[發明專利]用于實現風力發電機組低電壓穿越的裝置

有效

• 申請號: 200710021839.3
• 申請日: 2007-04-30
• 公開（公告）號: CN101299540A
• 公開（公告）日: 2008-11-05
• 發明（設計）人: 王偉;曾繼倫;王彤
• 申請（專利權）人: 國網南京自動化研究院;南京南瑞集團公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J9/06;H02P9/04
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司
• 代理人: 牛莉莉

技術領域

本發明涉及一種用于實現風力發電機組低電壓穿越的裝置。?

背景技術

隨著風電機組單機容量的增大，風能正在成為電力系統廣泛應用的能源之一。為了可靠地向電網供電，風電機組要嚴格滿足電網的接入要求。特別是低電壓穿越(簡稱LVRT，下同)通常要求電網電壓跌落在預定范圍內的時候，風電機組不能與電網解列，并且風電機組在此過程中要能提供無功以支持電網電壓恢復。?

按照LVRT要求，如圖1示出了電壓波動與時間的關系曲線，在電網電壓跌落到某一幅值時，風電機組能否跳機，以及與電網維持連接多長時間方可跳機都有明確規定。?

風力發電機組有多種結構方式，最為常見的是雙饋式和直驅式風電機組。如圖2所示，為雙饋式風力發電機組的電路結構示意圖(以下說明以此方式機組為例)，它包括：槳葉PI，發電機GE，變槳系統PS(含變槳控制器、變槳驅動電機及其驅動控制系統)，齒輪箱GB，變流器系統CS，風機主控系統TS，變壓器TR，濾波器FL，低壓配電盤LVDP以及其它組件等。風能作用于槳葉PI，槳葉PI旋轉通過齒輪箱GB升速，將能量傳遞到發電機轉子。根據機電轉換原理，發電機定子側產生電能。圖2中GR為電網。?

風機主控系統TS完成對機組整機的控制，它監視風速和發電機轉速，驅動變槳系統PS控制槳距角，調節最優的葉尖速比，保持合適的轉速運行，并向變流器系統CS中的變流器控制器CC發出指令，調節轉子勵磁、控制機組與電網的同步連接。在一個實施例中，風機主控系統TS采用可編程邏輯控制器(PLC)實現，也可以采用其它控制器實現。此外，風機主控系統?TS還與系統傳感器SE相連，系統傳感器SE提供各部分的實時運行狀態，如轉子速率和發電機輸出電壓等，風機主控系統TS根據檢測的信息來判斷并處理各種事故。?

變流器系統CS(如圖3所示)包括轉子側變流器CR、網側變流器CG、變流器控制器CC及Crowbar保護回路。其中，用于風力發電機組的背靠背變流器CR&CG在本領域是已知的，并且多種結構方式均可使用。轉子側變流器CR連接到發電機GE，網側變流器CG連接電網GR，Crowbar保護回路與發電機轉子的輸出相連，變流器控制器CC與轉子側變流器CR相連，以接收指示轉子側變流器的電流、電壓數據，并且變流器控制器CC與Crowbar保護回路相連，根據所測得的數據，啟動或停止Crowbar保護電路，對發電機GE和變流器CR&CG進行分流，以確保電流、電壓在容許的范圍內。?

變壓器TR是使風電機組輸出的電壓等級與本地電網電壓相匹配。?

濾波器FL通常采用“L-C-L”型結構或者“L-C”型結構。其中L表示濾波電抗器、C表示濾波電容。根據不同類型機組的需要，濾波器可以放置在發電機組轉子側也可以放置在機組定子側，以改善輸出電能的質量。?

正常運行時，由電網GR向變流器CR&CG、低壓配電盤LVDP及其他組件供電。LVDP包含變壓器，主要作用是將電網電壓轉化為風電機組使用的各種等級的電壓，如120V、230V、400V等(根據需要也可以提供其它等級電壓)，分別向以下各子系統供電，包括變槳系統、變流器系統、偏航系統、風機主控系統，各種潤滑和冷卻系統，以及不間斷電源UPS、電力插座、照明、加熱器和其他各種設備等。?

若電網電壓發生波動，當電壓跌落到額定電壓的90％或90％以上值時，由于電網電壓還可以繼續通過低壓配電盤LVDP向各子系統供電來維持各相關控制組件的正常工作，仍然可以滿足與電網連接和同步的要求。但是，當電壓降到額定電壓的90％以下或發生更為劇烈的電壓波動時，發電機組無法向電網輸送電能，此時風電機組子系統也無法正常地從電網電壓?獲得充足的電能，導致各子系統不能正常工作。為了在LVRT要求范圍內維持機組正常運行，或者在超出LVRT要求范圍時控制機組安全停機，需要利用備用電源，在電網電壓跌落期間為機組子系統供電。?

過去，電網出現比較輕微的故障，就允許風電機組跳閘退出運行。機組一般采用幾個獨立的電池組，作為子系統(特別是關鍵組件如變槳系統、變流器系統、風機主控系統等)的備用電源。由于備用電源能量有限，僅能保證關鍵的保護組件正常工作，使機組安全停機，而不能滿足LVRT要求。以變槳系統為例，在電壓跌落期間，變槳系統從LVDP供電方式切換到由備用電源供電的方式，控制槳距角使槳葉順槳，保護機組安全退出運行后，斷開變槳系統與備用電源的連接。?