[發(fā)明專利]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置、系統(tǒng)及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310403016.2
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN103441530A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅成;盛建科;胡佑群;劉志星;王躋;邢云龍
• 申請（專利權(quán)）人: 南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所 43008
• 代理人: 趙洪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高、低電壓穿越裝置、系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

在世界提倡綠色能源的今天，風(fēng)力發(fā)電作為一種可再生的新能源得到了飛速的發(fā)展，同時風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)供電所占的比例也在不斷的提高。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中，電網(wǎng)故障可能會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓突然上升或跌落，從而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電設(shè)備短時出現(xiàn)過壓、過流或轉(zhuǎn)速上升等現(xiàn)象，使大量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組脫網(wǎng)，且使電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)質(zhì)量及運(yùn)行的穩(wěn)定性非常重要。現(xiàn)在并網(wǎng)風(fēng)機(jī)要求通過國家電科院的低電壓穿越測試已成一項(xiàng)國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，所以低電壓穿越的設(shè)備基本每臺風(fēng)機(jī)都必須具備，但高電壓穿越由于沒有國家強(qiáng)制要求，所以具備高電壓穿越功能的設(shè)備較少，研究也少。

基于雙饋型變流器的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，通過控制轉(zhuǎn)子電流來控制整機(jī)功率，定子直接與電網(wǎng)相連。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生突然升高或跌落時，其轉(zhuǎn)子端會出現(xiàn)過壓、過流，并使連接網(wǎng)側(cè)變流器和機(jī)側(cè)變流器的母線電壓升高，這會對變流器的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，如不采取措施會導(dǎo)致變流器損壞，降低電網(wǎng)的穩(wěn)定性。當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)跌落時，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在額定電壓下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，其定子磁鏈?zhǔn)噶糠岛愣ㄇ乙酝剿傩D(zhuǎn)。同時，磁鏈感應(yīng)出一個直流電流分量，該電流會感應(yīng)出一個反作用磁場，以保持磁鏈不能突變。由于定子電阻和定子繞組漏感的存在，?使得該直流電流分量會以指數(shù)形式衰減，直到磁鏈?zhǔn)噶糠颠^渡到對應(yīng)的低電壓運(yùn)行時的幅值為止。因此，定子磁鏈中的直流分量是導(dǎo)致低電壓穿越技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的根本原因。由于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)差率較高，從而引起轉(zhuǎn)子側(cè)過電壓。而且由于定子電阻和繞組間漏感較小，定子磁鏈直流分量只能通過該漏感耦合，導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子側(cè)過電流，轉(zhuǎn)子側(cè)也存在磁鏈過渡過程，使其過電流更加嚴(yán)重。

為了保護(hù)特殊工況（如高、低電壓穿越）下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和變流器，目前，在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中一般都裝有低電壓穿越裝置，即在瞬態(tài)故障下一般使用轉(zhuǎn)子電流旁路措施來保護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和變流器。較多采用的就是主動式crowbar電路，其原理是把被動式crowbar電路的晶閘換成全控型電力電子器件，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，控制機(jī)側(cè)變流器關(guān)閉，同時開通crowbar電路，把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的能量消耗掉。當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)時，控制crowbar電路關(guān)閉，并開啟機(jī)側(cè)變流器，對電網(wǎng)提供無功支持，幫助電網(wǎng)快速恢復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)低電壓穿越功能。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流旁路措施，現(xiàn)在多采用全控型電力電子器件作為受控開關(guān)，但隨著風(fēng)機(jī)容量的增加，對全控型電力電子器件提出了更高的容量要求。并且，隨著旁路電流的變大，由于電路中存在的雜散電容、電感等，對低電壓穿越裝置的性能要求也越來越高。

在現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，由徐州中礦大傳動與自動化有限公司、北京洲能科技發(fā)展有限公司于2012年02月07日申請，并于2012年04月11日公開，公布號為CN102412597A的中國發(fā)明專利申請，公開了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法和裝置，適用于大功率風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。其方法實(shí)現(xiàn)由跌落檢測部分、跌落判斷部分和觸發(fā)動作部分來完成，如附圖1所示，其裝置包括雙向變流器、變流器控制器和有源撬棒（Crowbar）模塊。該發(fā)明申請采用Crowbar?電路來實(shí)現(xiàn)對低電壓穿越的控制，有效防止了二次過流，有利于電網(wǎng)的恢復(fù)，穿越能力強(qiáng)、效果好。但是，該發(fā)明申請?jiān)趹?yīng)用到大容量風(fēng)力機(jī)組時，采取多Crowbar并聯(lián)的方式，增加了控制難度和系統(tǒng)的復(fù)雜性。同時，其只能應(yīng)對低電壓穿越，當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行高電壓穿越時，還需要另外一套設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置、系統(tǒng)及其方法，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組同時具備高、低電壓穿越能力，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)故障期間，保持了網(wǎng)側(cè)變流器的持續(xù)運(yùn)行，并且可以較快地使機(jī)側(cè)變流器重新啟動，為電網(wǎng)故障的快速恢復(fù)提供了強(qiáng)有力的支持。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置，包括：高低壓穿越電路、斬波電路和控制單元，所述高低壓穿越電路連接在變流器與發(fā)電機(jī)之間，所述斬波電路連接在所述變流器的直流母線上，所述控制單元連接在所述變流器的直流母線上，所述控制單元還與所述高低壓穿越電路和所述斬波電路相連。所述高低壓穿越電路進(jìn)一步包括全控型電力電子開關(guān)器件電路和耗能電阻。所述全控型電力電子開關(guān)器件電路進(jìn)一步包括斬波管和續(xù)流管，所述斬波管和續(xù)流管串聯(lián)，所述斬波管與所述耗能電阻并聯(lián)；