風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置，包括固態(tài)開關(guān)、濾波電路、整流電路、有功消耗電路、第一大功率逆變器和第二大功率逆變器。本實用新型采用大功率電力電子變流器和固態(tài)開關(guān)安裝在風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)之間，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生臨時短路故障而造成電網(wǎng)電壓下降時，快速提供有功功率和無功功率支撐，以維持風(fēng)機(jī)定子側(cè)并網(wǎng)點電壓恒定，從而保證風(fēng)機(jī)不脫網(wǎng)且穩(wěn)定并網(wǎng)運行。不僅解決了風(fēng)力發(fā)電中存在的低電壓穿越這一技術(shù)難題，而且起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、抑制系統(tǒng)電壓波動、提高電能質(zhì)量的作用，同時降低網(wǎng)絡(luò)損耗，增加風(fēng)電廠發(fā)電，降低對風(fēng)機(jī)設(shè)備的沖擊，更能避免風(fēng)電機(jī)組同時全部切除的情況；并且該系統(tǒng)三相完全獨立控制，可有效應(yīng)對對稱和非對稱故障情況。
【專利說明】風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越領(lǐng)域，尤其涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術(shù)】[0002]隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展和世界各國在政策上對可再生能源發(fā)電的重視，風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了一個快速發(fā)展期。風(fēng)力機(jī)單機(jī)容量和風(fēng)電場規(guī)模以及風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中所占的份額都逐漸增大。大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電并入電網(wǎng)對電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)、運行調(diào)度、分析控制、經(jīng)濟(jì)運行和電能質(zhì)量均產(chǎn)生了一定的影響。為了促進(jìn)風(fēng)電場的開發(fā)和保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，歐洲、北美及澳大利亞的一些電力協(xié)會或電網(wǎng)公司都制定了風(fēng)電場并網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則，我國也在2006年頒布了有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和國家電網(wǎng)公司風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定。各國的風(fēng)電場并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定涉及到一些共性問題，包括功率控制、無功電壓控制、低電壓穿越能力等，各并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定都提出了一些要求，其中低電壓穿越被認(rèn)為是對風(fēng)電機(jī)組制造技術(shù)最大的挑戰(zhàn)，因此迫切需要一種裝置來解決目前在低電壓穿越領(lǐng)域存在的問題。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的是提供風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置，可以在電力系統(tǒng)發(fā)生臨時短路故障而造成電網(wǎng)電壓下降時，快速提供有功功率和無功功率支撐，維持風(fēng)機(jī)定子側(cè)并網(wǎng)點電壓恒定，從而保證風(fēng)機(jī)不脫網(wǎng)，且穩(wěn)定并網(wǎng)運行，同時有利于電網(wǎng)電壓及頻率的恢復(fù)及穩(wěn)定。
[0004]本實用新型采用下述技術(shù)方案:
[0005]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置，包括固態(tài)開關(guān)、濾波電路、整流電路、有功消耗電路、第一大功率逆變器和第二大功率逆變器，所述的固態(tài)開關(guān)一端連接發(fā)電機(jī)定子側(cè)輸出端，另一端連接電網(wǎng)接入端，所述的濾波電路、整流電路、有功消耗電路、第一大功率逆變器和第二大功率逆變器依次分別與固態(tài)開關(guān)并聯(lián)連接，所述的第一大功率逆變器的輸出端連接發(fā)電機(jī)電力輸出端，第二大功率逆變器的輸出端連接電力系統(tǒng)的電力輸入端。
[0006]所述的固態(tài)開關(guān)由兩個反并聯(lián)的晶閘管與一個常開開關(guān)并聯(lián)構(gòu)成。
[0007]整流電路由三個單相H橋電路構(gòu)成，所述的單相H橋電路的橋臂上為兩個全控型IGBT開關(guān)管串聯(lián)，所述的三個單相H橋電路中由第一 IGBT開關(guān)管的集電極相連接形成整流電路的正向輸出端，由第二 IGBT開關(guān)管的集電極相連接形成整流電路的負(fù)向輸出端。
[0008]所述的有功消耗電路包括負(fù)載電阻和全控型IGBT開關(guān)管，二者串聯(lián)在整流電路的輸出端。
[0009]所述的濾波電路包括有兩個電感和一個電容構(gòu)成的π型濾波電路。
[0010]所述的第一三相雙繞組隔離變壓器和第二三相雙繞組隔離變壓器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與整流電路完全相同。[0011]還包括第一三相雙繞組隔離變壓器和第二三相雙繞組隔離變壓器，第一三相雙繞組隔離變壓器串聯(lián)在第一大功率逆變器的輸出端和發(fā)電機(jī)電力輸出端之間，第二三相雙繞組隔離變壓器串聯(lián)在第二大功率逆變器的輸出端和電力系統(tǒng)的電力輸入端之間。
[0012]所述的整流電路輸出端并聯(lián)有一個穩(wěn)壓電容。
[0013]本實用新型采用大功率電力電子變流器和固態(tài)開關(guān)安裝在風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)之間，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生臨時短路故障而造成電網(wǎng)電壓下降時，快速提供有功功率和無功功率支撐，以維持風(fēng)機(jī)定子側(cè)并網(wǎng)點電壓恒定，從而保證風(fēng)機(jī)不脫網(wǎng)，且穩(wěn)定并網(wǎng)運行，同時有利于電網(wǎng)電壓及頻率的恢復(fù)及穩(wěn)定。不僅解決了風(fēng)力發(fā)電中存在的低電壓穿越這一技術(shù)難題。而且起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、抑制系統(tǒng)電壓波動、提高電能質(zhì)量的作用，同時降低網(wǎng)絡(luò)損耗，增加風(fēng)電廠發(fā)電，降低對風(fēng)機(jī)設(shè)備的沖擊，更能避免風(fēng)電機(jī)組同時全部切除的情況。并且該系統(tǒng)三相完全獨立控制，可有效應(yīng)對對稱和非對稱故障情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的使用結(jié)構(gòu)電路原理框圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置(即低壓穿越校正裝置2)，低電壓調(diào)控裝置2部分通過端子A、B與整個系統(tǒng)并聯(lián)。低壓穿越校正裝置2包括固態(tài)開關(guān)4、濾波電路5、整流電路6、有功消耗電路、第一大功率逆變器7和第二大功率逆變器8，所述的固態(tài)開關(guān)4一端連接發(fā)電機(jī)定子側(cè)輸出端，另一端連接電網(wǎng)3接入端，所述的濾波電路5、整流電路6、有功消耗電路、第一大功率逆變器7和第二大功率逆變器8依次分別與固態(tài)開關(guān)4并聯(lián)連接，所述的第一大功率逆變器7的輸出端連接發(fā)電機(jī)電力輸出端A，第二大功率逆變器的輸出端連接電力系統(tǒng)的電力輸入端B。
[0016]所述的固態(tài)開關(guān)4由兩個反并聯(lián)的晶閘管與一個常開開關(guān)并聯(lián)構(gòu)成。可以實時根據(jù)圖供電電網(wǎng)的電力情況做出對應(yīng)開關(guān)動作。
[0017]整流電路6由三個單相H橋電路構(gòu)成，所述的單相H橋電路的橋臂上為兩個全控型IGBT開關(guān)管串聯(lián)，第一全控型IGBT開關(guān)管和第二全控型IGBT開關(guān)管。所述的三相中每個單相H橋電路中的第一全控型IGBT開關(guān)管的集電極相連接形成整流電路的正向輸出端，第二全控型IGBT開關(guān)管的集電極相連接形成整流電路的負(fù)向輸出端。所述的有功消耗電路包括負(fù)載電阻R和全控型IGBTl開關(guān)管，二者串聯(lián)在整流電路6的輸出端之間，優(yōu)選的在整流電路6的輸出端還可以設(shè)置一穩(wěn)壓電容(圖中未示出)，使整流電路輸出電流更加穩(wěn)定。本實用新型直接從發(fā)電機(jī)定子側(cè)獲取能量，通過大功率整流裝置獲得穩(wěn)定的直流母線電壓，避免了附加直流儲能設(shè)備所帶來的體積、成本、安裝和運行維護(hù)等方面的投入。
[0018]所述的濾波電路5包括有兩個電感和一個電容Cl構(gòu)成的型濾波電路，用來消除逆變器高頻變換時產(chǎn)生的高次諧波，以得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。
[0019]所述的第一大功率逆變器7和第二大功率逆變器8與整流電路6的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完全相同。用于提供的直流母線電壓進(jìn)行功率變換，以產(chǎn)生無功補(bǔ)償電壓。
[0020]還包括第一三相雙繞組隔離變壓器9和第二三相雙繞組隔離變壓器10，所述隔離變壓器的變比取1:1。第一三相雙繞組隔離變壓器9串聯(lián)在第一大功率逆變器7的輸出端和發(fā)電機(jī)I電力輸出端之間，第二三相雙繞組隔離變壓器10串聯(lián)在第二大功率逆變器8的輸出端和電力系統(tǒng)3的電力輸入端之間。
[0021]本實用新型具體工作原理簡述如下:電網(wǎng)正常運行期間，低電壓調(diào)控裝置2通過固態(tài)開關(guān)4被旁路。因為發(fā)電機(jī)靠轉(zhuǎn)差率調(diào)整負(fù)荷，發(fā)電機(jī)定子頻率由電網(wǎng)頻率決定，在運行過程中要吸收大量無功功率，第一大功率逆變器7可對風(fēng)機(jī)快速提供無功功率支撐，維持風(fēng)力發(fā)電電源接入點電壓A的穩(wěn)定。當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)故障而產(chǎn)生電壓暫降時，固態(tài)開關(guān)4迅速動作，低電壓調(diào)控裝置B全部被投入電路。當(dāng)電網(wǎng)故障發(fā)生時，為了不損壞風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運行以及造成大規(guī)模有功功率的浪費，風(fēng)機(jī)組保持在網(wǎng)正常運行并且提供恒定的有功功率輸出，即此時A點電壓恒定，B點電壓降低(幅值為0.2piTlpu)，故障信號通過控制固體開關(guān)4中的雙向晶閘管導(dǎo)通使得低壓調(diào)控裝置2全部投入電路:此時由于風(fēng)電機(jī)組I正常運行，為了維持整個系統(tǒng)的動態(tài)功率平衡，風(fēng)電機(jī)組I提供的有功功率由整流電路6整流以后提供給負(fù)載R消耗，并且此時整流電路6向AB兩個端子之間注入無功，可看作注入反向電壓用來維持端子A電壓的恒定，使風(fēng)電機(jī)組正常運行。并且同時通過控制第二大功率逆變器8的全控器件的脈沖信號向系統(tǒng)注入有功功率，給電網(wǎng)提供有功功率的調(diào)節(jié)、支撐與反饋，已達(dá)到整個系統(tǒng)功率的動態(tài)平衡。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，固體開關(guān)4中的雙向晶閘管導(dǎo)通使得低壓調(diào)控裝置2中的整流電路6和第二大功率逆變器8被旁路，封鎖脈沖發(fā)送，并退出運行。
【權(quán)利要求】
1.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置，其特征在于:包括固態(tài)開關(guān)、濾波電路、整流電路、有功消耗電路、第一大功率逆變器和第二大功率逆變器，所述的固態(tài)開關(guān)一端連接發(fā)電機(jī)定子側(cè)輸出端，另一端連接電網(wǎng)接入端，所述的濾波電路、整流電路、有功消耗電路、第一大功率逆變器和第二大功率逆變器依次分別與固態(tài)開關(guān)并聯(lián)連接，所述的第一大功率逆變器的輸出端連接發(fā)電機(jī)電力輸出端，第二大功率逆變器的輸出端連接電力系統(tǒng)的電力輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置，其特征在于:所述的固態(tài)開關(guān)由兩個反并聯(lián)的晶閘管與一個常開開關(guān)并聯(lián)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置，其特征在于:整流電路由三個單相H橋電路構(gòu)成，所述的單相H橋電路的橋臂上為兩個全控型IGBT開關(guān)管串聯(lián)，所述的三個單相H橋電路中由第一 IGBT開關(guān)管的集電極相連接形成整流電路的正向輸出端，由第二 IGBT開關(guān)管的集電極相連接形成整流電路的負(fù)向輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置，其特征在于:所述的有功消耗電路包括負(fù)載電阻和全控型IGBT開關(guān)管，二者串聯(lián)在整流電路的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置，其特征在于:所述的濾波電路包括有兩個電感和一個電容構(gòu)成的π型濾波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置，其特征在于:還包括第一三相雙繞組隔離變壓器和第二三相雙繞組隔離變壓器，第一三相雙繞組隔離變壓器串聯(lián)在第一大功率逆變器的輸出端和發(fā)電機(jī)電力輸出端之間，第二三相雙繞組隔離變壓器串聯(lián)在第二大功率逆變器的輸出端和電力系統(tǒng)的電力輸入端之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置，其特征在于:所述的第一三相雙繞組隔離變壓器和第二三相雙繞組隔離變壓器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與整流電路完全相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置，其特征在于:所述的整流電路輸出端并聯(lián)有一個穩(wěn)壓電容。
【文檔編號】H02J3/38GK203617721SQ201320610010
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】申燕飛, 劉湘笠, 李宗 , 劉存凱, 唐旻, 張亮, 宋文卓, 董平先, 金曼, 郭新菊, 席小娟, 路曉軍, 郭正位, 張少輝, 齊道坤, 景川 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院