專利名稱：低電壓穿越控制方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，尤指一種低電壓穿越控制方案。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的迅猛發(fā)展，裝機(jī)容量快速上升，風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)供電中 所占比例不斷提高，因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)質(zhì)量以及運(yùn)行狀態(tài)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性至關(guān)重 要。在運(yùn)行過(guò)程中，電網(wǎng)故障可能會(huì)導(dǎo)致電壓跌落，這會(huì)給風(fēng)力發(fā)電設(shè)備帶來(lái)一系列暫態(tài)過(guò) 程，例如出現(xiàn)過(guò)電壓、過(guò)電流或轉(zhuǎn)速上升等現(xiàn)象。所以，為保證風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的安全運(yùn)行，風(fēng) 力發(fā)電設(shè)備的控制裝置會(huì)在監(jiān)測(cè)到電網(wǎng)電壓跌落時(shí)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)解列，即使風(fēng)力發(fā)電機(jī)斷 開與電網(wǎng)的連接。 但是，在風(fēng)力發(fā)電占電網(wǎng)供電比例較大的情況下，由于電網(wǎng)電壓跌落故障引起的 大量風(fēng)力發(fā)電機(jī)解列會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)潮流的大幅變化甚至引起大面積停電帶來(lái)頻率的穩(wěn) 定性問(wèn)題。因而出現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的低電壓穿越(LowVoltage Ride Through, LVRT)技 術(shù)，即使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，能在電壓跌落設(shè)定值和設(shè)定時(shí)間內(nèi)保持并網(wǎng)， 支持電網(wǎng)電壓恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常。對(duì)于目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流機(jī)型雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī) (Double Fed InductionGenerator，DFIG)的運(yùn)行特性和并脫網(wǎng)特性則顯得尤為重要?，F(xiàn)有 的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組大都采用晶閘管(SCR)撬棒，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)一定限值時(shí)晶閘管觸 發(fā)保護(hù)變頻器，但是不具備低電壓穿越功能。而具有LVRT功能的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)大都采用 低壓旁路系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子側(cè)采用Crowbar主動(dòng)撬棒技術(shù)，常用的有IGBT型Crowbar電路、混合 橋型Crowbar電路、帶有旁路電阻的Crowbar電路。但是這些控制技術(shù)存在著需要增加新 的保護(hù)裝置從而增加的成本，并且當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)雖然勵(lì)磁變流器和轉(zhuǎn)子繞組得到了保護(hù)， 但此時(shí)按感應(yīng)電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行的機(jī)組將從系統(tǒng)中吸收大量的無(wú)功功率，這將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓 穩(wěn)定性的進(jìn)一步惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的低電壓穿越控制方案，利
用該控制方案可以有效保證電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。 本發(fā)明中的低電壓穿越控制方案包括如下步驟 1)由控制電路監(jiān)測(cè)連接在風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)之間的變頻器組的直流母線電 壓和電網(wǎng)電壓； 2)判斷監(jiān)測(cè)到的變頻器組的直流母線電壓高于設(shè)計(jì)值，由控制電路控制連接在所 述風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的Crowbar保護(hù)電路中的晶閘管閉合進(jìn)行分流保護(hù)；
3)在所述晶閘管閉合后，由所述控制電路控制連接在所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng) 之間的定子斷路器斷開所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)的連接； 4)在所述定子斷路器斷開所述電網(wǎng)與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子之間的連接后，由所述 控制電路進(jìn)一步控制所述Crowbar保護(hù)電路中的分流電路的斷路器先斷開再閉合，所述晶閘管自動(dòng)斷開，從而恢復(fù)所述分流電路的保護(hù)功能； 5)保持上述狀態(tài)，直到所述控制電路監(jiān)測(cè)到電網(wǎng)電壓恢復(fù)，快速使發(fā)電機(jī)同步控 制斷路器閉合，恢復(fù)正常工作。 所述變頻器組包括有串聯(lián)在所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)之間的機(jī)側(cè)變頻器及網(wǎng)
側(cè)變頻器，在第1)步驟中監(jiān)測(cè)的直流母線電壓為所述網(wǎng)側(cè)變頻器的直流母線電壓，并在所
述網(wǎng)側(cè)變頻器與所述電網(wǎng)之間串聯(lián)有在正常工作狀態(tài)下為常閉狀態(tài)的變頻器網(wǎng)側(cè)斷路器。 在第1)步驟中所述控制電路中用于監(jiān)測(cè)直流母線電壓的是電壓監(jiān)測(cè)單元。 在第2)步驟中用于分流保護(hù)的是Crowbar保護(hù)電路中的分流電路，該分流電路包
括分別與所述晶閘管正極與負(fù)極串聯(lián)的整流橋與釋放電阻，及用于將整流橋與釋放電阻連
接至所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與所述變頻器組之間的連接點(diǎn)的斷路器。 第3)步驟中所述控制電路中用于控制所述定子斷路器斷開的是定子控制單元。 第4)步驟中所述控制電路用于進(jìn)一步控制所述斷路器作先斷開后閉合動(dòng)作的是
撬棍開關(guān)控制單元。 本發(fā)明中的低電壓穿越控制方案能夠有效提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)時(shí)間、發(fā)電量、 有效減少變頻器組的損壞、減少電網(wǎng)恢復(fù)瞬間風(fēng)機(jī)無(wú)功、有功的抖動(dòng)、從電網(wǎng)吸收無(wú)功以及 對(duì)電網(wǎng)提供有力支撐，增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明中低電壓穿越控制方案的電路圖； 圖2為本發(fā)明中低電壓穿越控制方案的電路圖，該圖中示出控制電路的框圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明中的具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，以1. 5麗的雙饋?zhàn)兯俸泐l感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，用于變速恒頻感應(yīng) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低電壓穿越控制方案由如下系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括有定子斷路器1、變頻器網(wǎng) 側(cè)斷路器2、組成變頻器組的機(jī)側(cè)變頻器3和網(wǎng)側(cè)變頻器4、撬棍(Crowbar)保護(hù)電路及控 制電路，其中機(jī)側(cè)變頻器3與網(wǎng)側(cè)變頻器4串聯(lián)后與風(fēng)力發(fā)電機(jī)G的轉(zhuǎn)子連接，同時(shí)經(jīng)變頻 器網(wǎng)側(cè)斷路器2與電網(wǎng)12連接，如圖2所示，利用該變頻器網(wǎng)側(cè)斷路器2可以在必要時(shí)控 制整個(gè)變頻器組脫網(wǎng)。在電網(wǎng)12與風(fēng)力發(fā)電機(jī)G的定子之間由定子斷路器1連接。定子 斷路器l與變頻器網(wǎng)側(cè)斷路器2在正常工作過(guò)程中均處于常閉狀態(tài)，分別串聯(lián)在風(fēng)力發(fā)電 機(jī)G的定子、轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)12之間。 Crowbar保護(hù)電路由晶閘管7和分流電路組成，其中分流電路包括有整流橋6、斷 路器5和釋放電阻8。晶閘管7又可以稱為可控硅，具有正極、負(fù)極和門極，晶閘管7的正極 和負(fù)極分別串聯(lián)整流橋6和釋放電阻8，門極與控制電路(也稱控制模塊)9連接，斷路器5 連接至風(fēng)力發(fā)電機(jī)G的轉(zhuǎn)子與變頻器組之間的連接點(diǎn)，該斷路器5在正常工作過(guò)程中處于 常閉狀態(tài)。分流電路起到旁路分流的作用，從而可以對(duì)變頻器組起到旁路分流的作用。
如圖2所示，控制電路9包括有電壓監(jiān)測(cè)單元91、定子控制單元92、撬棍開關(guān)控制 單元93(也稱轉(zhuǎn)子控制單元)和晶閘管控制單元94。其中，電壓監(jiān)測(cè)單元91與電網(wǎng)和變頻 器直流母線相連，用于監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的電壓值及變頻器組直流母線的電壓值，當(dāng)電網(wǎng)電不正常時(shí)，變頻器組的直流母線電壓能快速發(fā)生變化；晶閘管控制單元94與電壓監(jiān)測(cè)單元91和晶 閘管7的門極分別相連，當(dāng)電壓監(jiān)測(cè)單元91監(jiān)測(cè)到變頻器組(即網(wǎng)側(cè)變頻器4)的直流母 線電壓值超過(guò)限值(設(shè)計(jì)值)，由晶閘管控制單元94控制晶閘管7閉合，使分流電路能夠?qū)?風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻器組進(jìn)行分流保護(hù)。定子控制單元92與晶閘管控制單元94、電壓監(jiān)測(cè)單元 91、定子斷路器1分別相連，當(dāng)晶閘管控制單元94控制晶閘管7閉合之后，由定子控制單元 92控制定子斷路器1斷開。由于撬棍開關(guān)控制單元93與定子控制單元92和斷路器5分別 相連接，當(dāng)定子斷路器1斷開后，由撬棍開關(guān)控制單元93進(jìn)一步控制斷路器5先作斷開再 作閉合的操作。 本發(fā)明中低電壓穿越控制系統(tǒng)的具體工作流程如下 當(dāng)電壓監(jiān)測(cè)單元91監(jiān)測(cè)到變頻器直流母線的電壓高于保護(hù)限值，由晶閘管控制 單元94控制晶閘管7閉合，具體可以通過(guò)晶閘管7的門極通入正向電壓來(lái)觸發(fā)，由于此時(shí) 斷路器5處于閉合狀態(tài)，所以晶閘管7正極有正向電壓，當(dāng)晶閘管7門極通入正向電壓時(shí)晶 閘管7即閉合。 晶閘管7閉合，使得分流電路連入風(fēng)力發(fā)電機(jī)G轉(zhuǎn)子的回路，對(duì)變頻器組進(jìn)行旁路 分流，從而避免過(guò)電流和過(guò)電壓對(duì)變頻器組的損壞，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)不必 脫網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了低電壓穿越(LVRT)功能。 當(dāng)晶閘管控制單元94控制晶閘管7閉合后，由定子控制單元92立即控制定子斷 路器1斷開，定子斷路器1斷開使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)G的定子與電網(wǎng)斷開連接，從而避免了電網(wǎng) 吸收無(wú)功功率。 當(dāng)定子斷路器1斷開之后，撬棍開關(guān)控制單元93控制斷路器5先斷開再閉后的動(dòng) 作，斷路器5斷開使得晶閘管7由于正極的正電壓瞬間消失而自動(dòng)斷開，斷路器5閉合后恢 復(fù)Crowbar保護(hù)電路的保護(hù)功能。 一直保持保護(hù)定子斷路器1斷開、斷路器5閉合這種狀 態(tài)到電網(wǎng)的電壓恢復(fù)，由電壓監(jiān)測(cè)單元91監(jiān)測(cè)到電網(wǎng)的電壓值恢復(fù)后由變頻器組控制風(fēng) 力發(fā)電機(jī)同定子控制單元92控制定子斷路器1閉合恢復(fù)正常工作。 經(jīng)過(guò)上述操作之后，低電壓穿越控制系統(tǒng)又恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到下 一次電網(wǎng)電壓跌落時(shí)再重復(fù)上述操作。 綜上所述，本發(fā)明中的低電壓穿越控制方案具有以下優(yōu)點(diǎn) 1 、當(dāng)由于電網(wǎng)電壓跌落導(dǎo)致變頻器直流母線電壓高于設(shè)定門限值以上時(shí)，可以觸 發(fā)晶閘管閉合，利用分流電路來(lái)保護(hù)變頻器組，避免變頻器組由于過(guò)電壓、過(guò)電流而損壞；
2、定子斷路器能夠在進(jìn)行低電壓保護(hù)的同時(shí)斷開定子與電網(wǎng)的連接，從而避免從 電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，并且定子在電網(wǎng)故障時(shí)脫網(wǎng)，可以減少電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)由于電網(wǎng)的突變引 發(fā)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)功、有功的抖動(dòng)，直至電網(wǎng)的電壓恢復(fù)之后才閉合定子與電網(wǎng)的連接，可 以避免恢復(fù)的瞬間沖擊； 3、變頻器組在低電壓穿越過(guò)程中始終保持并網(wǎng)狀態(tài)，即沒有脫離與電網(wǎng)的連接， 因此可以通過(guò)轉(zhuǎn)子向電網(wǎng)提供無(wú)功功率，支撐電網(wǎng)電壓恢復(fù)； 4、本發(fā)明中的低電壓穿越控制方案以簡(jiǎn)單優(yōu)化的電路結(jié)構(gòu)和控制策略實(shí)現(xiàn)了對(duì) 雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的LVRT控制，能夠提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)時(shí)間，發(fā)電量，在電網(wǎng)電壓 跌落時(shí)有效減少變頻器組的損壞，且具備良好的LVRT能力，對(duì)電網(wǎng)提供有力支撐，增強(qiáng)了 電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
5、本發(fā)明中的低電壓穿越控制方案尤其適用于兆瓦(麗)級(jí)的雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，例如1.5麗、3麗的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，但并不限于此，還可以廣泛適用于各種雙饋感應(yīng)式風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
權(quán)利要求
一種低電壓穿越控制方案，包括有如下步驟1)由控制電路監(jiān)測(cè)連接在風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)之間的變頻器組的直流母線電壓和電網(wǎng)電壓；2)判斷監(jiān)測(cè)到的變頻器組的直流母線電壓高于設(shè)計(jì)值，由控制電路控制連接在所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的Crowbar保護(hù)電路中的晶閘管閉合進(jìn)行分流保護(hù)；3)在所述晶閘管閉合后，由所述控制電路控制連接在所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)之間的定子斷路器斷開所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)的連接；4)在所述定子斷路器斷開所述電網(wǎng)與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子之間的連接后，由所述控制電路進(jìn)一步控制所述Crowbar保護(hù)電路中的分流電路的斷路器先斷開再閉合，所述晶閘管自動(dòng)斷開，從而恢復(fù)所述分流電路的保護(hù)功能；5)保持上述狀態(tài)，直到所述控制電路監(jiān)測(cè)到電網(wǎng)電壓恢復(fù)，快速使發(fā)電機(jī)同步控制斷路器閉合，恢復(fù)正常工作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電壓穿越控制方案，其特征在于，所述變頻器組包括有串 聯(lián)在所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)之間的機(jī)側(cè)變頻器及網(wǎng)側(cè)變頻器，在第1)步驟中監(jiān)測(cè)的 直流母線電壓為所述網(wǎng)側(cè)變頻器的直流母線電壓，并在所述網(wǎng)側(cè)變頻器與所述電網(wǎng)之間串 聯(lián)有在正常工作狀態(tài)下為常閉狀態(tài)的變頻器網(wǎng)側(cè)斷路器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低電壓穿越控制方案，其特征在于，在第1)步驟中所述控制 電路中用于監(jiān)測(cè)直流母線電壓的是電壓監(jiān)測(cè)單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電壓穿越控制方案，其特征在于，在第2)步驟中用于分流 保護(hù)的是Crowbar保護(hù)電路中的分流電路，該分流電路包括分別與所述晶閘管正極與負(fù)極 串聯(lián)的整流橋與釋放電阻，及用于將整流橋與釋放電阻連接至所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與所 述變頻器組之間的連接點(diǎn)的斷路器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電壓穿越控制方案，其特征在于，第3)步驟中所述控制電 路中用于控制所述定子斷路器斷開的是定子控制單元。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電壓穿越控制方案，其特征在于，第4)步驟中所述控制電 路用于進(jìn)一步控制所述斷路器作先斷開后閉合動(dòng)作的是撬棍開關(guān)控制單元。
全文摘要
一種低電壓穿越控制方案包括以下步驟1)由控制電路監(jiān)測(cè)連接在風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)之間的變頻器組的直流母線電壓和電網(wǎng)電壓；2)判斷監(jiān)測(cè)到的變頻器組的直流母線電壓高于設(shè)計(jì)值，由控制電路控制連接在風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的Crowbar保護(hù)電路中的晶閘管閉合進(jìn)行分流保護(hù)；3)在晶閘管閉合后，由控制電路控制連接在風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)之間的定子斷路器斷開風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)的連接；4)在定子斷路器斷開電網(wǎng)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子之間的連接后，由控制電路進(jìn)一步控制分流電路的斷路器先斷開再閉合，晶閘管自動(dòng)斷開，從而恢復(fù)分流電路的保護(hù)功能；5)保持上述狀態(tài)，直到控制電路監(jiān)測(cè)到電網(wǎng)電壓恢復(fù)，快速使發(fā)電機(jī)同步控制斷路器閉合，恢復(fù)正常工作。
文檔編號(hào)H02P9/10GK101741100SQ201010033770
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者楊松, 蘇麗營(yíng), 荊海斌 申請(qǐng)人:華銳風(fēng)電科技(集團(tuán))股份有限公司