專利名稱：一種具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種具備完美低電壓穿越功能的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器裝置，適用于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)力發(fā)電的迅速發(fā)展，風(fēng)電裝機(jī)容量不斷增大，在發(fā)電容量中所占的比例也不斷提高。當(dāng)電力系統(tǒng)中風(fēng)電裝機(jī)容量比例較大時(shí)，電力系統(tǒng)故障導(dǎo)致電壓跌落后，風(fēng)電場(chǎng)切除會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。有研究表明，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有低電壓穿越(LowVoltage Ride Through，LVRT)能力時(shí)，能提高整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此世界上風(fēng)電裝機(jī)比例較大的國(guó)家，如丹麥、德國(guó)、美國(guó)等頒布的風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)定中，都要求風(fēng)電機(jī)組都具備LVRT能力，保證電力系統(tǒng)發(fā)生故障后風(fēng)電機(jī)組能夠不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。
盡管各國(guó)對(duì)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的要求各不相同，但都包含如下幾個(gè)方面的內(nèi)容，以我國(guó)頒布的風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定(GBT_19963-2011)為例
a)風(fēng)電場(chǎng)必須具有在電壓跌至20%額定電壓時(shí)能夠維持并網(wǎng)運(yùn)行625ms的低電壓穿越能力；
b)風(fēng)電場(chǎng)電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)必須保持并網(wǎng)運(yùn)行；
c)風(fēng)電場(chǎng)升壓變高壓側(cè)電壓不低于額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)必須不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。d)有功功率在故障清除后應(yīng)快速恢復(fù)，自故障清除時(shí)刻開(kāi)始，以至少10%額定功率/秒的功率變化率恢復(fù)至故障前的值。e)當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓處于標(biāo)稱電壓的20% 90%區(qū)間內(nèi)時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)能夠通過(guò)注入無(wú)功電流支撐電壓恢復(fù)；自并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落出現(xiàn)的時(shí)刻起，動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制的響應(yīng)時(shí)間不大于75ms，持續(xù)時(shí)間應(yīng)不少于550ms。風(fēng)電場(chǎng)注入電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功電流IT彡I. 5X (O. 9-UT) IN，(O. 2彡UT彡O. 9)。其中UT為風(fēng)機(jī)機(jī)端并網(wǎng)點(diǎn)電壓有效值。如附圖I所示，目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)的雙饋?zhàn)兞髌髂壳翱梢酝ㄟ^(guò)在轉(zhuǎn)子側(cè)加入有源Crowbar (Active Crowbar)或直流母線加Chopper來(lái)使其具備LVRT能力，存在以下缺點(diǎn)一是控制比較復(fù)雜，穿越過(guò)程中需要從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，風(fēng)場(chǎng)電壓在恢復(fù)時(shí)存在的高電壓仍會(huì)使雙饋?zhàn)兞髌鞴收厦摼W(wǎng)，特別在風(fēng)場(chǎng)電壓不對(duì)稱跌落、雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步速時(shí)不容易順利穿越。二是這種方案還需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的密切配合，要實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)組的低電壓順利穿越是一件很復(fù)雜的事情。三是這種方案在電網(wǎng)電壓跌落會(huì)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)造成較大的轉(zhuǎn)矩沖擊和震蕩，影響機(jī)械部分的使用壽命甚至導(dǎo)致?lián)p壞。四是在有功功率恢復(fù)速度、動(dòng)態(tài)無(wú)功電流響應(yīng)速度和無(wú)功電流容量方面都很難滿足GBT_19963-2011的要求。因此設(shè)計(jì)一種能夠保證雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在任何電壓跌落情況下都能夠順利穿越的新型雙饋?zhàn)兞髌鳎瑢?duì)于電網(wǎng)和機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前傳統(tǒng)雙饋?zhàn)兞髌髟陔娋W(wǎng)電壓跌落進(jìn)行低電壓穿越時(shí)沖擊轉(zhuǎn)矩大、可靠性差等問(wèn)題，提供一種新穎的使雙饋風(fēng)電機(jī)組具有完美低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌骱推淇刂品椒ǎm用于各種雙饋發(fā)電機(jī)組。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種具備可靠低電壓穿越能力的新型雙饋?zhàn)兞髌?，設(shè)有A端口、B端口、C端口，其特征在于，雙饋?zhàn)兞髌靼ǘㄗ觽?cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC、網(wǎng)側(cè)變流器GSC、機(jī)側(cè)變流器RSC、直流卸荷單元DBU、并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK、暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM (Transient STATCOM)、AD/DC整流開(kāi)關(guān)ΕΚ、網(wǎng)側(cè)濾波器LB和控制器KZQ ;其中
定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC、AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK的一端以及并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK的一端通過(guò)A端口直接與雙饋發(fā)電機(jī)的定子連接；暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM的交流端由B端口與電網(wǎng)側(cè)連接；網(wǎng)側(cè)變流器GSC的交流側(cè)經(jīng)過(guò)濾波器LB通過(guò)B端口與電網(wǎng)連接，機(jī)側(cè)變流器RSC的交流側(cè)由C端口與雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，網(wǎng)側(cè)變流器GSC與機(jī)側(cè)變流器RSC之間為公共直流母線，直流卸荷單元DBU位于公共直流母線上；并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK串接在A端口與B端口之間；AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK的交流端通過(guò)A端口與定子側(cè)連接，直流端與公共直流母線連接；
所述的定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC、網(wǎng)側(cè)變流器GSC和機(jī)側(cè)變流器RSC、直流卸荷單元DBU、并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK、暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATC0M、AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK的工作狀態(tài)均受控于控制器KZQ。在本發(fā)明中，并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK包括晶閘管或功率器件組合后的雙向交流開(kāi)關(guān)DW，配有快速關(guān)斷電路，通過(guò)控制器KZQ進(jìn)行電流檢測(cè)和保護(hù)。在本發(fā)明中，所述的直流卸荷單元DBU由IGBT模塊與功率電阻R組成，所述的直流卸荷單元DBU同時(shí)連接在網(wǎng)側(cè)變流器GSC和機(jī)側(cè)變流器RSC的直流母線正負(fù)極之間。 在本發(fā)明中，所述暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM至少由兩組相同的無(wú)功電流補(bǔ)償基本單元并聯(lián)組成，每個(gè)基本單元由全控器件組成的三相PWM逆變器與濾波電感組成。在本發(fā)明中，所述的AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK為三相整流橋，三相整流橋采用不控整流橋或半控整流橋或采用全控整流橋；
采用不控整流橋時(shí)，其直流輸出將串聯(lián)IGBT等類型的可關(guān)斷器件，通過(guò)控制可關(guān)斷器件的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)AC/DC整流開(kāi)關(guān)的控制；
采用半控整流橋或全控整流橋時(shí)，直接通過(guò)橋臂上的功率器件的驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)AC/DC整流開(kāi)關(guān)的控制。在本發(fā)明中，所述的濾波器LB由電感、電容組成的Π型LCL濾波器或LC濾波器。在本發(fā)明中，定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC采用三相雙向可控硅或其他可控功率器件構(gòu)成的雙向交流開(kāi)關(guān)DW與功率電阻R組成；或采用三相不控整流橋ZL與直流卸荷單元DBU組成；或采用上述兩種結(jié)構(gòu)的復(fù)合形式。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)電網(wǎng)正常工作時(shí)，并網(wǎng)前禁止使能定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC、AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK以及暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM，啟動(dòng)網(wǎng)側(cè)變流器GSC和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC后，雙饋?zhàn)兞髌魈幱诙ㄗ与妷翰⒕W(wǎng)控制模式。當(dāng)控制并網(wǎng)斷路器兩側(cè)的定子電壓幅值、頻率、相位與電網(wǎng)電壓一致時(shí)合上快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK，此時(shí)雙饋?zhàn)兞髌鬟M(jìn)入并網(wǎng)功率控制模式。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落故障時(shí)，雙饋?zhàn)兞髌骺刂破鱇ZQ將快速檢測(cè)到電網(wǎng)電壓跌落，在Ims內(nèi)立即切斷快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK，使電網(wǎng)故障和雙饋發(fā)電機(jī)隔離，轉(zhuǎn)子側(cè)RSC控制策略將快速切換為定子電壓控制模式，使定子電壓的幅值和電網(wǎng)電壓跌落前相同，頻率及相位跟隨當(dāng)前電網(wǎng)電壓的變化。同時(shí)網(wǎng)側(cè)變流器GSC和暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM將根據(jù)跌落程度發(fā)出一定大小的無(wú)功電流，支持電網(wǎng)電壓快速恢復(fù)。定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC將根據(jù)主控下發(fā)的功率命令進(jìn)行控制，用于消耗風(fēng)電機(jī)組輸出的有功功率，使傳動(dòng)鏈不受任何沖擊，傳輸?shù)墓β时３制椒€(wěn)變化。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)，雙饋?zhàn)兞髌骺刂破鱇ZQ檢測(cè)到電 網(wǎng)電壓恢復(fù)到正常時(shí)，禁止定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC控制定子電壓與當(dāng)前電網(wǎng)的幅值、頻率、相位一致后，合上快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC控制模式由定子電壓控制模式切換為并網(wǎng)功率控制模式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有功功率可以快速恢復(fù)到跌落前的正常水平。按照我國(guó)頒布的風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定，風(fēng)電場(chǎng)電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)必須保持并網(wǎng)運(yùn)行。雙饋?zhàn)兞髌鲿?huì)記錄故障的持續(xù)時(shí)間，如果持續(xù)時(shí)間超過(guò)2s，雙饋?zhàn)兞髌鲗⑼Ｖ惯\(yùn)行，同時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)也可以脫網(wǎng)。如果持續(xù)時(shí)間在2s以內(nèi)，雙饋?zhàn)兞髌鳈z測(cè)到電壓恢復(fù)之后，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器將使定子電壓跟蹤電網(wǎng)電壓，一旦滿足并網(wǎng)條件，雙饋?zhàn)兞髌鲗⑹鼓懿⒕W(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK，同時(shí)定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC電路迅速退出運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)并入電網(wǎng)的有功功率快速恢復(fù)。在電網(wǎng)電壓跌落故障期間，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)講，根本感受不到電網(wǎng)已經(jīng)發(fā)生故障了，仍然按照之前的工作模式，輸出的有功功率仍跟隨主控下發(fā)的功率給定。主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)仍然按照之前的狀態(tài)工作，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有任何沖擊。在保證可靠穿越的前提下，不僅避免了傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，而且大大簡(jiǎn)化了整個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高了低電壓穿越過(guò)程的可靠性。采用本發(fā)明中的這種雙饋?zhàn)兞髌髦?，雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能夠具有完美的低電壓穿越能力和高電壓穿越能力，包含零電壓跌落和電網(wǎng)跳閘等在內(nèi)的對(duì)稱及不對(duì)稱故障均能
可靠穿越；
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)還在于對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行無(wú)影響，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)無(wú)影響，大大避免電網(wǎng)故障對(duì)軸系產(chǎn)生的扭曲、振蕩等影響，提高風(fēng)機(jī)的使用壽命；實(shí)施時(shí)無(wú)需對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控制器和變槳控制器做較大的改動(dòng)，能快速實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越能力；故障后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠很快恢復(fù)到之前的工作狀態(tài)，滿足電網(wǎng)對(duì)低電壓穿越的要求。故障期間主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的控制邏輯仍按照故障前的方式工作，不需要執(zhí)行原來(lái)的LVRT控制邏輯，這樣就不需要主控系統(tǒng)具備低電壓穿越功能就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)組的低電壓穿越能力，簡(jiǎn)化了主控系統(tǒng)的控制算法和邏輯。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于本發(fā)明在故障期間仍然可以給電網(wǎng)提供無(wú)功支持。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、避免機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。


圖I是傳統(tǒng)雙饋?zhàn)兞髌鹘Y(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明涉及的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖 。圖3是本發(fā)明實(shí)施例中定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例中定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例中定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC的又一種結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2給出了這種具備可靠低電壓穿越能力的新型雙饋?zhàn)兞髌鞯慕Y(jié)構(gòu)示意圖，適合于各種類型的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。附圖3、4、5給出了定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC的三種不同形式。這種新的雙饋?zhàn)兞髌魉鶐?lái)的優(yōu)點(diǎn)在這些結(jié)構(gòu)圖中都可以體現(xiàn)出來(lái)。
具體實(shí)施例方式附圖2飛非限制性地公開(kāi)了本發(fā)明實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合附圖2飛對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。由圖2可見(jiàn)，雙饋?zhàn)兞髌靼ǘㄗ觽?cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC、網(wǎng)側(cè)變流器GSC、機(jī)側(cè)變流器RSC、直流卸荷單元DBU、并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK、暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM (TransientSTATCOM)、AD/DC整流開(kāi)關(guān)ΕΚ、網(wǎng)側(cè)濾波器LB和控制器KZQ ；同時(shí)設(shè)有A端口、B端口、C端口，其中
定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC、AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK的一端以及并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK的一端通過(guò)A端口直接與雙饋發(fā)電機(jī)的定子連接；暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM的交流端由B端口與電網(wǎng)側(cè)連接；網(wǎng)側(cè)變流器GSC的交流側(cè)經(jīng)過(guò)濾波器LB通過(guò)B端口與電網(wǎng)連接，機(jī)側(cè)變流器RSC的交流側(cè)由C端口與雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，網(wǎng)側(cè)變流器GSC與機(jī)側(cè)變流器RSC之間為公共直流母線，直流卸荷單元DBU位于公共直流母線上；并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK串接在A端口與B端口之間；AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK的交流端通過(guò)A端口與定子側(cè)連接，直流端與公共直流母線連接；
所述的定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC、網(wǎng)側(cè)變流器GSC和機(jī)側(cè)變流器RSC、直流卸荷單元DBU、并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK、暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATC0M、AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK的工作狀態(tài)均受控于控制器KZQ。在本實(shí)施例中，并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK包括晶閘管或功率器件組合后的雙向交流開(kāi)關(guān)DW，配有快速關(guān)斷電路，通過(guò)控制器KZQ進(jìn)行電流檢測(cè)和保護(hù)。在本實(shí)施例中，所述的直流卸荷單元DBU由IGBT模塊與功率電阻R組成，所述的直流卸荷單元DBU同時(shí)連接在PWM整流功率模塊GSC和機(jī)側(cè)逆變功率模塊RSC的直流母線正負(fù)極之間。在本實(shí)施例中，所述暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM至少由一組相同的無(wú)功電流補(bǔ)償基本單元并聯(lián)組成，每個(gè)基本單元由全控器件組成的三相PWM逆變器與濾波電感組成，無(wú)功電流補(bǔ)償基本單元的組數(shù)等于需要補(bǔ)償?shù)目偀o(wú)功電流除以每組基本單元無(wú)功電流輸出最大值。具體實(shí)施時(shí)，所述的AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK為三相整流橋，三相整流橋采用不控整流橋或半控整流橋或采用全控整流橋；
采用不控整流橋時(shí)，其直流輸出將串聯(lián)IGBT等類型的可關(guān)斷器件，通過(guò)控制可關(guān)斷器件的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)AC/DC整流開(kāi)關(guān)的控制；采用半控整流橋或全控整流橋時(shí)，直接通過(guò)橋臂上的功率器件的驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)AC/DC整流開(kāi)關(guān)的控制。具體實(shí)施時(shí)，所述的濾波器LB由電感、電容組成的Π型LCL濾波器或LC濾波器。
在本發(fā)明中，定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC可以采用三相雙向可控硅或其他可控功率器件構(gòu)成的雙向交流開(kāi)關(guān)DW與功率電阻R組成(如圖3);或采用三相不控整流橋ZL與直流卸荷單元DBU組成(如圖4);或采用上述兩種結(jié)構(gòu)的復(fù)合形式(如圖5)。本發(fā)明的整個(gè)工作過(guò)程如下當(dāng)電網(wǎng)正常工作時(shí)，并網(wǎng)前禁止定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC、暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM、AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK，啟動(dòng)網(wǎng)側(cè)變流器GSC和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC后，雙饋?zhàn)兞髌魈幱诙ㄗ与妷翰⒕W(wǎng)控制模式。當(dāng)控制快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)兩側(cè)的定子電壓幅值、頻率、相位與電網(wǎng)電壓一致時(shí)合上快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK，此時(shí)雙饋?zhàn)兞髌鬟M(jìn)入并網(wǎng)功率控制模式。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落故障時(shí)，雙饋?zhàn)兞髌骺刂破鱇ZQ將快速檢測(cè)到電網(wǎng)電壓跌落，在Ims內(nèi)立即切斷快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK，使電網(wǎng)故障和雙饋發(fā)電機(jī)隔離，轉(zhuǎn)子側(cè)RSC控制策略將快速切換為定子電壓控制模式，使定子電壓的幅值和電網(wǎng)電壓跌落前相同，頻率及相位跟隨當(dāng)前電網(wǎng)電壓的變化。同時(shí)網(wǎng)側(cè)變流器GSC和暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM將根據(jù)電壓跌落程度發(fā)出一定大小的無(wú)功電流，支持電網(wǎng)電壓快速恢復(fù)。定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC將根據(jù)主控下發(fā)的功率命令進(jìn)行控制，仍跟蹤給定主控系統(tǒng)下發(fā)的有功功率，使傳動(dòng)鏈不受任何沖擊，傳輸?shù)墓β时３制椒€(wěn)變化，變槳系統(tǒng)不需要進(jìn)行緊急收槳?jiǎng)幼鳌．?dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)，雙饋?zhàn)兞髌鳈z測(cè)到電網(wǎng)電壓恢復(fù)到正常時(shí)，禁止定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC控制定子電壓與當(dāng)前電網(wǎng)的幅值、頻率、相位一致后，合上快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC控制模式由定子電壓控制模式切換為并網(wǎng)功率控制模式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有功功率可以快速恢復(fù)到跌落前的正常水平。圖2中的快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK由雙向交流開(kāi)關(guān)DW、二相關(guān)斷電路、觸發(fā)控制電路等組成，其中強(qiáng)制關(guān)斷電路均為二相獨(dú)立關(guān)斷電路，每相強(qiáng)制關(guān)斷電路由電感、可控娃和電容組成，利用電容上的反向電壓施加在導(dǎo)通的晶閘管上來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制快速關(guān)斷的目的。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落深度超過(guò)容許范圍時(shí)，主控制器啟動(dòng)強(qiáng)制關(guān)斷電路關(guān)斷可控硅，關(guān)斷時(shí)間大約為lms，使雙饋發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)故障分離，避免了雙饋發(fā)電機(jī)定子側(cè)及轉(zhuǎn)子側(cè)的電磁暫態(tài)過(guò)程。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC從功率控制模式切換到定子電壓控制模式，使其定子電壓為電網(wǎng)正常工作時(shí)的電壓，這一過(guò)程可以在Ims左右完成。圖2中所述的定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC在電網(wǎng)正常時(shí)將一直處于禁止模式，在電網(wǎng)電壓故障期間，定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC的控制將根據(jù)主控下發(fā)的功率給定值來(lái)進(jìn)行。定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC電路提供風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功功率的釋放通道，網(wǎng)側(cè)變頻器GSC以及暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM提供支持電網(wǎng)電壓恢復(fù)所需要的無(wú)功功率。定子動(dòng)態(tài)耗能單元DPC以保持雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有功功率平穩(wěn)變化為控制目標(biāo)?？梢圆捎靡韵氯N結(jié)構(gòu)形式
定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC的第一種結(jié)構(gòu)如圖3所示，它是以控制雙向交流開(kāi)關(guān)DW的通斷來(lái)控制功率電阻R所吸收的功率；由控制器KZQ通過(guò)控制雙向交流開(kāi)關(guān)DW的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)功率電阻所消耗功率的動(dòng)態(tài)變化。三相雙向交流開(kāi)關(guān)DW可以選擇SCR、IGBT等可關(guān)斷半導(dǎo)體器件構(gòu)建后與A端口連接。這種結(jié)構(gòu)還可以通過(guò)多組并聯(lián)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組輸出有功功率的快速調(diào)節(jié)，主要調(diào)節(jié)方式為通過(guò)控制器KZQ通過(guò)啟動(dòng)(投入)定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC中DPC基本單元支路的數(shù)量對(duì)吸收的功率進(jìn)行粗調(diào)，通過(guò)改變DPC基本單元中控制雙向交流開(kāi)關(guān)DW的導(dǎo)通角或占空比對(duì)吸收的功率進(jìn)行微調(diào)。當(dāng)然也可以直接通過(guò)調(diào)節(jié)DPC基本單元中雙向交流開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通角或占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)吸收功率的控制。在圖4中第二種結(jié)構(gòu)中是由A端口的交流經(jīng)過(guò)不控整流后通過(guò)直流Chopper單元DBU來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)有功功率的消耗。直流Chopper單元DBU由IGBT與功率電阻R串聯(lián)組成。直流Chopper單元DBU以PWM方式控制IGBT的開(kāi)關(guān)，改變等效電阻的大小。當(dāng)主控下發(fā)的有功功率給定變大時(shí)，PWM占空比增大，等效電阻變小，DBU電路吸收的功率增大；當(dāng)主控下發(fā)的有功功率給定變小時(shí)，PWM占空比減小，等效電阻變大，DBU電路吸收的功率減小。因此故障期間通過(guò)控制DBU電路的占空比達(dá)到雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功功率的平衡。DBU單元的功率電阻R需要根據(jù)風(fēng)機(jī)的功率和故障穿越的時(shí)間要求來(lái)選取。這種結(jié)構(gòu)的定子側(cè)Crowbar的A端口通過(guò)阻容濾波電路濾除PWM變頻器產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)諧波，使得輸出電壓的THD滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作的要求，由于不控整流橋在工作的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諧波電流，從頻譜上 看，主要是5，7，11，13等奇次諧波，這些諧波會(huì)影響雙饋?zhàn)兞髌鬏敵龅碾妷嘿|(zhì)量，因此本實(shí)例中還可以加入濾波器LB來(lái)濾除。另外該結(jié)構(gòu)的定子動(dòng)態(tài)耗能單元DPC的公共直流母線端口還可以與網(wǎng)側(cè)變流器GSC和機(jī)側(cè)變流器RSC之間的公共直流母線相連接以防止直流母線電壓過(guò)低。附圖5中第三種結(jié)構(gòu)是第一種和第二種結(jié)構(gòu)的疊加，是前兩種的混合形式，不再 描述。上面所述的三種不同結(jié)構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌?，設(shè)有A端口、B端口、C端，其特征在于，雙饋?zhàn)兞髌靼ǘㄗ觽?cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC、PWM整流網(wǎng)側(cè)變流器GSC、機(jī)側(cè)逆變變流器RSC、直流卸荷單元DBU、并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK、暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM、AD/DC整流開(kāi)關(guān)EK、網(wǎng)側(cè)濾波器LB和控制器KZQ ;其中 定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC、AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK的一端以及并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK的一端通過(guò)A端口直接與雙饋發(fā)電機(jī)的定子連接；暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM的交流端由B端口與電網(wǎng)側(cè)連接；網(wǎng)側(cè)變流器GSC的交流側(cè)經(jīng)過(guò)濾波器LB通過(guò)B端口與電網(wǎng)連接，機(jī)側(cè)變流器RSC的交流側(cè)由C端口與雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，網(wǎng)側(cè)變流器GSC與機(jī)側(cè)變流器RSC之間為公共直流母線，直流卸荷單元DBU位于公共直流母線上；并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK串接在A端口與B端口之間；AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK的交流端通過(guò)A端口與定子側(cè)連接，直流端與公共直流母線連接； 所述的定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC、網(wǎng)側(cè)變流器GSC和機(jī)側(cè)變流器RSC、直流卸荷單元 DBU、并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK、暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM、AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK的工作狀態(tài)均受控于控制器KZQ。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌?，其特征在于，并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK包括晶閘管或功率器件組合后的雙向交流開(kāi)關(guān)DW，配有快速關(guān)斷電路，通過(guò)控制器KZQ進(jìn)行電流檢測(cè)和保護(hù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌?，其特征在于，所述的直流卸荷單元DBU由IGBT模塊與功率電阻R組成，所述的直流卸荷單元DBU同時(shí)連接在網(wǎng)側(cè)變流器GSC和機(jī)側(cè)變流器RSC的直流母線正負(fù)極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌鳎涮卣髟谟冢鰰簯B(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM至少由兩組相同的無(wú)功電流補(bǔ)償基本單元并聯(lián)組成，每個(gè)基本單元由全控器件組成的三相PWM逆變器與濾波電感組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌?，其特征在于，所述的AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK為三相整流橋，三相整流橋采用不控整流橋或半控整流橋或采用全控整流橋； 采用不控整流橋時(shí)，其直流輸出將串聯(lián)IGBT等類型的可關(guān)斷器件，通過(guò)控制可關(guān)斷器件的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)AC/DC整流開(kāi)關(guān)的控制； 采用半控整流橋或全控整流橋時(shí)，直接通過(guò)橋臂上的功率器件的驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)AC/DC整流開(kāi)關(guān)的控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌?，其特征在于，所述的濾波器LB由電感、電容組成的Π型LCL濾波器或LC濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I飛之一所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌?，其特征在于，定子?cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC采用三相雙向可控硅或其他可控功率器件構(gòu)成的雙向交流開(kāi)關(guān)DW與功率電阻R組成；或采用三相不控整流橋ZL與直流卸荷單元DBU組成；或采用上述兩種結(jié)構(gòu)的復(fù)合形式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌鳎涮卣髟谟?，定子?cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC采用三相雙向可控硅或其他可控功率器件構(gòu)成的雙向交流開(kāi)關(guān)DW與功率電阻R組成；其中以一組三相雙向可控硅或其他可控功率器件構(gòu)成的雙向交流開(kāi)關(guān)DW與功率電阻R為一個(gè)DPC基本單元，定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC中至少含有一個(gè)DPC基本單元，當(dāng)存在兩個(gè)以上DPC基本單元時(shí)，各DPC基本單元采用并聯(lián)方式形成 定子側(cè)動(dòng)態(tài)耗能單元DPC組。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具備完美可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌鳎龅碾p饋?zhàn)兞髌饔煽焖俨⒕W(wǎng)開(kāi)關(guān)GK、直流卸荷單元DBU、定子動(dòng)態(tài)耗能單元DPC、暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM、AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK、濾波器、PWM整流網(wǎng)側(cè)變流器GSC、轉(zhuǎn)子側(cè)逆變變流器RSC及控制器KZQ，這種雙饋?zhàn)兞髌髟O(shè)有A端口、B端口、C端口，其中A端口與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子連接，B端口與電網(wǎng)連接，C端口與雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接；定子動(dòng)態(tài)耗能單元DPC的由A端口與雙饋發(fā)電機(jī)定子連接，直流卸荷單元與GSC和RSC的公共直流母線連接，暫態(tài)無(wú)功電流補(bǔ)償單元TSTATCOM與電網(wǎng)側(cè)連接，AC/DC整流開(kāi)關(guān)EK的交流端與雙饋發(fā)電機(jī)定子連接，直流端與公共直流母線相連接；雙饋?zhàn)兞髌鞲鞑糠值墓ぷ鳡顟B(tài)均由控制器KZQ發(fā)出的信號(hào)控制。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102832641SQ20121033392
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者王中, 廖恩榮, 黃曉輝, 李志國(guó), 辛志遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:南京颶能電控自動(dòng)化設(shè)備制造有限公司