本实用新型专利技术公开了一种抑制风电场强迫功率振荡的飞轮储能装置，其特征是在风电场升压变压器的低压侧安装飞轮储能装置，飞轮储能装置包括飞轮、旋转电机、第一换流装置、第二换流装置、直流电容以及输出功率控制模块；风电场输出功率PWF接入输出功率控制模块的输入端，输出功率控制模块的输出信号分别接入第一换流装置和第二换流装置，通过第一换流装置和第二换流装置实现飞轮储能装置的输出功率调节，用以平抑风机塔影效应带来的三次功率脉动。本实用新型专利技术安装和维护方便，输出功率响应快，能有效降低风机发生强迫功率振荡的概率，提高风力发电系统的运行效率。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种抑制电力系统强迫功率振荡的装置，更具体地说是一种抑制风电场强迫功率振荡的飞轮储能装置。
技术介绍
近些年来，风力发电并网规模不断扩大，风能本身具有随机性、间歇性和波动性，大规模风电场并网运行对电力系统低频振荡特性的影响愈发显著。关于诱发电力系统低频振荡的机理，目前主要有负阻尼机理、分叉理论及混沌现象理论、强迫功率振荡机理等。负阻尼机理是对低频振荡产生原因研究得最早、理论最成熟并得到广泛接受的理论，按此理论设计的电力系统稳定器(PSS)对低频振荡起到了很好的抑制作用。分叉理论和混沌现象是近年来考虑电力系统非线性而提出的新理论，目前也取得了一定的研究成果。强迫功率振荡机理是指当系统受到外部周期性持续扰动时，其扰动频率与系统的自然振荡频率存在某种关系，因谐振而产生大幅度的电气振荡，当其处于低频区时表现为低频振。该理论近些年来引起了电力领域的广泛重视，成功地解释了系统正阻尼情形下发生的低频振荡等问题，取得了丰富的研究成果。由此可见，诱发电力系统强迫功率振荡的前提条件是存在一个周期性持续扰动的外部扰动源，并且扰动频率接近系统固有振荡频率。该扰动源主要存在于发电机侧和负荷侧两个方面，发电机侧主要有原动机功率扰动、励磁系统、调速系统等扰动，负荷侧主要是较大负荷的周期性功率波动。相对于传统的火电和水电发电机组，风力发电机组用以发电的风能资源具有更强的波动性，风速周期性扰动对于风机而言是一个外部扰动源，当其扰动频率接近或等于系统功率振荡的固有频率时，会引起大幅度的强迫功率振荡。随着大容量三桨叶水平轴风力机的发展，风力机塔架越来越高，叶片半径也越来越长，从而叶片在获取风速过程中受其空间位置的影响也愈加显著。这种影响主要体现在叶片经过塔架时，由于塔架对气流的阻碍，该叶片捕获的功率会出现明显下降，这种现象称为塔影效应。由于风力机叶片的空间位置两两相差120°，运行时叶片空间位置呈周期性变化，塔影效应会引起风力机机械转矩出现周期性波动，最终导致风电场产生三次脉动功率。变速风电机组在变速运行时，三次脉动频率与风速成正比，当转速达到最大转速后，风速继续增大而三次脉动频率保持恒定。故当风机运行在中、高风速范围时，由塔影效应引起的输出功率波动的频率恒定，易形成固定频率的周期波动；对于恒速风电机组，其三次脉动频率为恒定值，极易形成周期性波动的扰动源。目前，抑制强迫功率振荡最有效的方法是发现并消除扰动源。已有的一些研究通过变速风电机组自身的有功、无功控制，抑制风机三次功率脉动，并已取得了一些成果。考虑到大型风机系统是一个高阶非线性系统，其自身的控制已非常复杂，因此上述通过风机自身控制抑制三次功率脉动的策略将更加复杂，且其可靠性和鲁棒性有待进一步提高。
技术实现思路
本技术为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种抑制风电场强迫功率振荡的飞轮储能装置，通过在风电场升压变压器低压侧安装飞轮储能装置，利用飞轮储能装置的输出功率平抑风机塔影效应带来的三次功率脉动，从而消除风电场强迫功率振荡扰动源，降低由风电场引发电力系统强迫型低频振荡的风险。本技术为解决技术问题采用如下技术方案：本技术抑制风电场强迫功率振荡的飞轮储能装置的结构特点是：在风电场升压变压器的低压侧安装飞轮储能装置，所述飞轮储能装置包括：一飞轮，与旋转电机的转子连接，作为机械能储存部件；一旋转电机，能在发电机和电动机的两种运行状态之间进行切换，实现能量的双向传递；第一换流装置，其交流侧与旋转电机的定子相连，利用所述第一换流装置控制旋转电机的运行状态；第二换流装置，交流侧与风电场升压变压器的低压侧相连，用于控制向电网输送的有功功率的大小；一直流电容，并联在第一换流装置和第二换流装置的直流侧，用以保持直流电压幅值稳定；一输出功率控制模块，是由低通滤波器和加法器)组成，风电场输出功率PWF接入输出功率控制模块的输入端，输出功率控制模块的输出信号分别接入给第一换流装置和第二换流装置，通过第一换流装置和第二换流装置实现飞轮储能装置的输出功率调节，用以平抑风机塔影效应带来的三次功率脉动。本技术抑制风电场强迫功率振荡的飞轮储能装置的结构特点也在于：所述旋转电机采用恒功率控制方式，在飞轮储能装置储存能量时，第一换流装置不断升高输出电压的幅值和频率，施加的电磁转矩大于飞轮的机械转矩，使飞轮的转速逐渐增大，电能转化为飞轮的机械能进行储存，旋转电机工作在电动机状态；在飞轮储能装置释放能量时，第一换流装置不断降低输出电压的幅值和频率，施加的电磁转矩小于飞轮的机械转矩，使飞轮的转速逐渐减小，飞轮的机械能转化为电能释放到电网中，旋转电机工作在发电机状态。本技术抑制风电场强迫功率振荡的飞轮储能装置的结构特点也在于：所述飞轮选择轴承摩擦损耗较小的机械轴承类、电磁轴承类或磁悬浮轴承。本技术抑制风电场强迫功率振荡的飞轮储能装置的结构特点也在于：所述旋转电机为异步感应电机或永磁同步电机。本技术抑制风电场强迫功率振荡的飞轮储能装置的结构特点也在于：所述第一换流装置和第二换流装置采用矢量脉宽调制的控制方式，或采用空间矢量脉宽调制的控制方式。与已有技术相比，本技术有益效果体现在：1、本技术通过在风电场升压变压器低压侧安装飞轮储能装置，利用飞轮储能装置的输出功率平抑风机塔影效应带来的三次功率脉动，能够降低风机系统控制的复杂性，提高控制系统的可靠性和鲁棒性，提高风力发电系统的运行效率。2、本技术中飞轮储能设备寿命长、运行维护量小、环保无污染，可以得到广泛应用。附图说明图1为本技术飞轮储能装置安装示意图；图2为本技术飞轮储能装置输出功率计算模块原理图。图中标号：1风电场，2飞轮储能装置，3风电场升压变压器，4电网，5飞轮，6旋转电机，7第一换流装置，8直流电容，9第二换流装置，10输出功率控制模块，11低通滤波器，12加法器。具体实施方式参见图1，本实施例中抑制风电场强迫功率振荡的飞轮储能装置的结构形式是：在风电场升压变压器3的低压侧安装飞轮储能装置，飞轮储能装置2包括：飞轮5，与旋转电机6的转子连接，作为机械能储存部件；旋转电机6，能在发电机和电动机的两种运行状态之间进行切换，实现能量的双向传递；第一换流装置7，其交流侧与旋转电机6的定子相连，利用第一换流装置7控制旋转电机6的运行状态；第二换流装置9，交流侧与风电场升压变压器3的低压侧相连，用于控制向电网4输送的有功功率的大小；一直流电容8，其与第一换流装置7和第二换流装置9并联设置，用以保持直流电压幅值稳定；一输出功率控制模块10，是由低通滤波器11和加法器12组成，风电场1的风电场输出功率PWF接入输出功率控制模块10的输入端，输出功率控制模块10的输出信号分别接入给第一换流装置7和第二换流装置9，通过第一换流装置7和第二换流装置9实现飞轮储能装置2的输出功率调节，用以平抑风机塔影效应带来的三次功率脉动。具体实施中，相应的结构设置也包括：旋转电机6采用恒功率控制方式，在飞轮储能装置2储存能量时，第一换流装置7不断升高输出电压的幅值和频率，施加的电磁转矩大于飞轮5的机械转矩，使飞轮5的转速逐渐增大，电能转化为飞轮5的机械能进行储存，旋转电机6工作在电动机状态；在飞轮储能装置2释放能量时，第一换流装本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抑制风电场强迫功率振荡的飞轮储能装置，其特征是：在风电场升压变压器(3)的低压侧安装飞轮储能装置(2)，所述飞轮储能装置(2)包括：一飞轮(5)，与旋转电机(6)的转子连接，作为机械能储存部件；一旋转电机(6)，能在发电机和电动机的两种运行状态之间进行切换，实现能量的双向传递；第一换流装置(7)，其交流侧与旋转电机(6)的定子相连，利用所述第一换流装置(7)控制旋转电机(6)的运行状态；第二换流装置(9)，交流侧与风电场升压变压器(3)的低压侧相连，用于控制向电网(4)输送的有功功率的大小；一直流电容(8)，并联在第一换流装置(7)和第二换流装置(9)的直流侧，用以保持直流电压幅值稳定；一输出功率控制模块(10)，是由低通滤波器(11)和加法器(12)组成，风电场输出功率PWF接入输出功率控制模块(10)的输入端，输出功率控制模块(10)的输出信号分别接入给第一换流装置(7)和第二换流装置(9)，通过第一换流装置(7)和第二换流装置(9)实现飞轮储能装置(2)的输出功率调节，用以平抑风机塔影效应带来的三次功率脉动。
【技术特征摘要】
1.一种抑制风电场强迫功率振荡的飞轮储能装置，其特征是：在风电场升压变压器(3)的低压侧安装飞轮储能装置(2)，所述飞轮储能装置(2)包括：一飞轮(5)，与旋转电机(6)的转子连接，作为机械能储存部件；一旋转电机(6)，能在发电机和电动机的两种运行状态之间进行切换，实现能量的双向传递；第一换流装置(7)，其交流侧与旋转电机(6)的定子相连，利用所述第一换流装置(7)控制旋转电机(6)的运行状态；第二换流装置(9)，交流侧与风电场升压变压器(3)的低压侧相连，用于控制向电网(4)输送的有功功率的大小；一直流电容(8)，并联在第一换流装置(7)和第二换流装置(9)的直流侧，用以保持直流电压幅值稳定；一输出功率控制模块(10)，是由低通滤波器(11)和加法器(12)组成，风电场输出功率PWF接入输出功率控制模块(10)的输入端，输出功率控制模块(10)的输出信号分别接入给第一换流装置(7)和第二换流装置(9)，通过第一换流装置(7)和第二换流装置(9)实现飞轮储能装置(2)的输出功率调节，用以平抑风机塔影效应带来的三次功率脉动。2.根据权利要求1所述的抑制风...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈凡，谢毓广，计长安，罗亚桥，郑国强，高博，王小明，郭力，丁津津，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网安徽省电力公司电力科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。