[發明專利]一種具備可靠低電壓穿越能力的雙饋變流器

無效

• 申請號: 201210333921.0
• 申請日: 2012-09-11
• 公開（公告）號: CN102832641A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 王中;廖恩榮;黃曉輝;李志國;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;H02J3/18
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

技術領域

本發明設計一種具備完美低電壓穿越功能的雙饋風力發電機組變流器裝置，適用于雙饋風力發電機組。

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（GBT_19963-2011）為例：

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2s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。

d)?有功功率在故障清除后應快速恢復，自故障清除時刻開始，以至少10％額定功率/秒的功率變化率恢復至故障前的值。

e)?當風電場并網點電壓處于標稱電壓的20％～90％區間內時，風電場應能夠通過注入無功電流支撐電壓恢復；自并網點電壓跌落出現的時刻起，動態無功電流控制的響應時間不大于75ms，持續時間應不少于550ms。

風電場注入電力系統的動態無功電流IT≥1.5×（0.9-UT）IN?，（0.2≤UT≤0.9）。其中UT為風機機端并網點電壓有效值。

如附圖1所示，目前市場上絕大多數的雙饋變流器目前可以通過在轉子側加入有源Crowbar(Active?Crowbar)或直流母線加Chopper來使其具備LVRT能力，存在以下缺點：一是控制比較復雜，穿越過程中需要從電網吸收無功功率，風場電壓在恢復時存在的高電壓仍會使雙饋變流器故障脫網，特別在風場電壓不對稱跌落、雙饋發電機轉速接近同步速時不容易順利穿越。二是這種方案還需要風力發電機組主控系統和變槳系統的密切配合，要實現整個機組的低電壓順利穿越是一件很復雜的事情。三是這種方案在電網電壓跌落會對機械傳動系統造成較大的轉矩沖擊和震蕩，影響機械部分的使用壽命甚至導致損壞。四是在有功功率恢復速度、動態無功電流響應速度和無功電流容量方面都很難滿足GBT_19963-2011的要求。因此設計一種能夠保證雙饋風力發電機組能夠在任何電壓跌落情況下都能夠順利穿越的新型雙饋變流器，對于電網和機組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：針對目前傳統雙饋變流器在電網電壓跌落進行低電壓穿越時沖擊轉矩大、可靠性差等問題，提供一種新穎的使雙饋風電機組具有完美低電壓穿越能力的雙饋變流器和其控制方法,適用于各種雙饋發電機組。

本發明是這樣實現的：一種具備可靠低電壓穿越能力的新型雙饋變流器，設有A端口、B端口、C端口，其特征在于，雙饋變流器包括定子側動態耗能單元DPC、網側變流器GSC、機側變流器RSC、直流卸荷單元DBU、并網快速開關GK、暫態無功電流補償單元TSTATCOM（Transient?STATCOM）、AD/DC整流開關EK、網側濾波器LB和控制器KZQ；其中：

定子側動態耗能單元DPC、AC/DC整流開關EK的一端以及并網快速開關GK的一端通過A端口直接與雙饋發電機的定子連接；暫態無功電流補償單元TSTATCOM的交流端由B端口與電網側連接；網側變流器GSC的交流側經過濾波器LB通過B端口與電網連接，機側變流器RSC的交流側由C端口與雙饋發電機的轉子連接，網側變流器GSC與機側變流器RSC之間為公共直流母線，直流卸荷單元DBU位于公共直流母線上；并網快速開關GK?串接在A端口與B端口之間；AC/DC整流開關EK的交流端通過A端口與定子側連接，直流端與公共直流母線連接；

所述的定子側動態耗能單元DPC、網側變流器GSC和機側變流器RSC、直流卸荷單元DBU、并網快速開關GK、暫態無功電流補償單元TSTATCOM、AC/DC整流開關EK的工作狀態均受控于控制器KZQ。

????在本發明中，并網快速開關GK包括晶閘管或功率器件組合后的雙向交流開關DW，配有快速關斷電路，通過控制器KZQ進行電流檢測和保護。