[發明專利]低電壓穿越智能功率控制單元及其應用

有效

• 申請號: 201010590880.4
• 申請日: 2010-12-16
• 公開（公告）號: CN102055207A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 王中;廖恩榮;李更生;李志國;黃曉輝;辛志遠
• 申請（專利權）人: 南京颶能電控自動化設備制造有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 孫忠浩

技術領域

本發明涉及一種低電壓穿越智能功率控制單元及其應用，尤其是針對不具有低電壓穿越功能的各類風力發電機設計的低電壓穿越智能功率控制單元。即適用于改造現有的異步風力發電機，也可適用于改進含有變頻器的雙饋型風力發電機。

背景技術

隨著風力發電的迅速發展，風電裝機容量不斷增大，在發電容量中所占的比例也不斷提高。當電力系統中風電裝機容量比例較大時，電力系統故障導致電壓跌落后，風電場切除會嚴重影響系統運行的穩定性。有研究表明，當風力發電機具有低電壓穿越(Low?Voltage?Ride?Through，LVRT)能力時，能提高整個電力系統的穩定性。因此世界上風電裝機比例較大的國家，如丹麥、德國、美國等頒布的風電并網規定中，都要求風電機組都具備LVRT能力，保證電力系統發生故障后風電機組能夠不間斷并網運行。

盡管各國對風電機組低電壓穿越能力的要求各不相同，但都包含如下幾個方面的內容，以我國頒布的風電場接入電力系統技術規定(Q/GDW392-2009)為例，在風電場接入電力系統的技術規定在明確要求：

a)風電場必須具有在電壓跌至20％額定電壓時能夠維持并網運行625ms的低電壓穿越能力；

b)風電場電壓在發生跌落后3s內能夠恢復到額定電壓的90％時，風電場必須保持并網運行；

c)風電場升壓變高壓側電壓不低于額定電壓的90％時，風電場必須不間斷并網運行。

目前我國的風電機組主要的類型有以下四種：恒速恒頻異步發電機組、有限變速異步發電機組、變速恒頻雙饋發電機組和變速恒頻直驅發電機組。其中恒速恒頻異步發電機組和有限變速異步發電機組本身不具備LVRT能力；變速恒頻雙饋發電機組目前可以通過在轉子側加入Crowbar來使其具備LVRT能力，不僅需要對主控制器和變槳控制器等設備做較大改動，而且控制比較復雜，在穿越過程中還需要從電網吸收無功功率；變速恒頻直驅發電機組由于系統中采用了全功率變頻器，實現LVRT相對比較簡單。

目前我國風電場中安裝的絕大多數風電機組都是恒速恒頻異步發電機組或者變速恒頻雙饋發電機組，而這些機組大多數都沒有低電壓穿越能力。因此對這些機組進行改造，使其具備低電壓穿越能力對于電網的穩定運行有著十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于：針對目前風力發電機并網運行中普遍存在的低電壓穿越能力差，尤其是恒速恒頻異步發電機組或者變速恒頻雙饋發電機組低電壓穿越能力差的實際問題，提供一種低電壓穿越智能功率控制單元及其應用。

本發明的目的是這樣實現的：一種低電壓穿越智能功率控制單元(Intelligent?Power?Control?Unit?for?Low?Voltage?Ride?Through，簡稱IPCU，下同)，其特征在于：

a)IPCU設有A端口、B端口和C端口，控制單元中還設有穿越瞬間穩定定子電壓及提供無功功率的內置輔助變頻器和吸收有功功率的可控有功負載；

b)所述A端口與所述B端口之間設有高速開關；

c)所述A端口與所述C端口之間設有內置輔助變頻器，其中，內置輔助變頻器的交流母線與所述A端口連接，直流側與所述C端口連接；

d)可控有功負載與內置輔助變頻器的直流輸出端連接，使內置輔助變頻器與可控有功負載依次串接在A端口與C端口之間；或自A端口通過三相橋式整流與可控有功負載連接，使內置輔助變頻器支路與可控有功負載支路并聯。

在本發明中：所述的可控有功負載由制動開關和制動電阻組成，所述的制動開關為絕緣門極雙極性晶體管IGBT。

在本發明中：所述三相橋式整流電路交流側設有LC濾波電路。

在本發明中：所述的高速開關為門極可關斷晶閘管GTO，或者配有關斷電路的晶閘管。

一種上述IPCU的應用，其特征在于：所述的A端口與風力發電機組定子繞組連接，所述的B端口與電網連接，所述的C端口與外接輔助變頻器的直流母線連接。

在IPCU的應用中，所述的外接輔助變頻器為連接電網的輔助變頻器，或雙饋風力發電機轉子側變頻器，或將連接電網的輔助變頻器和雙饋風力發電機轉子側變頻器的直流母線對接后的組合。

在IPCU的應用中：所述C端口和外接輔助變頻器直流母線之間設有電容。

在IPCU的應用中：并網開關設在A端口側，風力發電機組定子繞組通過并網開關與A端口連接。

本發明的優點在于：IPCU適用于各種類型風力發電機。采用IPCU之后，風力發電系統將具有以下優點：