[發明專利]雙饋變速恒頻風力發電機組的低電壓穿越控制電路

有效

• 申請號: 200910068944.1
• 申請日: 2009-05-20
• 公開（公告）號: CN101895126A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 周玲玲;侯立軍;孟永慶;張新強
• 申請（專利權）人: 天津瑞能電氣有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

技術領域

本發明屬于風力發電領域，尤其是一種雙饋變速恒頻風力發電機組的低電壓穿越控制電路。

背景技術

近年來風力發電在全球得到了迅速發展，隨著風力發電裝機容量的不斷擴大，風力發電系統對電網的影響越來越大。當電網電壓降低一定值時，若大量風力發電機組切斷電網會導致系統潮流的大幅變化甚至可能引起大面積的停電，因而傳統的風力發電機組自動脫網的方法已經不再適合新的電網運行準則。為了使風力發電機組在電網電壓瞬間跌落時仍能保持并網，各國對風力發電系統的故障運行指標制定了相應的標準，雖然不同國家制定的標準不盡相同，但基本都規定了風力發電系統在電網故障期間不能隨意脫離電網，而且還要向電網發送一定的無功功率以幫助電網恢復正常運行。典型的風電場的低電壓運行特性曲線如圖5所示，這就要求風力發電機組具備低電壓穿越功能(LVRT)，即當電網故障或擾動引起風電場公共接入點電壓跌落時，在一定的時間和電壓跌落范圍內，風力發電機組仍然能夠不脫離電網，并向電網發出一定的無功功率以支撐電網電壓，保持不間斷并網運行，實現對風力發電機組設備的保護并維持電網的穩定性。

對雙饋變速恒頻風力發電機組而言，雙饋發電機定子與電網直接相連接，這種特殊的拓撲結構使變頻器僅能對發電機實施部分的控制，并且發電機定子電壓方程又具有欠阻尼特性，這樣在電網電壓瞬間跌落和恢復的過程中，必將在雙饋電機內部產生較大的電磁過渡過程，定子磁鏈不能迅速跟隨定子端電壓突變，從而會產生較大的暫態震蕩衰減分量和直流分量，由于積分量的減小，定子磁鏈轉速幾乎不發生變化，而轉子繼續旋轉，會產生較大的滑差，這樣便會引起轉子繞組的過壓、過流，同時轉子側電流的迅速增加會導致轉子逆變器直流母線電壓升高，發電機的有功和無功功率會產生振蕩。

由于雙饋發電機組中變頻器的功率器件耐壓和過流能力有限，很難承受雙饋電機在電網電壓跌落時的嚴重過渡過程。為了保護變頻器，同時滿足電力系統對雙饋發電機低電壓穿越的要求，目前主要采用主動式或有源撬棒保護電路(crowbar)，其基本電路結構如圖6所示，其在發電機轉子上配置IGBT，GTO等可關斷器件控制的轉子短路保護電路，當轉子電流超過一定設定值時，撬棒保護電路投入工作，轉子逆變器退出運行，為轉子側大電流提供旁路，達到限制電流，保護變頻器的目的，這種保護電路基本可以實現雙饋發電機組的LVRT運行，但其存在以下問題：1.由于發電機定子仍與電網連接，一旦撬棒保護電路動作，雙饋發電機成為普通異步電動機自由旋轉，將從電網吸收無功勵磁功率，不利于電網電壓的恢復，根據發電機的無功-電壓特性，當機端電壓下降超過一定范圍，發電機從電網吸收的無功功率隨電壓降低而急劇增大，由于系統無功電源的無功特性隨電壓降低而減小，則會出現因電網無功不足而使電網電壓進一步下降，嚴重時可能會導致電壓崩潰；2.電網恢復時的振蕩過程可能會出現更大的轉子電流，使撬棒保護電路重新工作，又從電網吸收大量的無功功率而導致電網振蕩過程加劇，不利于電網的恢復，甚至導致電網的進一步惡化而造成停電；3.由于電網不同跌落情況下轉子過流程度差異很大，則撬棒保護電路中很難選擇既能防止直流側過壓、又能有效抑制轉子側過電流的限流電阻。為了防止在電網電壓跌落時和crowbar動作期間能量在直流側積累造成直流側電壓升高而損壞直流側電容，可以在在直流母線側安裝如圖7所示的過壓泄放電路，用來保持電壓的穩定。綜上所述，雙饋變速恒頻風力發電機組的低電壓穿越控制電路普遍存在控制方式復雜、可靠性差、成本高等問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種雙饋變速恒頻風力發電機組的低電壓穿越控制電路，該低電壓穿越控制電路能夠保證雙饋發電機組低電壓穿越功能的實現及電網安全穩定，同時能夠迅速向電網發送無功功率，具有控制方式簡單、可靠，成本低廉的特點。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種雙饋變速恒頻風力發電機組的低電壓穿越控制電路，包括電網、雙饋發電機和雙饋變頻器，在電網和雙饋發電機的定子之間串聯第一三相交流開關，在雙饋發電機的轉子和雙饋變頻器的轉子側逆變器之間串聯第二三相交流開關，在雙饋變頻器的轉子側逆變器和雙饋變頻器的網側逆變器之間串聯第三三相交流開關。

而且，所述的第一、第二及第三三相交流開關為電流雙向電路結構。

而且，所述的第一、第二及第三三相交流開關采用的是電力電子開關器件。

而且，所述的電力電子開關器件為IGBT或GTO電力電子開關器件。

本發明的優點和積極效果是：