落，则借助所述超导储能装置对所述双馈风机出口处电压进行正向补偿；如果检测到发生电压升高，则借助所述蓄电池和所述超导储能装置对所述双馈风机出口处电压进行反向补偿。

12、进一步地，当电压恢复时，所述蓄电池和所述超导储能装置保持挂网运行，并对由风速波动引起的功率缺额或冗余进行平抑。

13、有益效果

14、本发明利用蓄电池和超导进行混合储能，使得该系统和方法可以在电网故障期间对双馈风机出口处的电压进行完全补偿，起到了双馈风机与故障隔离的作用，提高了风机故障穿越的能力；进一步地，在电网故障初期，该系统和方法可以利用超导储能响应的快速性对双馈风机出口处的故障电压继续迅速响应并补偿，由于超导储能的能量密度较低，因此在故障初期过后，转由电化学蓄电池储能进行大容量的功率支撑，以此有效的减弱电压降落对双馈风机的影响。

技术特征：

1.一种基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越系统，其特征在于，包括双馈风机、变压器、变流器、串联变压器和补偿装置，所述双馈风机的定子侧直接连接所述变压器，所述双馈风机的转子侧通过所述变流器连接所述变压器，所述变压器连入电网；其中，所述变压器与所述电网之间设置有所述串联变压器，所述串联变压器连接所述补偿装置，所述补偿装置包括并联的蓄电池和超导储能装置。

2.根据权利要求1所述的基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越系统，其特征在于，所述变压器包括串联的第一变压器和第二变压器，所述第一变压器接入所述双馈风机，所述第二变压器接入所述电网，所述第一变压器和所述第二变压器之间设置有所述串联变压器。

3.根据权利要求1所述的基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越系统，其特征在于，所述补偿装置还包括滤波模块和dc/ac变流器模块，所述dc/ac变流器模块用于控制所述补偿装置输出的补偿电流。

4.根据权利要求1所述的基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越系统，其特征在于，所述变流器为电压源型变流器，通过转子侧变流器和电网侧变流器串联而成。

5.根据权利要求1所述的基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越系统，其特征在于，还包括第一检测装置和第二检测装置，所述第一检测装置用于检测所述双馈风机出口处电压，所述第二检测装置用于检测所述电网侧电压。

6.一种基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越方法，其特征在于，使用如权利要求1-5任一项所述的基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越系统，包括如下步骤：当所述双馈风机并网后正常运行时，所述补偿装置通过所述串联变压器接入线路中挂网运行，所述补偿装置对外补偿电压为0，不提供功率支撑；当所述电网发生故障，并且所述双馈风机出口处电压发生跌落时，所述补偿装置采用有功补偿支撑，此时的所述补偿装置提供电压跌落的缺额电压，使得所述双馈风机出口处的电压幅值恢复至正常运行时的电压大小；当所述电网出现高电压情况时，所述补偿装置提供反向电压，使得所述双馈风机出口处的电压恢复至正常。

7.根据权利要求5所述的基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越方法，其特征在于，采用所述dc/ac变流器进行解耦控制，并采用检测装置判断所述双馈风机出口处电压是否出现降落或者升高：如果检测到发生电压跌落，则借助所述超导储能装置对所述双馈风机出口处电压进行正向补偿；如果检测到发生电压升高，则借助所述蓄电池和所述超导储能装置对所述双馈风机出口处电压进行反向补偿。

8.根据权利要求6所述的基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越方法，其特征在于，当电压恢复时，所述蓄电池和所述超导储能装置保持挂网运行，并对由风速波动引起的功率缺额或冗余进行平抑。

技术总结
本发明提供了一种基于蓄电池和超导混合储能的双馈风机故障穿越系统，包括双馈风机、变压器、变流器、串联变压器和补偿装置，所述双馈风机的定子侧直接连接所述变压器，所述双馈风机的转子侧通过所述变流器连接所述变压器，所述变压器连入电网；其中，所述变压器与所述电网之间设置有所述串联变压器，所述串联变压器连接所述补偿装置，所述补偿装置包括并联的蓄电池和超导储能装置。该系统可以对双馈风机出口处的电压进行完全补偿，起到了双馈风机与故障隔离的作用，提高了双馈风机故障穿越的能力。

技术研发人员：栗磊,梁亚波,牛健,赫嘉楠,曹云柱,王小立,刘海涛,尹亮,陈小乾,王放,李超
受保护的技术使用者：国网宁夏电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12