一种永磁直驱风机零过渡过程动态并网系统技术方案

一种永磁直驱风机零过渡过程动态并网系统，它包括风电机组、整流器、逆变器、滤波器、并网断路器，并网断路器与零过动态并网电力电子开关模块并联，所述零过动态并网电力电子开关模块包括电力电子开关、零过渡动态并网控制系统、信号系统，零过渡动态并网控制系统的数据口分别与电力电子开关以及信号系统连接，信号系统的数据输入口分别与并网断路器两侧连接，信号系统的数据输出口与逆变器连接。本发明专利技术能解决风机常规并网方式容易产生暂态过电流，并在系统侧电流中容易产生非周期分量的谐波电流的技术问题。

A permanent magnet direct drive wind turbine zero transition process dynamic grid system

A permanent magnet direct drive wind turbine zero transition process dynamic grid system, including wind turbine, rectifier, filter, inverter, grid connected circuit breaker, circuit breaker and zero dynamic grid power electronic switch module in parallel, the zero dynamic grid power electronic switch module comprises a power electronic switch, zero transition dynamic grid control system, signal system, zero transition dynamic grid control system data ports are respectively connected with power electronic switch and signal system connection, signal system data input port are respectively connected to both sides of the circuit breaker and the grid connected system, signal and data output port connected inverter system. The invention can solve the technical problem that the conventional wind way of the fan is easy to generate transient overcurrent, and the harmonic current of the non periodic component is easy to be generated in the current of the system side.

【技术实现步骤摘要】
一种永磁直驱风机零过渡过程动态并网系统
本专利技术属于风机与电力系统领域，具体为一种永磁直驱风机零过渡过程动态并网系统。
技术介绍
永磁直驱风机的结构图如图1所示，在永磁直驱风力发电机运行时，风力机不接齿轮箱，直接和发电机的永磁转子耦合，发电机的定子发出非工频的电压。风力机通过直接驱动同步交流电机产生电能，所以发电机机端输出电压和频率都会随着风速的改变而改变。发电机发出的非工频交流电，通过变频器和滤波器后变为工频交流电，即可并入电网系统。通过控制逆变器的触发脉冲，可以实现对逆变器输出电压的幅值、频率和相位的控制。风电机组常规并网方式原理图如图2所示，图中Uw、Rw、Lw分别为风电侧等效交流电压和等效阻抗，C为滤波器与无功补偿器的等效电容，Us、Rs、Ls分别为电网系统侧的等效交流电压和等效阻抗，Dwind为风电逆变器的闭锁开关，Dconnect为并网断路器，当风电机组满足同步并网条件进行并网时，并网断路器Dconnect闭合，由于滤波器和无功补偿器的等效电容C的重新充放电作用以及断路器内阻的影响，会造成并网点电压和系统侧电流的波动。这也是并网点电压会出现闪变，而且并网瞬间将从电网获取3至5倍额定电流的冲击电流的原因。对于大容量风电机组，滤波器和无功补偿器的等效电容更大，并网瞬间产生电网电压闪变和过电流冲击的问题也就更加显著。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种永磁直驱风机零过渡过程动态并网系统，它能解决风机常规并网方式容易产生暂态过电流，并在系统侧电流中容易产生非周期分量的谐波电流的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种永磁直驱风机零过渡过程动态并网系统，它包括风电机组、整流器、逆变器、滤波器、并网断路器，并网断路器与零过动态并网电力电子开关模块并联，所述零过动态并网电力电子开关模块包括电力电子开关、零过渡动态并网控制系统、信号系统，零过渡动态并网控制系统的数据口分别与电力电子开关以及信号系统连接，信号系统的数据输入口分别与并网断路器两侧连接，信号系统的数据输出口与逆变器连接。上述信号系统的数据输出口通过PWM对逆变器进行控制。在操作时，采用如下步骤，1)在闭锁开关闭合和断路器两侧的电压满足同期并网条件的前提下，零过渡并网装置中的信号系统根据系统参数计算零过渡并网时间点；2)零过渡并网控制系统结合并网时间点和同期并网条件对电力电子开关进行零过渡并网控制，使电力电子开关在零过渡并网时间点并网；3)并网电力电子开关闭合后，再控制断路器并网，实现机的零过渡并网。在步骤1)中，需要知道的电网参数主要包括滤波器电容值、系统侧电压和等效阻抗值。在步骤2)中，同期并网条件同期条件要求并网时并网断路器两侧的电压幅值、频率和相位一致。在步骤2)中，对逆变器进行PWM控制以实现风电侧输出电压与系统侧电压同步。它包括无功补偿器，所述滤波器4为π型滤波器，滤波器4和无功补偿器的等效电容C的电压U0,通过建立风机零过渡并网数学模型求解U0的值为U0*，当滤波器电容电压Uc＝U0*时，即为零过渡并网时间点。上述逆变器3与有功流向检测模块连接。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用风电机组零过渡动态并网方法，让风电机组在同时满足同期和零过渡并网条件时进行并网，电力系统不仅不会产生暂态过电流，而且系统侧电流中也不存在非周期分量的谐波电流。因此，零过渡动态并网方式在性能上比同期并网方式更为优越，对电力系统的安全稳定性更高，可以作为一种很好的风电机组并网方法；同时，采用在并网断路器两端并联一个快速开断的电力电子开关，运用零过渡条件检测和控制思想，在零过渡时间点闭合电力电子开关能达到零过渡动态并网的目的；本申请公开的技术方案适用于直驱型风机，对双馈异步风机的并网有指导意义，不考虑系统故障的并网情况。附图说明图1为现有技术中永磁直驱风机结构图；图2为现有技术中风电机组并网原理图；图3为本申请中风电机组零过渡动态并网总体结构图；图4为本申请中零过渡动态并网控制策略示意图；图5为本申请中风电机组动态并网电路图；图6为风电机组动态并网电路简化图；图7为本申请中零过渡动态并网仿真模型；图8为本申请中非同期并网时系统侧电压与电流波形；图9为本申请中同期并网时系统侧电压与电流波形；图10为本申请中同期并网系统侧电流FFT变换结果；图11为本申请中零过渡动态并网系统侧电压与电流波形；图12为本申请中零过渡动态并网系统侧电流FFT变换结果。具体实施方式如图3所示,永磁直驱风机零过渡过程动态并网系统，它包括风电机组1、整流器2、逆变器3、滤波器4、并网断路器5，并网断路器5与零过动态并网电力电子开关模块6并联，所述零过动态并网电力电子开关模块6包括电力电子开关7、零过渡动态并网控制系统8、信号系统9，零过渡动态并网控制系统8的数据口分别与电力电子开关7以及信号系统9连接，信号系统9的数据输入口分别与并网断路器5两侧连接，信号系统9的数据输出口与逆变器3连接。所述信号系统9的数据输出口通过PWM对逆变器3进行控制。如图4所示，操作时，采用如下步骤，1在闭锁开关闭合和断路器两侧的电压满足同期并网条件的前提下，零过渡并网装置中的信号系统根据系统参数计算零过渡并网时间点；2零过渡并网控制系统结合并网时间点和同期并网条件对电力电子开关进行零过渡并网控制，使电力电子开关在零过渡并网时间点并网；3并网电力电子开关闭合后，再控制断路器并网，实现机的零过渡并网。在步骤1中，需要知道的电网参数主要包括滤波器电容值、系统侧电压和等效阻抗值。在步骤2中，同期并网条件同期条件要求并网时并网断路器两侧的电压幅值、频率和相位一致。在步骤2中，对逆变器进行PWM控制以实现风电侧输出电压与系统侧电压同步。包括无功补偿器，所述滤波器4为π型滤波器，滤波器4和无功补偿器的等效电容C的电压U0,通过建立风机零过渡并网数学模型求解U0的值为U0*，当滤波器电容电压Uc＝U0*时，即为零过渡并网时间点。所述逆变器3与有功流向检测模块连接。永磁直驱同步风力发电机发出的非工频交流电，通过整流器和逆变器组成的变频器，再经过LC滤波器滤波，最后利用断路器接入到电网系统，可通过简化的并网电路图表示这个并网过程，如图5所示。图5中，Uw、Rw、Lw分别为风电侧等效交流电压和等效阻抗，C为滤波器与无功补偿器的等效电容，U、R、L分别为电网系统侧的等效交流电压和等效阻抗，S为并网断路器。对于风机侧，电力系统相当于无穷大系统，且电容器电压不能发生突变，则可将上述电路图做进一步简化。简化后的电路图如图6所示；如图6所示的R、L、C串联电路中，由于满足同期并网条件，t＝0_时滤波器电容已经充电，设电容C电压为U0。当t＝0时，并网开关S闭合，现分析t≥0+时并网点系统侧电压和电流，即电容电压、电感电流的变化规律。利用此变化规律，可以进一步分析，在满足同期的前提下风电并网时，滤波器中并联电容对并网点电压和系统侧电流的影响。t≥0+时，图6中电路的电压方程为：uL+uR+uC＝us(1)其中：us＝Umsin(ωt+φ)。将uR、uL、us代入上式可得：式(2)是一个以电容电压为待求量的二阶常系数线性非齐次方程，该方程的解由两部分组成：一个是特解uc’，另一个是齐次解uc”。通过计算可得t≥0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁直驱风机零过渡过程动态并网系统，它包括风电机组(1)、整流器(2)、逆变器(3)、滤波器(4)、并网断路器(5)，并网断路器(5)与零过动态并网电力电子开关模块(6)并联，其特征在于：所述零过动态并网电力电子开关模块(6)包括电力电子开关(7)、零过渡动态并网控制系统(8)、信号系统(9)，零过渡动态并网控制系统(8)的数据口分别与电力电子开关(7)以及信号系统(9)连接，信号系统(9)的数据输入口分别与并网断路器(5)两侧连接，信号系统(9)的数据输出口与逆变器(3)连接。

【技术特征摘要】
1.一种永磁直驱风机零过渡过程动态并网系统，它包括风电机组(1)、整流器(2)、逆变器(3)、滤波器(4)、并网断路器(5)，并网断路器(5)与零过动态并网电力电子开关模块(6)并联，其特征在于：所述零过动态并网电力电子开关模块(6)包括电力电子开关(7)、零过渡动态并网控制系统(8)、信号系统(9)，零过渡动态并网控制系统(8)的数据口分别与电力电子开关(7)以及信号系统(9)连接，信号系统(9)的数据输入口分别与并网断路器(5)两侧连接，信号系统(9)的数据输出口与逆变器(3)连接。2.根据权利要求1所述的永磁直驱风机零过渡过程动态并网系统，其特征在于：所述信号系统(9)的数据输出口通过PWM对逆变器(3)进行控制。3.根据权利要求1所述的永磁直驱风机零过渡过程动态并网系统，其特征在于：操作时，采用如下步骤，1)在闭锁开关闭合和断路器两侧的电压满足同期并网条件的前提下，零过渡并网装置中的信号系统根据系统参数计算零过渡并网时间点；2)零过渡并网控制系统结合并网时间点和同期并网条件对电力电子开关进行零过渡并网控制，使电力电...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖洒，任乔林，陈卫东，汤迎春，黄旦莉，肖蕾，陈黎，肖亚平，梅祖礼，刘恒，梅阳，余少华，王利军，程继军，
申请(专利权)人：孝感先源电力有限责任公司，国网湖北省电力公司孝感供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42