專利名稱：一種恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及ー種恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越裝置。
技術(shù)背景隨著風(fēng)カ發(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)入了快速發(fā)展期。風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量、風(fēng)電場規(guī)模以及風(fēng)カ發(fā)電在電力系統(tǒng)中所占的份額都逐漸増大。大規(guī)模的風(fēng)カ發(fā)電并入電網(wǎng)對電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行調(diào)度、分析控制、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和電能質(zhì)量均產(chǎn)生了一定的影響。為了促進(jìn)風(fēng)電場的有序開發(fā)，保證電カ系統(tǒng) 的安全穩(wěn)定運(yùn)行，歐洲、北美、澳大利亞等地區(qū)的ー些電カ協(xié)會(huì)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)電場接入電カ系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定。各國的風(fēng)電場并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定涉及到ー些共性問題，包括功率控制、無功電壓控制、低電壓穿越能力等，對風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)提出了具體要求，其中風(fēng)電機(jī)組具備低電壓穿越能力是對風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)的巨大挑戰(zhàn)，因此迫切需要ー種裝置來解決目前在風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域存在的問題。目前，針對恒速恒頻異步風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越裝置還比較少，有ー些學(xué)者提出了一種基于動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(Dynamic Voltage Restorer, DVR)原理的恒速恒頻異步風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越裝置。如附圖I所示，在風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)系統(tǒng)之間串聯(lián)接入ー套DVR裝置，此裝置主要包括以下模塊模塊I是充電回路交流電源(或不配備此部分)，模塊2是DVR背靠背H橋換流器，模塊3是放電IGBT緩沖吸收回路，模塊4是DVR輸出低通濾波器。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組正常并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，通過控制模塊2里面的兩個(gè)上橋臂IGBT常通或者兩個(gè)下橋臂IGBT常通與續(xù)流ニ極管一起形成交流通路，使得換流器輸出零電壓，電網(wǎng)系統(tǒng)與風(fēng)電機(jī)組通過開關(guān)器件直接交換有功和無功，其他部分不參與工作。一旦發(fā)生電網(wǎng)系統(tǒng)電壓暫降，DVR的工作狀態(tài)立刻改變，完全補(bǔ)償電網(wǎng)系統(tǒng)電壓跌落值，也就是實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓不變，依然維持在正常工作電壓。這樣就不會(huì)使風(fēng)電機(jī)組欠壓保護(hù)動(dòng)作，從而成功實(shí)現(xiàn)低電壓穿越。在這種方案中，由電流與電壓參考方向不難發(fā)現(xiàn)，在電網(wǎng)系統(tǒng)故障時(shí)整個(gè)風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的有功功率有很大部分都流入了 DVR回路，從而引起DVR直流電壓的升高，需要通過合適的控制對換流器直流母線電壓放電，通常采用脈寬調(diào)制方式(PWM)控制放電IGBT來實(shí)現(xiàn)，最終這些有功功率通過與電容器并聯(lián)的放電電阻消耗。電網(wǎng)系統(tǒng)故障恢復(fù)后，DVR裝置停止補(bǔ)償電壓工作狀態(tài)，繼續(xù)工作在模塊2中的IGBT與續(xù)流ニ極管所構(gòu)成的交流通路模式。通過這樣的工作流程實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越。基于DVR的這種方案有較多缺點(diǎn)。第一，正常工作狀態(tài)電カ電子器件始終要工作在風(fēng)電機(jī)組額定輸出電流下，這樣對IGBT的器件要求很高，成本會(huì)驟然升高，而這ー缺點(diǎn)是這種串聯(lián)DVR方案所無法克服的；第二，僅從適用的電カ電子器件個(gè)數(shù)上也不難發(fā)現(xiàn)，這種DVR的控制方案使用全控器件IGBT較多，這必然會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)的復(fù)雜以及裝置成本的提高；第三，這種控制方式需要換流器建立穩(wěn)定的直流電壓，而換流器直流電壓的建立需要有ー個(gè)獨(dú)立的直流充電回路或者在電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)依靠風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的有功來建立，前者會(huì)大大增加這套裝置的成本與占地面積，后者則會(huì)使控制復(fù)雜，并且兩者又都需要在風(fēng)電機(jī)組向DVR裝置 饋入有功時(shí)通過放電回路抑制過電壓，維持直流電壓穩(wěn)定，這樣一來直流穩(wěn)壓控制的難度又有所増加。以上這幾點(diǎn)都說明了基于DVR原理的低電壓穿越裝置在裝置成本、控制復(fù)雜性、工程改造實(shí)施難度等方面存在較多的不足與欠缺
實(shí)用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越裝置，可保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)情況下風(fēng)電機(jī)組的正常并網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)電壓暫降期間風(fēng)能的快速消耗及故障恢復(fù)后風(fēng)電機(jī)組有功潮流輸送的恢復(fù)，滿足風(fēng)電場、風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)的技術(shù)要求。所述電壓跌落故障是指當(dāng)電網(wǎng)三相電壓任ー相電壓小于Vl時(shí)的現(xiàn)象稱為系統(tǒng)壓跌落故障；系統(tǒng)電壓恢復(fù)是指三相電壓恢復(fù)到幅值V2時(shí)，認(rèn)為系統(tǒng)電壓恢復(fù)。Vl小于V2，具體幅值由現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用確定。本實(shí)用新型提供的一種恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越裝置，其改進(jìn)之處在于，在電網(wǎng)系統(tǒng)和風(fēng)電機(jī)組之間串聯(lián)接入開關(guān)；在所述開關(guān)和風(fēng)電機(jī)組之間并聯(lián)接入串聯(lián)的接觸器和無功補(bǔ)償模塊；在所述接觸器和無功補(bǔ)償模塊之間并聯(lián)接入有功吸收回路。其中，所述無功補(bǔ)償模塊包括并聯(lián)電容器組。其中，所述有功吸收回路包括電抗器、三相不可控整流橋和放電電路；所述電抗器與所述三相不可控整流橋串聯(lián)后與所述放電電路并聯(lián)。其中，所述有功吸收回路包括電抗器、放電電阻、三相不可控整流橋、放電IGBT和IGBT緩沖吸收電路；所述電抗器依次與所述放電電阻和所述三相不可控整流橋串聯(lián)，所述三相不可控整流橋依次與所述放電IGBT及IGBT緩沖吸收電路并聯(lián)。其中，在所述接觸器和所述無功補(bǔ)償模塊之間并聯(lián)接入避雷器。其中，所述開關(guān)與所述放電電阻置于同一風(fēng)道內(nèi)。其中，所述放電電路包括放電電阻、放電IGBT、IGBT緩沖吸收電路和續(xù)流ニ極管；所述放電電阻和所述續(xù)流ニ極管并聯(lián)后與所述放電IGBT串聯(lián)；所述放電IGBT與所述IGBT緩沖吸收電路并聯(lián)。其中，所述IGBT緩沖吸收電路包括電阻、電容和ニ極管；所述電阻和所述電容串聯(lián)，所述ニ極管與所述電阻并聯(lián)。其中，所述IGBT緩沖吸收電路包括電阻、電容和ニ極管；所述電阻和所述電容串聯(lián)，所述ニ極管與所述電阻并聯(lián)。與現(xiàn)有技術(shù)比，本實(shí)用新型的有益效果為本實(shí)用新型避免了風(fēng)電機(jī)組的頻繁投切。本實(shí)用新型所用全控器件較少，成本較低。本實(shí)用新型控制系統(tǒng)簡單易實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型工作時(shí)，不需要獨(dú)立外加充電電源。本實(shí)用新型裝置占地很小，通常不超過一個(gè)屏柜的位置，利于對現(xiàn)有機(jī)組的改造。本實(shí)用新型的裝置所用的電カ電子器件成本低，降低了成套裝置的綜合造價(jià)，兼顧經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性，具有較好的應(yīng)用前景。[0022]本實(shí)用新型的接觸器控制避雷器、無功補(bǔ)償模塊和有功吸收電路是否投入到整個(gè)系統(tǒng)中，如果避雷器、無功補(bǔ)償模塊和有功吸收電路出現(xiàn)故障，可通過斷開接觸器將此部分退出系統(tǒng)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。本實(shí)用新型安裝低電壓穿越綜合調(diào)控裝置后，起到了抑制電網(wǎng)系統(tǒng)電壓暫降給風(fēng)電機(jī)組帶來的影響。同時(shí)增強(qiáng)風(fēng)電廠的供電可靠性，更能減少同一風(fēng)電機(jī)組內(nèi)的風(fēng)機(jī)由于電網(wǎng)系統(tǒng)電壓暫降而被迫全部切除的情況，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，將帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。

圖I為現(xiàn)有的低電壓穿越裝置圖2為本實(shí)用新型提供的低電壓穿越裝置結(jié)構(gòu)圖一圖3為本實(shí)用新型提供的低電壓穿越裝置結(jié)構(gòu)圖ニ圖4為本實(shí)用新型提供的低電壓穿越裝置結(jié)構(gòu)圖三圖5為本實(shí)用新型提供的對低電壓穿越裝置控制流程圖。圖中，I為開關(guān)，2為吸收電路，3為無功補(bǔ)償模塊，4為避雷器，5為風(fēng)電機(jī)組，R為放電電阻，Rl為電阻。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。實(shí)施例一如圖2所示，本實(shí)施例的低電壓穿越裝置是在電網(wǎng)系統(tǒng)和風(fēng)電機(jī)組之間串聯(lián)接入開關(guān)；在開關(guān)和風(fēng)電機(jī)組之間并聯(lián)接入串聯(lián)的接觸器和無功補(bǔ)償模塊；在接觸器和無功補(bǔ)償模塊之間并聯(lián)接入有功吸收回路。開關(guān)為電子式開關(guān)或機(jī)械式開關(guān)，電子式開關(guān)包括反并聯(lián)晶閘管或者反并聯(lián)GT0。機(jī)械式開關(guān)包括機(jī)械式快速開關(guān)等。本實(shí)施例以反并聯(lián)晶閘管閥為例，用于在電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)電壓暫降故障時(shí)切斷風(fēng)電機(jī)組向電網(wǎng)系統(tǒng)饋入有功的通道，并在電網(wǎng)系統(tǒng)電壓恢復(fù)后快速將風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)系統(tǒng)連通。無功補(bǔ)償模塊為并聯(lián)電容器組，用于補(bǔ)償風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)需要的無功功率。有功吸收回路用于吸收當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)電壓暫降、所述開關(guān)斷開后，風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的有功功率。具體的，如圖2所示，三相電網(wǎng)的端線設(shè)為A、B和C，在風(fēng)電機(jī)組和電網(wǎng)系統(tǒng)之間、靠近電網(wǎng)系統(tǒng)的地方串聯(lián)反并聯(lián)晶閘管閥，晶閘管閥包括3組反并聯(lián)晶閘管，分別串聯(lián)在端線A、B和C上。在反并聯(lián)晶閘管閥和風(fēng)電機(jī)組之間并聯(lián)接入三相接觸器，通過動(dòng)カ線Al、BI和Cl連接。三相接觸器另一端與動(dòng)カ線A2、B2和C2連接。無功補(bǔ)償電容器組連接到動(dòng)カ線A2、B2和C2上。無功補(bǔ)償電容器組包括3組電容，3組電容并聯(lián)接于動(dòng)カ線A2、B2和C2上。在接觸器和無功補(bǔ)償電容器組之間并聯(lián)接入有功吸收回路，通過動(dòng)カ線A3、B3和C3連接。有功吸收回路包括電抗器、三相不可控整流橋和放電電路；3個(gè)電抗器，每個(gè)電抗器ー邊與三相不可控整流橋串聯(lián)后，與所述放電電路并聯(lián)，另ー邊與動(dòng)カ線A3、B3和C3連接。本實(shí)施例所說的放電電路包括放電電阻R、續(xù)流ニ極管、放電IGBTjP IGBT緩沖吸收電路；放電電阻R和續(xù)流ニ極管并聯(lián)后與放電IGBT串聯(lián)，放電IGBT及IGBT緩沖吸收電路并聯(lián)。放電電阻R旁邊的續(xù)流ニ極管是為了抑制回路中雜散電感產(chǎn)生的過電壓，提供續(xù)流通路，續(xù)流ニ極管陰極與正母線相連，陽極與IGBT集電極相連。一旦故障檢測回路檢測到電網(wǎng)系統(tǒng)電壓恢復(fù)，反并聯(lián)晶閘管立即投入，IGBT立刻閉鎖使有功吸收電路停止有功吸收。本實(shí)施例所說的IGBT緩沖吸收電路包括電阻R1、電容和ニ極管；電阻Rl和電容串聯(lián)，ニ極管與所述電阻Rl并聯(lián)。緩沖吸收電路有效抑制了放電IGBT關(guān)斷浪涌電壓與開通沖擊電流。低電壓穿越裝置的電子開關(guān)器件可采用風(fēng)冷散熱方案，有功吸收部分的放電電阻可置于同一風(fēng)道內(nèi)，無需單獨(dú)配置散熱措施；或者采用熱管散熱方式。本實(shí)施例對低電壓穿越裝置的控制方法示意圖如圖5所示，具體包括如下步驟(I)所述接觸器閉合；
·[0039](2)判斷電網(wǎng)系統(tǒng)是否出現(xiàn)電壓暫降故障，若沒有出現(xiàn)故障，則閉合所述開關(guān)，電網(wǎng)系統(tǒng)和風(fēng)電機(jī)組之間連通；若出現(xiàn)電壓暫降故障，進(jìn)行步驟⑶；(3)斷開所述開關(guān)，控制器控制放電IGBT導(dǎo)通，有功吸收回路吸收風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的有功功率；無功補(bǔ)償模塊補(bǔ)償風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)需要的無功功率；若檢測到電網(wǎng)系統(tǒng)三相電壓恢復(fù)，進(jìn)行步驟(4)；(4)閉合所述開關(guān)，閉鎖放電IGBT，禁止有功吸收回路工作，恢復(fù)風(fēng)電機(jī)組和電網(wǎng)系統(tǒng)之間的能量交換通道。對放電IGBT的解鎖控制，是根據(jù)檢測到的電網(wǎng)系統(tǒng)電壓跌落深度產(chǎn)生相應(yīng)的PWM放電觸發(fā)脈沖，使風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的有功功率消耗在放電電阻R上，確保機(jī)端電壓幅值滿足并網(wǎng)條件。因電網(wǎng)系統(tǒng)電壓暫降故障期間時(shí)間通常非常短暫(幾十毫秒左右)，風(fēng)電機(jī)組慣性較大，風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速變化非常小，幾乎為同步轉(zhuǎn)速，在電網(wǎng)系統(tǒng)電壓恢復(fù)后，風(fēng)電機(jī)組可以重新向電網(wǎng)系統(tǒng)輸送有功功率。通過這樣的過程可以使風(fēng)電機(jī)組順利穿越低電壓狀態(tài)。實(shí)施例ニ本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，區(qū)別點(diǎn)在于本實(shí)施例的有功吸收回路具有另ー種形式，如圖3所示。即包括電抗器、三相不可控整流橋、放電電阻、放電IGBT和IGBT緩沖吸收電路；3個(gè)電抗器，每個(gè)電抗器依次與所述放電電阻和所述三相不可控整流橋串聯(lián)，所述三相不可控整流橋與所述放電IGBT并聯(lián)，所述放電IGBT與所述IGBT緩沖吸收電路并聯(lián)。對裝置的控制方法和實(shí)施例——樣。實(shí)施例三為了抑制風(fēng)電機(jī)組機(jī)端過電壓，本實(shí)施例在實(shí)施例一或?qū)嵤├说幕A(chǔ)之上在接觸器和并聯(lián)電容器之間并聯(lián)接入避雷器，如圖4 (以實(shí)施例一的有功吸收回路形式為例)所示。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組機(jī)端過電壓時(shí)，避雷器與地連接，避免風(fēng)電機(jī)組機(jī)端過電壓，將硬件燒壞。避雷器放置電路中，通過動(dòng)カ線A2、B2、C2與三相接觸器連接。無功補(bǔ)償電容器和有功吸收回路通過動(dòng)カ線A3、B3、C3與動(dòng)カ線A2、B2、C2連接。對于電路其他控制方法，均與實(shí)施例一或?qū)嵤├嗤?。最后?yīng)該說明的是結(jié)合上述實(shí)施例僅說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對其限制。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解到本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換， 但這些修改或變更均在申請待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越裝置，其特征在于，在電網(wǎng)系統(tǒng)和風(fēng)電機(jī)組之間串聯(lián)接入開關(guān)；在所述開關(guān)和風(fēng)電機(jī)組之間并聯(lián)接入串聯(lián)的接觸器和無功補(bǔ)償模塊；在所述接觸器和無功補(bǔ)償模塊之間并聯(lián)接入有功吸收回路。
2.如權(quán)利要求I所述的低電壓穿越裝置，其特征在于，所述無功補(bǔ)償模塊包括并聯(lián)電容器組。
3.如權(quán)利要求I所述的低電壓穿越裝置，其特征在于，所述有功吸收回路包括電抗器、三相不可控整流橋和放電電路；所述電抗器與所述三相不可控整流橋串聯(lián)后與所述放電電路并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求I所述的低電壓穿越裝置，其特征在于，所述有功吸收回路包括電抗器、放電電阻、三相不可控整流橋、放電IGBT和IGBT緩沖吸收電路；所述電抗器依次與所述放電電阻和所述三相不可控整流橋串聯(lián)，所述三相不可控整流橋依次與所述放電IGBT及IGBT緩沖吸收電路并聯(lián)。
5.如權(quán)利要求I所述的低電壓穿越裝置，其特征在于，在所述接觸器和所述無功補(bǔ)償模塊之間并聯(lián)接入避雷器。
6.如權(quán)利要求I所述的低電壓穿越裝置，其特征在于，所述開關(guān)與所述放電電阻置于同一風(fēng)道內(nèi)。
7.如權(quán)利要求3所述的低電壓穿越裝置，其特征在于，所述放電電路包括放電電阻、放電IGBT、IGBT緩沖吸收電路和續(xù)流ニ極管；所述放電電阻和所述續(xù)流ニ極管并聯(lián)后與所述放電IGBT串聯(lián)；所述放電IGBT與所述IGBT緩沖吸收電路并聯(lián)。
8.如權(quán)利要求4所述的低電壓穿越裝置，其特征在于，所述IGBT緩沖吸收電路包括電阻、電容和ニ極管；所述電阻和所述電容串聯(lián)，所述ニ極管與所述電阻并聯(lián)。
9.如權(quán)利要求7所述的低電壓穿越裝置，其特征在于，所述IGBT緩沖吸收電路包括電阻、電容和ニ極管；所述電阻和所述電容串聯(lián)，所述ニ極管與所述電阻并聯(lián)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越裝置，包括在電網(wǎng)和風(fēng)電機(jī)組之間串聯(lián)接入開關(guān)；在電網(wǎng)和風(fēng)電機(jī)組之間并聯(lián)接入接觸器和無功補(bǔ)償模塊；在接觸器和無功補(bǔ)償模塊之間并聯(lián)接入吸收回路。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)電壓跌落故障時(shí)，斷開開關(guān)在切斷風(fēng)電機(jī)組向系統(tǒng)饋入有功的通道，這時(shí)無功補(bǔ)償模塊補(bǔ)償風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)需要的無功功率，并且吸收回路吸收風(fēng)電機(jī)組故障時(shí)發(fā)出的有功功率。本實(shí)用新型起到了抑制系統(tǒng)電壓暫降給風(fēng)電機(jī)組帶來的影響。同時(shí)增加風(fēng)電廠發(fā)電的供電可靠性，降低由于系統(tǒng)發(fā)生故障對風(fēng)電機(jī)組設(shè)備產(chǎn)生的沖擊，更能減少風(fēng)電機(jī)組同時(shí)全部切除的情況，將帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號H02J3/38GK202424197SQ20112054831
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者李志偉, 楊武帝, 武丹, 渠學(xué)景, 王學(xué)軍, 王柯, 王軒, 趙士碩, 韓天緒 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 中電普瑞科技有限公司