專利名稱：一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越用Crowbar裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越用Crowbar裝置，屬于電力電子應用技術領域。
背景技術：
隨著并網風電機組的增加，其與電網的相互影響逐漸顯著。當電網電壓發(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產生功率沖擊，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，危害電網上的其他設備甚至造成用戶損失。因此國家電網要求并網型風力發(fā)電設備必須具備電網故障穿越能力，即當電網故障或擾動引起風電場并網點的電壓跌落時，在電壓跌落的范圍內，風電機組能夠不間斷并網運行，必要時還需向電網提供一定的無功功率以支持電網恢復，直到電網電壓恢復正常，從而“穿越”這個低電壓時間(區(qū)域)。在電網電壓瞬間跌落時，由于定子磁鏈不能突變，因此會在定子側產生直流分量。 定子磁鏈直流分量在空間時是不轉動的，所以相對于轉子會產生很大的轉差，這樣使得轉子回路產生過電流、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生很高的轉差。電流過大損害了變流器，電壓過高損壞了發(fā)電機轉子繞組，所以為了在電網故障期間，保護轉子側變流器和發(fā)電機轉子繞組，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。(所謂 Crowbar電路，也叫撬棒電路，本領域通常叫法是Crowbar電路，為描述方便，以下統(tǒng)一寫成 Crowbar 電路)
目前國內采取的方式是陽光電源采用的方式(如附圖1)，國內大多都是采用這種結構。這種結構的優(yōu)點是成本低，便于實現；缺點也很明顯在國家電科院沒有出臺新規(guī)之前能夠實現雙饋發(fā)電機低電壓穿越時不脫網運行，這里指的僅僅是不脫網運行。新規(guī)出臺以后，此結構在電網電壓跌落瞬間可以及時投入，但是一旦要切除時，由于可控硅(SCR)的特性決定了它不能及時地關斷，即變流器給可控硅(SCR)關斷信號以后，可控硅(SCR)必須等到轉子電壓過零點的時候才能關斷，由于新規(guī)只給了兩到三個周波的恢復過渡時間，而此時轉子電壓往往都是在低頻(0-17HZ)，在同步速附近轉子電壓就是接近直流電壓，這時可控硅(SCR)是無法關斷的，無法滿足新規(guī)要求。此種方式主要用來在低電壓穿越時保護變流器和發(fā)電機，在某些工況下可以穿越，不能適用在整個發(fā)電工況中。目前在低電壓穿越中使用的Crowbar保護電路仍存在以下缺陷(1)反應時間慢，不能快速切入Crowbar電路；(2)Crowbar自身比較脆弱，不能抵御轉子側瞬時的沖擊電流；(3)吸收能力弱，不能有效防止二次跌落，(4)發(fā)電機運行在同步速附近時，Crowbar不能切除，無法完成低電壓穿越。
發(fā)明內容
針對上述現有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越用
3Crowbar裝置，發(fā)電機運行在同步速附近時，能夠快速響應控制器發(fā)出的切入信號，迅速切入Crowbar電路，抵御轉子側瞬時的沖擊電流，及時釋放暫態(tài)電流，有效防止了二次跌落， 實現Crowbar裝置自身的保護。為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越用Crowbar裝置，包括三相橋式不控整流橋UR、續(xù)流二極管D1、大功率泄放電阻Rl、RCD 吸收保護電路、絕緣柵雙極型晶體管IGBT，其中大功率泄放電阻Rl與續(xù)流二極管Dl并聯；RCD吸收保護電路與絕緣柵雙極型晶體管IGBT并聯；三相橋式不控整流橋UR與雙饋電機轉子繞組的三相連接，大功率泄放電阻Rl與續(xù)流二極管Dl并聯后，再與絕緣柵雙極型晶體管IGBT及其RCD吸收保護電路的并聯電路串聯，兩部分串聯后，連接在三相橋式不控整流電路UR的上下母線之間。為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越用Crowbar裝置，包括三相橋式不控整流橋UR、續(xù)流二極管D1、大功率泄放電阻Rl、RCD 吸收保護電路和絕緣柵雙極型晶體管IGBT，大功率泄放電阻Rl與續(xù)流二極管Dl并聯；RCD 吸收保護電路與IGBT并聯；三相橋式不控整流橋UR與雙饋電機轉子繞組的三相連接，大功率泄放電阻Rl與續(xù)流二極管Dl并聯后，再與IGBT及其RCD吸收保護電路的并聯電路串聯，兩部分串聯后，連接在三相橋式不控整流電路UR的上下母線之間。進一步地，RCD吸收保護電路包括快速恢復二極管D2，電阻R3、R2、R4及電容C，電阻R2串聯在快速恢復二極管D2與電容C之間，電阻R4串聯在電容C與電阻R3之間，電阻 R3 一端與快速恢復二極管D2陽極連接，另一端連接在電阻R2與電容C之間。工作原理當電網發(fā)生低電壓跌落故障時，雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)控制器發(fā)出 Crowbar切入信號，Crowbar立刻切入，快速釋放雙饋電機轉子繞組中的暫態(tài)沖擊電流； 當轉子電流或者變流器直流母線電壓衰減至特定值以后，控制器發(fā)出Crowbar切出信號， Crowbar快速切出，變流器恢復到可控狀態(tài)，減少雙饋電機作鼠籠機運行時對電網無功功率的吸收，便于電網電壓恢復。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用Crowbar電路來實現對低電壓的穿越，其中 Crowbar模塊使用絕緣柵雙極型晶體管IGBT作為開關器件，動作響應快，能夠及時釋放暫態(tài)電流，有效防止了二次跌落；當暫態(tài)電壓電流被釋放后，切出Crowbar電路，減少雙饋電機運行在鼠籠機狀態(tài)下對電網無功功率的吸收，有利于電網的恢復；大功率泄放電阻Rl與 RCD吸收保護電路同時使用，既能保護雙饋電機轉子側繞組和變流器，又能實現Crowbar裝置自身的保護。因此，本發(fā)明的低電壓穿越裝置的穿越能力強、使用壽命長、使用效果好。
圖1為現有技術電路原理圖； 圖2為本發(fā)明電路原理圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖2所示，一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越用Crowbar裝置，由續(xù)流二極管 D1、大功率泄放電阻R1、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、三相橋式不控整流橋UR和RCD吸收保護電路組成。大功率泄放電阻Rl與續(xù)流二極管Dl并聯；RCD吸收保護電路與絕緣柵雙極型晶體管IGBT并聯；三相橋式不控整流橋UR與雙饋電機轉子繞組的三相連接，大功率泄放電阻 Rl與續(xù)流二極管Dl并聯后，再與絕緣柵雙極型晶體管IGBT及其RCD吸收保護電路的并聯電路串聯，兩部分串聯后，連接在三相橋式不控整流電路UR的上下母線之間。所述RCD吸收保護電路包括快速恢復二極管D2，電阻R3、R2、R4及電容C，電阻R2 串聯在快速恢復二極管D2與電容C之間，電阻R4串聯在電容C與電阻R3之間，電阻R3 — 端與快速恢復二極管D2陽極連接，另一端連接在電阻R2與電容C之間。大功率泄放電阻Rl配合RCD吸收保護電路使用，實現雙饋電機轉子繞組、變流器和Crowbar自身的三種保護。當電網電壓跌落時，雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)控制器發(fā)出Crowbar切入信號，Crowbar 中的絕緣柵雙極型晶體管IGBT開通，大功率泄放電阻Rl快速釋放雙饋電機轉子繞組中的暫態(tài)沖擊電流；當轉子電流或者變流器直流母線電壓衰減至特定值以后，絕緣柵雙極型晶體管IGBT關斷，切出Crowbar，減少雙饋發(fā)電機處于鼠籠電機運行狀態(tài)時對電網無功功率的吸收，防止二次過流利于電網電壓的恢復，同時快速恢復二極管D2、電阻R2、R3、R4和電容C組成的RCD吸收保護電路吸收關斷瞬間的能量，保護絕緣柵雙極型晶體管IGBT。本發(fā)明能夠快速響應控制器發(fā)出的切入信號，閉鎖變流器使發(fā)電機不脫網運行， 此時迅速切入Crowbar電路，瞬時泄放雙饋電機轉子側的暫態(tài)沖擊電流，保護轉子側變流器和雙饋電機，等到躲過轉子沖擊電流之后，迅速切除撬棒Crowbar電路，使得變流器可以快速恢復到可控狀態(tài)去控制發(fā)電機，從而順利度過低電壓穿越區(qū)域。
權利要求
1.一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越用Crowbar裝置，包括三相橋式不控整流橋UR、 續(xù)流二極管D1、大功率泄放電阻R1、RCD吸收保護電路和絕緣柵雙極型晶體管IGBT，其特征在于大功率泄放電阻Rl與續(xù)流二極管Dl并聯；RCD吸收保護電路與IGBT并聯；三相橋式不控整流橋UR與雙饋電機轉子繞組的三相連接，大功率泄放電阻Rl與續(xù)流二極管Dl并聯后，再與IGBT及其RCD吸收保護電路的并聯電路串聯，兩部分串聯后，連接在三相橋式不控整流電路UR的上下母線之間。
2.根據權利要求1所述的一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越用Crowbar裝置，其特征在于，所述RCD吸收保護電路包括快速恢復二極管D2，電阻R3、R2、R4及電容C，電阻R2串聯在快速恢復二極管D2與電容C之間，電阻R4串聯在電容C與電阻R3之間，電阻R3 —端與快速恢復二極管D2陽極連接，另一端連接在電阻R2與電容C之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越用Crowbar裝置，屬于電力電子應用技術領域，包括三相橋式不控整流橋UR、續(xù)流二極管D1、大功率泄放電阻R1、RCD吸收保護電路和絕緣柵雙極型晶體管IGBT。有益效果是采用Crowbar電路來實現對低電壓的穿越，其中Crowbar模塊使用絕緣柵雙極型晶體管IGBT作為開關器件，動作響應快，能夠及時釋放暫態(tài)電流；當暫態(tài)電壓電流被釋放后，切出Crowbar電路，減少雙饋電機運行在鼠籠機狀態(tài)下對電網無功功率的吸收，有利于電網的恢復；既能保護雙饋電機轉子側繞組和變流器，又能實現Crowbar裝置自身的保護。
文檔編號H02H9/02GK102412599SQ201110415838
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權日2011年12月14日
發(fā)明者凌臧, 徐世周, 譚國俊 申請人:北京洲能科技發(fā)展有限公司