一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電系統(tǒng)故障保護裝置，尤其是一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置，屬于風力發(fā)電技術領域。
【背景技術】
[0002]目前基于柔性直流輸電的風電場中，會遭受由于直流輸電系統(tǒng)出現(xiàn)短路或者由于直流輸電線路電壓瞬時跌落導致的過流故障，影響著風電場中風力發(fā)電機及其變流器的暫態(tài)穩(wěn)定性，嚴重時還會發(fā)生風電場脫網(wǎng)現(xiàn)象，造成大范圍停電事故。根據(jù)國家有關風電場并網(wǎng)標準，要求在一定的電壓跌落時，風電場能夠聯(lián)網(wǎng)運行。同時會遭受由于突變風速的影響而導致直流輸電線路電壓波動以及由于輸電系統(tǒng)斷路導致的過壓現(xiàn)象，影響著風電場的暫態(tài)穩(wěn)定性和供電質量。上述問題嚴重制約著基于柔性直流輸電系統(tǒng)的風電發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的在于:針對上述問題，提出一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置，實現(xiàn)在任意風速情況下當直流輸電線路發(fā)生過流和過壓故障、電壓波動時對風電場的風力發(fā)電機及其變流器進行保護。
[0004]本發(fā)明一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置，包括限流平波器、緩沖保護器、主回路開關、卸荷回路、卸荷開關及功率二極管，其特征在于:所述限流平波器一端與風電場送端站的直流輸出端連接，另一端分別與所述緩沖保護器和所述卸荷回路連接；所述緩沖保護器另一端與所述主回路開關相連；所述主回路開關另一端分別與直流輸電線路和所述功率二極管相連；所述卸荷回路另一端分別與所述卸荷開關和所述功率二極管相連；所述卸荷開關另一端接地。
[0005]所述限流平波器包括大容量直流電抗器和與之并聯(lián)的二極管，實現(xiàn)直流輸電線路的限流和電流平波功能。
[0006]所述緩沖保護器包括小容量直流電抗器和與之并聯(lián)的二極管，進行直流輸電線路的限流，實現(xiàn)保護主回路開關的功能。
[0007]所述卸荷回路包括多個由卸荷電阻和直流開關串聯(lián)形成的支路。
[0008]所述限流平波器、緩沖保護器、主回路開關、功率二極管和卸荷回路組成過流保護回路，實現(xiàn)過流故障時的風電場保護功能。
[0009]所述限流平波器、卸荷回路和卸荷開關組成過壓保護回路，實現(xiàn)過壓故障和電壓波動時的風電場保護功能。
[0010]所述功率二極管在過流保護時用于連接所述卸荷回路和直流輸電線路，在過壓保護時用于隔離所述卸荷回路和直流輸電線路。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:當直流輸電線路發(fā)生過流故障時，通過限流平波器進行故障電流的限制和濾波，同時通過控制主回路開關和卸荷回路，能夠實現(xiàn)風電場在任意風速下的過流保護功能；當直流輸電線路發(fā)生過壓或電壓波動時，通過控制卸荷開關和卸荷回路，吸收多余的風電功率，實現(xiàn)任意風速下風電場側電壓的穩(wěn)定功能。本發(fā)明具有成本低、損耗小、性價比高等優(yōu)點，確保風電場柔性直流輸電系統(tǒng)可靠安全運行。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的拓撲結構示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的控制策略示意圖。
[0014]其中，1-風電場送端站直流輸出端，2-限流平波器，3-緩沖保護器，4-主回路開關，5-卸荷回路，6-卸荷開關，7-功率二極管，8-直流輸電線路，9-控制輸入，10-控制器，Il-PWM生成器，12-選擇器。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0016]如附圖1所示，本發(fā)明一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置，包括限流平波器2、緩沖保護器3，主回路開關4，卸荷回路5，卸荷開關6及功率二極管7，該故障保護裝置的兩側分別為風電場送端站直流輸出端I和直流輸電線路8。
[0017]限流平波器2由大容量的直流電抗器Zw和與之并聯(lián)的二極管化組成，實現(xiàn)直流輸電線路8的限流和電流平波功能。
[0018]緩沖保護器3由小容量的直流電抗器ZJP與之并聯(lián)的二極管仏組成，進行直流輸電線路8的限流，實現(xiàn)保護主回路開關的功能。
[0019]限流平波器2中的電抗器Zw和緩沖保護器3中的電抗器Ls,可以限制故障電流突變，并能實現(xiàn)主回路開關4和卸荷開關6工作時的平波功能，從而減少電流諧波含量，降低發(fā)電機損耗，提聞系統(tǒng)效率。
[0020]主回路開關4、卸荷開關6均為IGBT模塊。
[0021]卸荷回路5包括N個由直流開關毛和卸荷電阻巧串聯(lián)形成的支路(i=l，N)。
[0022]所述限流平波器2、緩沖保護器3、主回路開關4、卸荷回路5和功率二極管7組成過流保護回路，實現(xiàn)過流故障時的風電場保護功能。所述限流平波器2、卸荷回路5和卸荷開關6組成過壓保護回路，實現(xiàn)過壓故障和電壓波動時的風電場保護功能。
[0023]具體工作過程如下:
當直流輸電系統(tǒng)正常工作時，主回路開關4閉合，卸荷開關6打開，電流從風電場送端站直流輸出端I流經(jīng)限流平波器2、緩沖保護器3和主回路開關4，經(jīng)過直流輸電線路8輸出功率。由于限流平波器2中的電抗器Zw的內(nèi)阻/ζ和緩沖保護器3中的電抗器Zs的內(nèi)阻Rs以及主回路開關4的通態(tài)內(nèi)阻較小，電壓降落可以忽略，因此電抗器ZjP電抗器寸穩(wěn)態(tài)直流電流沒有影響，從而在系統(tǒng)正常工作時，本發(fā)明故障保護裝置對系統(tǒng)幾乎無任何影響，損耗小。
[0024]當直流輸電線路8發(fā)生過流故障時，卸荷開關6打開，限流平波器2和緩沖保護器3對故障電流進行限流和濾波，同時開通卸荷回路5，以減輕主回路開關4和緩沖保護器3的電流壓力；卸荷回路5投入的分支數(shù)量取決于當前風電場輸出的功率，功率越大，投入的分支越多。電流從風電場送端站直流輸出端I流經(jīng)限流平波器2，然后兵分兩路:一路經(jīng)緩沖保護器3、主回路開關4 ;另一路經(jīng)卸荷回路5和功率二極管7，兩路匯總至直流輸電線路8。通過控制主回路開關4和卸荷回路5，實現(xiàn)風電場送端站直流輸出端I的電壓穩(wěn)定，從而實現(xiàn)在各種風速下對風電場過流保護的功能。
[0025]當直流輸電線路8發(fā)生過壓故障和電壓波動時，主回路開關4閉合，同時開通卸荷回路5，卸荷回路5投入的分支數(shù)量也取決于當前風電場輸出的功率，功率越大，投入的分支越多。電流從風電場送端站直流輸出端I流經(jīng)限流平波器2，然后兵分兩路:一路經(jīng)卸荷回路5、卸荷開關6接地，此時功率二極管7將卸荷回路5與直流輸電線路8隔離；另一路經(jīng)緩沖保護器3、主回路開關4輸至直流輸電線路8。通過控制卸荷回路5和卸荷開關6，以確保風電場送端站直流輸出端I的電壓穩(wěn)定，實現(xiàn)過壓故障和電壓波動時的風電場保護功倉泛。
[0026]下面結合附圖2對本發(fā)明一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置的控制策略作進一步說明。
[0027]如圖2所示，本發(fā)明一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置，其控制框圖包括控制輸入9，控制器10，PWM生成器11，選擇器12。在控制輸入9中，把風電場送端站直流輸出端I的電壓作為反饋輸入，跟蹤其參考值?，兩者的誤差信號經(jīng)過控制器10進行處理，送入PWM生成器11生成PWM信號，該信號經(jīng)過選擇器12，選擇器12依據(jù)系統(tǒng)故障類型(過流、過壓/電壓波動)，分別協(xié)同控制主回路開關4、卸荷開關6和卸荷回路5中的h (i=l, N)，直至風電場送端站直流輸出端I的電壓穩(wěn)定在Vref。
【主權項】
1.一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置，包括限流平波器、緩沖保護器、主回路開關、卸荷回路、卸荷開關及功率二極管，其特征在于:所述限流平波器一端與風電場送端站的直流輸出端連接，另一端分別與所述緩沖保護器和所述卸荷回路連接；所述緩沖保護器另一端與所述主回路開關相連；所述主回路開關另一端分別與直流輸電線路和所述功率二極管相連；所述卸荷回路另一端分別與所述卸荷開關和所述功率二極管相連；所述卸荷開關另一端接地。
2.根據(jù)權利要求1所述一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置，其特征在于:所述限流平波器包括大容量直流電抗器和與之并聯(lián)的二極管，實現(xiàn)直流輸電線路的限流和電流平波功能。
3.根據(jù)權利要求1所述一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置，其特征在于:所述緩沖保護器包括小容量直流電抗器和與之并聯(lián)的二極管，進行直流輸電線路的限流，實現(xiàn)保護主回路開關的功能。
4.根據(jù)權利要求1所述一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置，其特征在于:所述卸荷回路包括多個由直流開關和卸荷電阻串聯(lián)形成的支路。
5.根據(jù)權利要求1所述一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置，其特征在于:所述限流平波器、緩沖保護器、主回路開關、卸荷回路和功率二極管組成過流保護回路，實現(xiàn)過流故障時的風電場保護功能。
6.根據(jù)權利要求1所述一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置，其特征在于:所述限流平波器、卸荷回路和卸荷開關組成過壓保護回路，實現(xiàn)過壓故障和電壓波動時的風電場保護功能。
7.根據(jù)權利要求1所述一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置，其特征在于:所述功率二極管在過流保護時用于連接所述卸荷回路和直流輸電線路，在過壓保護時用于隔離所述卸荷回路和直流輸電線路。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護裝置，屬于風力發(fā)電技術領域。該裝置包括限流平波器、緩沖保護器、主回路開關、卸荷回路、卸荷開關及功率二極管。所述限流平波器一端與風電場送端站的直流輸出端連接，另一端分別與所述緩沖保護器和所述卸荷回路連接；所述緩沖保護器另一端與所述主回路開關相連；所述主回路開關另一端分別與直流輸電線路和所述二極管相連；所述卸荷回路另一端分別與所述卸荷開關和所述功率二極管相連；所述卸荷開關另一端接地。本發(fā)明可實現(xiàn)任意風速下直流輸電線路發(fā)生過流和過壓故障及電壓波動時對風電場的保護，具有成本低、損耗小、性價比高等優(yōu)點，確保風電場柔性直流輸電系統(tǒng)可靠安全運行。
【IPC分類】H02H9-04, H02H9-02
【公開號】CN104701832
【申請?zhí)枴緾N201510127187
【發(fā)明人】閆紹敏
【申請人】曲阜師范大學, 褚曉廣
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月23日