本實用新型屬于風力發電
技術領域：
，為無功補償裝置，是基于雙饋風電機組網側換流器或具有相似結構的風電場無功補償裝置。技術背景：由于我國電網消納風電的能力有限，風電場經常出現棄風現象。風電場在棄風時，經常會采用一部分機組停機，一部分機組工作的運行方式。若能將處于停機狀態的風電設備加以利用，則可以起到提高設備利用率的作用。雙饋風電機組的網側換流器、直流母線和電容的電路結構(如圖1中虛線包含區域所示)與電壓橋式靜止無功發生器(以下簡稱SVG)的電路結構相似，故可通過對虛線部分的電路和網側換流器的控制系統進行改進，將其改造成SVG使用。從而實現雙饋風電機組即可按常規方式運行，又可在風機停運情況下按SVG方式運行。這樣不僅可提高風電設備的利用率，又可以增加風電場中處于熱備用狀態的動態無功補償設備的容量，進而提高了風電場應對電網電壓波動的能力。技術實現要素：：發明目的：本實用新型的目的在于解決雙饋風電機組因棄風停機而導致的設備閑置問題。使雙饋風電機組在發電機停運時，可專門作為無功發生器為風電場進行無功補償，從而提高風電設備利用率。與此同時，還能起到增加風電場中處于熱備用狀態的動態無功補償設備的容量，提高風電場應對電網電壓波動能力的作用。技術方案：一種基于雙饋式風電機組網側換流器的風電場無功補償裝置，其該裝置包括直流母線、直流母線切換開關、直流母線電容、網側換流器、網側換流器的換流控制器、SVG控制器、雙饋風電機組控制系統和機側換流器；所述的直流母線一端與機側換流器相連，另一端與網側換流器相連，直流母線電容裝在機側換流器與網側換流器之間的位置，直流母線電容連接在兩條直流母線間，直流母線切換開關裝在正、負母線上機側換流器與直流母線電容之間，所述的網側換流器的換流控制器和SVG控制器并聯后一端與網側換流器連接，另一端與雙饋風電機組控制系統相連接，雙饋風電機組控制系統還與直流母線切換開關連接。機側換流器連接發電機，發電機連接風機葉輪，網側換流器連接箱式升壓變壓器，網側換流器還通過發電機定子功率輸出線連接至發電機。風機處于停機狀態時，網側換流器和直流母線電容配合組成靜止無功發生器。網側換流器配置了網側換流器的換流控制器和SVG控制器兩個功能不同的控制器。網側換流器作為靜止無功發生器時，網側換流器受SVG控制器控制。雙饋風電機組控制系統連接風電場主控系統。此外，兩個控制器還分別與雙饋風電機組的控制系統相連并受其控制。雙饋風電機組的控制系統根據機組運行狀態對網側換流器控制系統的工作方式進行選擇：當機組正常發電時，由換流控制器控制網側換流器運行，網側換流器工作于換流模式；當機組由于棄風導致停機時，斷開直流母線切換開關，由SVG控制器控制網側換流器運行，網側換流器工作于SVG模式。優點效果：本實用新型優點和積極效果為：1.本實用新型通過將網側換流器改造成SVG，使雙饋風電機組即可按常規方式運行，又可在風機棄風停機的情況下作為SVG使用。相應的增加了風電場處于熱備用狀態的動態無功補償設備的容量，提高了風電場應對電網電壓波動能力。2.本實用新型在改造費用不高的情況下，提高了風電機組網側換流器的利用率，可相應降低建設無功補償裝置的投資。附圖說明：圖1是本實用新型的雙饋風電機組主接線及控制原理圖。圖中：1—直流母線；2—直流母線切換開關；3—直流母線電容；4—網側換流器；5—換流控制器；6—SVG控制器；7—雙饋風電機組控制系統；8—風電場主控系統；9—機側換流器；10—葉輪；11—發電機；12—箱式升壓變壓器，13—發電機定子功率輸出線。具體實施方式：下面結合附圖對本實用新型作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護范圍。如圖1所示，一種基于雙饋式風電機組網側換流器的風電場無功補償裝置，該裝置包括直流母線1、直流母線切換開關2、直流母線電容3、網側換流器4、網側換流器的換流控制器5、SVG控制器6、雙饋風電機組控制系統7和機側換流器9；所述的直流母線1一端與機側換流器9相連，另一端與網側換流器4相連，直流母線電容3裝在機側換流器9與網側換流器4之間的位置，直流母線電容3連接在兩條直流母線間，直流母線切換開關2裝在正、負母線上機側換流器9與直流母線電容3之間，所述的網側換流器的換流控制器5和SVG控制器6并聯后一端與網側換流器4連接，另一端與雙饋風電機組控制系統7相連接，雙饋風電機組控制系統7還與直流母線切換開關2連接。機側換流器9連接發電機11，發電機11連接風機葉輪10，網側換流器4連接箱式升壓變壓器12，網側換流器4還通過發電機定子功率輸出線連接至發電機11。風機處于停機狀態時，網側換流器4和直流母線電容3配合組成靜止無功發生器。網側換流器配置了網側換流器的換流控制器和SVG控制器兩個功能不同的控制器。網側換流器4作為靜止無功發生器時，網側換流器受SVG控制器6控制。雙饋風電機組控制系統7連接風電場主控系統8。所述網側換流器的工作方式由雙饋風電機組控制系統7根據機組運行狀態進行選擇：當機組正常發電時，由換流控制器5按正常換流要求控制網側換流器運行，機組對外輸出有功功率和無功功率；當機組停止發電時，斷開直流母線切換開關2，切換為由SVG控制器6控制網側換流器運行，把網側換流器變為SVG向外輸出無功功率。對于網側控制器的具體控制策略為：雙饋風電機組由風電場主控系統設定當前的運行模式，根據運行模式切換網側換流器控制器并控制切換開關的開斷。所述的換流器控制器即為風電機組正常運行時使用的控制器。其控制方程如公式(1)所示：ud=(kip+ki1s)(idref-id)+ωsLgiq+ugduq=(kip+ki1s)(iqref-iq)-ωsLgididref=(kup+ku1s)(udcref-udc)---(1)]]>式中：Lg為網側換流器串聯的電感，ugd為電網電壓的直軸分量，ud、uq為網側換流器電壓的直軸、交軸分量，為網側換流器電流的直軸、交軸分量，ωs為同步角速度，kip為電流內環的比例調節增益，kil為電流內環的積分調節增益，kup為電壓外環的比例調節增益，kul為電壓外環的積分調節增益，角標中的帶有ref的量為某量的參考值。所述的SVG控制器為機組停機時網側換流器運行在SVG模式時使用的控制器。所述的SVG控制器中的控制策略包含：1)換流器控制方程如公式(1)所示；2)計算公式(1)中無功補償電流參考值的算法。所述的計算無功補償電流參考值的算法如下所述：首先判斷機組并網點電壓是否在要求的范圍以內。當雙饋風電機組并網點電壓在要求范圍內時，先由鎖相環得到機組并網點功率因數角并計算得到功率因數之后測得機組并網點電流的幅值Is。再由公式(2)求得三相靜止坐標系下的無功補償電流幅值的參考值Iref。式中：λref為機組并網點功率因數參考值，由風電場運行人員給定，給定后多固定不變。再由公式(3)得到三相靜止坐標系下無功補償電流的參考值iref。式中的由機端電壓同步信號cosωt求得，該信號由鎖相獲得。式中：為機組并網點的功率因數角參考值，由式(2)中的λref經反余弦求得。最后將三相靜止坐標系下的參考值經坐標變換變為兩相旋轉坐標系下的無功電流參考值iqref。當雙饋風電機組并網點電壓在要求范圍以外時，先由鎖相環得到機組并網點功率因數角并計算得到功率因數之后測得機組并網點電流的幅值Is。之后由公式(4)或公式(5)求得三相靜止坐標系下的無功補償電流幅值的參考值Iref。其中，公式(4)為電壓越上限時的計算公式，公式(5)為電壓越下限時的計算公式。式中：Us為機組并網點電壓的幅值；是系統電壓上限；是系統電壓下限。最后將三相靜止坐標系下的參考值經坐標變換變為兩相旋轉坐標系下的無功電流參考值iqref。若網側換流器運行在SVG模式而直流母線電容原有容量無法滿足網側換流器的損耗時，可按公式(6)對電容容量進行重新計算，并對直流母線電容進行更換。Cdc=KPdc_out[π3-arccos(1-α)]ωUN2(2α-α2)---(6)]]>式中：為母線電容輸出功率；α為母線電壓降落百分比；K為裕量系數，根據網側換流器的實際損耗情況而定。對雙饋風電機組換流器電路的改造，僅僅是增加一組直流母線切換開關，即使需要更換直流母線電容也僅僅是對容量的提升，不存在技術問題。而新增加的SVG控制器，也不存在設計與制造的難度。如果是新建風電場，可在設計時直接采用本技術。如果是老風電場，可在設備升級或更新時進行技術改造。盡管為說明目的公開了本實用新型的實施例和附圖，但是本領域的技術人員可以理解：在不脫離本實用新型及所附權利要求的精神和范圍內，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本實用新型的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內容。當前第1頁1 2 3