專利名稱：一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法和裝置，適用于大功率風力發(fā)電。領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著并網(wǎng)風電機組的增加，其與電網(wǎng)的相互影響逐漸顯著。當電網(wǎng)電壓發(fā)生故障跌落時，如果不加以控制，會造成風電機組和變流器的損壞并對電網(wǎng)產(chǎn)生功率沖擊，風力發(fā)電機組也會解列，并將會帶來電力系統(tǒng)的暫態(tài)不穩(wěn)定，可能導致局部甚至系統(tǒng)全面癱瘓，危害電網(wǎng)上的其他設備甚至造成用戶損失。因此國家電網(wǎng)要求并網(wǎng)型風力發(fā)電設備必須具備電網(wǎng)故障穿越能力，即當電網(wǎng)故障或擾動引起風電場并網(wǎng)點的電壓跌落時，在電壓跌落的范圍內(nèi)，風電機組能夠不間斷并網(wǎng)運行，必要時還需向電網(wǎng)提供一定的無功功率以支持電網(wǎng)恢復，直到電網(wǎng)電壓恢復正常，從而“穿越”這個低電壓時間。在電網(wǎng)電壓瞬間跌落時，由于定子磁鏈不能突變，因此會在定子側(cè)產(chǎn)生直流分量。 定子磁鏈直流分量在空間時不轉(zhuǎn)動的，所以相對于轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)差，這樣使得轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生過電流、過電壓。非對稱故障會使過電流過電壓更嚴重，因為在定子電壓中又存在負序分量，而負序分量也可以產(chǎn)生很高的轉(zhuǎn)差。電流過大損害了變流器，電壓過高損壞了發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組，所以為了在電網(wǎng)故障期間，為了保護轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組，使雙饋風力發(fā)電機組具有低電壓穿越能力，商用雙饋風力發(fā)電機組大都裝有Crowbar電路。目前在低電壓穿越中使用的Crowbar保護電路存在以下缺陷(1)容量較小不能適應大容量雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)，硬件實現(xiàn)的難度較大；(2)不容易擴展，不能根據(jù)現(xiàn)場不同機型來調(diào)整Crowbar電路的吸收能力；(3)容量固定，不同機型需要重新設計不同的 Crowbar 電路。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法和裝置，有效防止了二次過流，有利于電網(wǎng)的恢復；穿越能力強、效果好。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法和裝置，跌落檢測部分檢測電網(wǎng)電壓信號、轉(zhuǎn)子電流、直流母線電壓信號，傳入跌落判斷部分即變流器控制器進行判斷，跌落檢測部分檢測電網(wǎng)電壓信號、轉(zhuǎn)子電流信號、 直流母線電壓信號，傳入跌落判斷部分即變流器控制器進行判斷，當滿足低電壓穿越條件時，變流器控制器就停發(fā)機側(cè)變流器脈沖，同時觸發(fā)IGBTl切入Crowbar，Crowbar中的 IGBTl開通，大功率吸收電阻快速釋放雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組中的暫態(tài)沖擊電流；當轉(zhuǎn)子電流衰減至額定值以后，IGBTl關(guān)斷，D2、R2、R3、R4和C組成的緩沖電路吸收關(guān)斷瞬間的能量， 保護IGBT1。同時對跌落檢測部分傳入的信號繼續(xù)判斷，當檢測到轉(zhuǎn)子側(cè)浪涌電流被吸收完后，先切除Crowbar以減少對電網(wǎng)無功的吸收，利于電網(wǎng)恢復；等到電網(wǎng)電壓恢復后，重啟啟動機側(cè)變流器并網(wǎng)發(fā)電，實際應用時根據(jù)不同容量需求并聯(lián)相應個數(shù)的Crowbar模塊。
—種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制裝置，包括雙向變流器、變流器控制器和 Crowbar模塊，所述的Crowbar模塊包括三相橋式不控整流橋、大功率吸收電阻和緩沖電路。雙向變流器機側(cè)三相與雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組的三相相連接，網(wǎng)側(cè)變流器三相與三相電網(wǎng)相連接。Crowbar模塊連接在雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組和可逆功率變換器之間。雙向變流器、Crowbar模塊和與電機控制器連接。Crowbar模塊可以實現(xiàn)多個同步并聯(lián)，根據(jù)變流器和電機容量來決定并聯(lián) Crowbar模塊的數(shù)量。模塊與模塊之間通過主從驅(qū)動器連接。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用Crowbar電路來實現(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；本發(fā)明的低電壓穿越裝置的穿越能力強、效果好。


圖1為本發(fā)明的控制系統(tǒng)圖2為本發(fā)明的Crowbar保護電路圖； 圖3為本發(fā)明的Crowbar模塊展開圖。圖中1、三相電網(wǎng)，2、網(wǎng)側(cè)變流器，3、機側(cè)變流器，4、雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組，5、風力機，6、7、雙饋電機定子繞組，8、并網(wǎng)開關(guān)，9、變流器控制器，10、Crowbar模塊，11、跌落檢測電路。UR為三相不控橋式整流器，Rl為大功率泄放電阻1，R2為電阻2，R3為電阻3，R4 為電阻4，Dl為二極管1，D2為二極管2，D3為二極管3，IGBTl為絕緣柵雙極晶體管，C為電容；Pl為15V直流電源；Tin為主驅(qū)動觸發(fā)信號輸入端；T。ut為主驅(qū)動觸發(fā)信號輸出端；Tlin 為第一個從驅(qū)動觸發(fā)信號輸入端；Tl。ut為第一個從驅(qū)動觸發(fā)信號輸出端；Tnin為第η個從驅(qū)動觸發(fā)信號輸入端；Tn。ut為第一個從驅(qū)動觸發(fā)信號輸出端；
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖1、圖2和圖3所示，一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法和裝置，跌落檢測部分檢測電網(wǎng)電壓信號、轉(zhuǎn)子電流、直流母線電壓信號，傳入跌落判斷部分即變流器控制器9進行判斷，跌落檢測部分檢測電網(wǎng)電壓信號、轉(zhuǎn)子電流信號、直流母線電壓信號，傳入跌落判斷部分即變流器控制器9進行判斷，當滿足低電壓穿越條件時，變流器控制器9就停發(fā)機側(cè)變流器3脈沖，同時觸發(fā)IGBTl切入CrowbanCrowbar中的IGBTl開通，大功率吸收電阻快速釋放雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組4中的暫態(tài)沖擊電流；當轉(zhuǎn)子電流衰減至額定值以后， IGBTl關(guān)斷，D2、R2、R3、R4和C組成的緩沖電路吸收關(guān)斷瞬間的能量，保護IGBT1。同時對跌落檢測部分傳入的信號繼續(xù)判斷，當檢測到轉(zhuǎn)子側(cè)浪涌電流被吸收完后，先切除Crowbar 以減少對電網(wǎng)無功的吸收，利于電網(wǎng)恢復；等到電網(wǎng)電壓恢復后，重啟啟動機側(cè)變流器3并網(wǎng)發(fā)電，實際應用時根據(jù)不同容量需求并聯(lián)相應個數(shù)的Crowbar模塊10。一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制裝置，包括雙向變流器、變流器控制器9和Crowbar模塊10，所述的Crowbar模塊10包括三相橋式不控整流橋、大功率吸收電阻和緩沖電路；雙向變流器機側(cè)三相與雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組4的三相相連接，網(wǎng)側(cè)變流器2三相與三相電網(wǎng)1相連接；Crowbar模塊10連接在雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組4和可逆功率變換器之間； 雙向變流器、Crowbar模塊10和與電機控制器連接；Crowbar模塊10可以實現(xiàn)多個同步并聯(lián)，根據(jù)變流器和電機容量來決定并聯(lián)Crowbar模塊10的數(shù)量；模塊與模塊之間通過主從驅(qū)動器連接。本發(fā)明包括三相電網(wǎng)1，網(wǎng)側(cè)變流器2，機側(cè)變流器3，雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組4，風力機 5，雙饋電機定子繞組6、7，并網(wǎng)開關(guān)8，變流器控制器9，Crowbar模塊10，跌落檢測電路11， 機側(cè)變流器3三相接線端與雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組4的三相接線端連接，網(wǎng)側(cè)變流器2三相接線端與三相電網(wǎng)1連接；Crowbar模塊10并聯(lián)于雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組4和機側(cè)變流器3之間的三相電路上；所述機側(cè)變流器3、CroWbar模塊10和信號檢測電路11均由變流器控制器9 控制。Crowbar模塊10內(nèi)主Crowbarl與其余從Crowbar并聯(lián)，且主Crowbar禾口從Crowbar, 除驅(qū)動外，結(jié)構(gòu)和參數(shù)完全相同。所述主從Crowbar均由三相不控橋式整流器UR、大功率吸收電阻和緩沖電路組成。反向二極管Dl的陽極極與絕緣柵雙極晶體管IGBTl的集電極連接，陰極與不控整流橋上母線連接；R2和D3與R3的并聯(lián)回路與電容C串聯(lián)構(gòu)成RCD吸收電路，絕緣柵雙極晶體管 IGBTl與該RCD吸收電路組成并聯(lián)電路；續(xù)流二極管Dl與當功率吸收電阻并聯(lián)Rl并聯(lián)，當 IGBTl關(guān)斷時Rl上的殘余電流從續(xù)流二極管Dl和RCD上續(xù)流；它們與起限制Rl電流大小的限流電阻R4共同構(gòu)成Crowbar電路。當電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障時，跌落檢測電路11將檢測到的低電壓故障信號傳遞給變流器控制器9，變流器控制器9接收到該信號后發(fā)出控制命令停發(fā)機側(cè)變流器3脈沖，同時發(fā)出觸發(fā)信號開通Crowbar電路10中的并聯(lián)主從Crowbar，快速釋放雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組 4中的暫態(tài)沖擊電流；同時跌落檢測電路11繼續(xù)檢測電網(wǎng)電壓信號、轉(zhuǎn)子電流信號、直流母線電壓信號，當變流器控制器9判斷檢測到的電網(wǎng)電壓信號、轉(zhuǎn)子電流信號、直流母線電壓信號正常后，變流器控制器9再發(fā)出信號切出Crowbar電路，減少雙饋電機處于鼠籠機運行狀態(tài)時從電網(wǎng)吸收的無功功率，有利于電網(wǎng)電壓恢復，同時可以很好地防止二次過流。當電網(wǎng)電壓恢復后，變流器控制器9重發(fā)機側(cè)變流器3脈沖開始正常工作。
權(quán)利要求
1.一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越控制方法，其特征在于，跌落檢測部分檢測電網(wǎng)電壓信號、轉(zhuǎn)子電流、直流母線電壓信號，傳入跌落判斷部分即變流器控制器(9)進行判斷，跌落檢測部分檢測電網(wǎng)電壓信號、轉(zhuǎn)子電流信號、直流母線電壓信號，傳入跌落判斷部分即變流器控制器(9)進行判斷，當滿足低電壓穿越條件時，變流器控制器(9)就停發(fā)機側(cè)變流器(3)脈沖，同時觸發(fā)IGBTl切入Crowbar，Crowbar中的IGBTl開通，大功率吸收電阻快速釋放雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組(4)中的暫態(tài)沖擊電流；當轉(zhuǎn)子電流衰減至額定值以后，IGBTl 關(guān)斷，D2、R2、R3、R4和C組成的緩沖電路吸收關(guān)斷瞬間的能量，保護IGBTl。
2.同時對跌落檢測部分傳入的信號繼續(xù)判斷，當檢測到轉(zhuǎn)子側(cè)浪涌電流被吸收完后， 先切除Crowbar以減少對電網(wǎng)無功的吸收，利于電網(wǎng)恢復；等到電網(wǎng)電壓恢復后，重啟啟動機側(cè)變流器(3)并網(wǎng)發(fā)電，實際應用時根據(jù)不同容量需求并聯(lián)相應個數(shù)的Crowbar模塊 (10)。
3.一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制裝置，包括雙向變流器、變流器控制器(9) 和Crowbar模塊(10)，其特征在于，所述的Crowbar模塊(10)包括三相橋式不控整流橋、大功率吸收電阻和緩沖電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制裝置，其特征在于， 所述的雙向變流器機側(cè)三相與雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組(4)的三相相連接，網(wǎng)側(cè)變流器( 三相與三相電網(wǎng)(1)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制裝置，其特征在于， 所述的Crowbar模塊(10)連接在雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組(4)和可逆功率變換器之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制裝置，其特征在于，所述的雙向變流器、Crowbar模塊(10)和與電機控制器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制裝置，其特征在于，所述的Crowbar模塊(10)可以實現(xiàn)多個同步并聯(lián)，根據(jù)變流器和電機容量來決定并聯(lián) Crowbar模塊(10)的數(shù)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制裝置，其特征在于， 所述的模塊與模塊之間通過主從驅(qū)動器連接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法和裝置，適用于大功率風力發(fā)電領(lǐng)域。該方法實現(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，該裝置包括雙向變流器、變流器控制器和有源撬棒(Crowbar)模塊。有益效果是本發(fā)明采用Crowbar電路來實現(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；本發(fā)明的低電壓穿越裝置的穿越能力強、效果好。
文檔編號H02J3/38GK102412597SQ20111039298
公開日2012年4月11日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者凌臧, 葉宗彬, 譚國俊 申請人:北京洲能科技發(fā)展有限公司, 徐州中礦大傳動與自動化有限公司