風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置、系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置、系統(tǒng)及其方法，裝置包括：高低壓穿越電路、斬波電路和控制單元。高低壓穿越電路連接在變流器與發(fā)電機(jī)之間，斬波電路連接在變流器的直流母線上，控制單元連接在變流器的直流母線上，控制單元還與高低壓穿越電路和斬波電路相連。高低壓穿越電路進(jìn)一步包括全控型電力電子開關(guān)器件電路和耗能電阻。全控型電力電子開關(guān)器件電路進(jìn)一步包括斬波管和續(xù)流管，斬波管和續(xù)流管串聯(lián)，所述斬波管與耗能電阻并聯(lián)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本極低，易于安裝和維護(hù)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組同時具備高低電壓穿越能力，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)故障期間，保持了網(wǎng)側(cè)變流器的持續(xù)運行，為電網(wǎng)故障的快速恢復(fù)提供了強(qiáng)有力的支持。
【專利說明】風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置、系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高、低電壓穿越裝置、系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在世界提倡綠色能源的今天，風(fēng)力發(fā)電作為一種可再生的新能源得到了飛速的發(fā)展，同時風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)供電所占的比例也在不斷的提高。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行過程中，電網(wǎng)故障可能會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓突然上升或跌落，從而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電設(shè)備短時出現(xiàn)過壓、過流或轉(zhuǎn)速上升等現(xiàn)象，使大量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組脫網(wǎng)，且使電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)質(zhì)量及運行的穩(wěn)定性非常重要?，F(xiàn)在并網(wǎng)風(fēng)機(jī)要求通過國家電科院的低電壓穿越測試已成一項國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，所以低電壓穿越的設(shè)備基本每臺風(fēng)機(jī)都必須具備，但高電壓穿越由于沒有國家強(qiáng)制要求，所以具備高電壓穿越功能的設(shè)備較少，研究也少。
[0003]基于雙饋型變流器的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，通過控制轉(zhuǎn)子電流來控制整機(jī)功率，定子直接與電網(wǎng)相連。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生突然升高或跌落時，其轉(zhuǎn)子端會出現(xiàn)過壓、過流，并使連接網(wǎng)側(cè)變流器和機(jī)側(cè)變流器的母線電壓升高，這會對變流器的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，如不采取措施會導(dǎo)致變流器損壞，降低電網(wǎng)的穩(wěn)定性。當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)跌落時，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在額定電壓下穩(wěn)態(tài)運行時，其定子磁鏈?zhǔn)噶糠岛愣ㄇ乙酝剿傩D(zhuǎn)。同時，磁鏈感應(yīng)出一個直流電流分量，該電流會感應(yīng)出一個反作用磁場，以保持磁鏈不能突變。由于定子電阻和定子繞組漏感的存在，使得該直流電流分量會以指數(shù)形式衰減，直到磁鏈?zhǔn)噶糠颠^渡到對應(yīng)的低電壓運行時的幅值為止。因此，定子磁鏈中的直流分量是導(dǎo)致低電壓穿越技術(shù)難以實現(xiàn)的根本原因。由于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)差率較高，從而引起轉(zhuǎn)子側(cè)過電壓。而且由于定子電阻和繞組間漏感較小，定子磁鏈直流分量只能通過該漏感耦合，導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子側(cè)過電流，轉(zhuǎn)子側(cè)也存在磁鏈過渡過程，使其過電流更加嚴(yán)重。
[0004]為了保護(hù)特殊工況(如高、低電壓穿越)下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和變流器，目前，在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中一般都裝有低電壓穿越裝置，即在瞬態(tài)故障下一般使用轉(zhuǎn)子電流旁路措施來保護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和變流器。較多采用的就是主動式crowbar電路，其原理是把被動式crowbar電路的晶閘換成全控型電力電子器件，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，控制機(jī)側(cè)變流器關(guān)閉，同時開通crowbar電路,把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的能量消耗掉。當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)時，控制crowbar電路關(guān)閉，并開啟機(jī)側(cè)變流器，對電網(wǎng)提供無功支持，幫助電網(wǎng)快速恢復(fù)，從而實現(xiàn)低電壓穿越功能。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流旁路措施，現(xiàn)在多采用全控型電力電子器件作為受控開關(guān)，但隨著風(fēng)機(jī)容量的增加，對全控型電力電子器件提出了更高的容量要求。并且，隨著旁路電流的變大，由于電路中存在的雜散電容、電感等，對低電壓穿越裝置的性能要求也越來越高。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，由徐州中礦大傳動與自動化有限公司、北京洲能科技發(fā)展有限公司于2012年02月07日申請，并于2012年04月11日公開，公布號為CN102412597A的中國發(fā)明專利申請，公開了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法和裝置，適用于大功率風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。其方法實現(xiàn)由跌落檢測部分、跌落判斷部分和觸發(fā)動作部分來完成，如附圖1所示，其裝置包括雙向變流器、變流器控制器和有源撬棒(Crowbar)模塊。該發(fā)明申請采用Crowbar電路來實現(xiàn)對低電壓穿越的控制，有效防止了二次過流，有利于電網(wǎng)的恢復(fù)，穿越能力強(qiáng)、效果好。但是，該發(fā)明申請在應(yīng)用到大容量風(fēng)力機(jī)組時，采取多Crowbar并聯(lián)的方式，增加了控制難度和系統(tǒng)的復(fù)雜性。同時，其只能應(yīng)對低電壓穿越，當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行高電壓穿越時，還需要另外一套設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置、系統(tǒng)及其方法，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組同時具備高、低電壓穿越能力，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)故障期間，保持了網(wǎng)側(cè)變流器的持續(xù)運行，并且可以較快地使機(jī)側(cè)變流器重新啟動，為電網(wǎng)故障的快速恢復(fù)提供了強(qiáng)有力的支持。
[0007]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置的技術(shù)實現(xiàn)方案，一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置，包括:高低壓穿越電路、斬波電路和控制單元，所述高低壓穿越電路連接在變流器與發(fā)電機(jī)之間，所述斬波電路連接在所述變流器的直流母線上，所述控制單元連接在所述變流器的直流母線上，所述控制單元還與所述高低壓穿越電路和所述斬波電路相連。所述高低壓穿越電路進(jìn)一步包括全控型電力電子開關(guān)器件電路和耗能電阻。所述全控型電力電子開關(guān)器件電路進(jìn)一步包括斬波管和續(xù)流管，所述斬波管和續(xù)流管串聯(lián)，所述斬波管與所述耗能電阻并聯(lián)；
當(dāng)包括電網(wǎng)電壓突然跌落在內(nèi)的故障導(dǎo)致所述變流器的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路的斬波管導(dǎo)通，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路的續(xù)流管關(guān)斷，從而使所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和所述變流器產(chǎn)生旁路，將能量消耗于所述耗能電阻，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)低電壓穿越；
當(dāng)所述變流器的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流恢復(fù)到一定閥值時，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路的斬波管關(guān)斷，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路的續(xù)流管導(dǎo)通，對所述耗能電阻進(jìn)行續(xù)流，從而可以啟動所述變流器的機(jī)側(cè)變流器；
當(dāng)包括電網(wǎng)電壓驟升在內(nèi)的故障導(dǎo)致所述變流器的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，所述控制單元控制所述斬波電路導(dǎo)通，釋放所述直流母線上的能量，從而降低所述直流母線上的電壓，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)高電壓穿越。
[0008]優(yōu)選的，所述高低壓穿越電路還包括三相不控整流器、吸收電路和全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路，所述三相不控整流器、吸收電路、全控型電力電子開關(guān)器件電路、全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路和耗能電阻依次相連；
所述三相不控整流器用于對來自所述變流器輸出端和所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的三相交流電壓進(jìn)行整流處理；
所述吸收電路包括并聯(lián)的電阻Rl和電容Cl，用于對經(jīng)過所述三相不控整流器整流的輸出電壓中的諧波進(jìn)行濾波處理；
所述全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路，用于吸收所述全控型電力電子開關(guān)器件電路中斬波管和續(xù)流管在開關(guān)過程中產(chǎn)生的諧波。
[0009]優(yōu)選的，所述全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路包括兩組相互串聯(lián)的吸收子電路，所述兩組吸收子電路各自并聯(lián)在所述斬波管和續(xù)流管的兩端。[0010]優(yōu)選的，所述吸收子電路采用電阻和電容串聯(lián)支路或單獨的電容支路或電阻與二極管并聯(lián)后再與電容串聯(lián)的支路。
[0011]優(yōu)選的，所述高低壓穿越電路包括兩組以上的全控型電力電子開關(guān)器件電路，所述兩組以上的全控型電力電子開關(guān)器件電路相互并聯(lián)，在所述全控型電力電子開關(guān)器件電路的兩端均并聯(lián)有所述全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路。
[0012]優(yōu)選的，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路采用包括但不限于絕緣柵極雙極型晶體管或集成門極換流晶閘管或可關(guān)斷晶閘管在內(nèi)的開關(guān)控制部件作為全控型電力電子開關(guān)器件。所述全控型電力電子開關(guān)器件電路包括三個以上的全控型電力電子開關(guān)器件，所述三個以上的全控型電力電子開關(guān)器件相互串聯(lián)。
[0013]優(yōu)選的，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)低電壓穿越的過程中，啟動所述變流器的網(wǎng)側(cè)變流器，并調(diào)節(jié)所述網(wǎng)側(cè)變流器的功率因數(shù)，從而向所述電網(wǎng)提供無功支持。
[0014]優(yōu)選的，所述斬波電路包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、斬波電阻和斬波電容。所述第一開關(guān)管與第二開關(guān)管串聯(lián)，所述斬波電容并聯(lián)在所述第一開關(guān)管與第二開關(guān)管串聯(lián)電路的兩端，所述斬波電阻并聯(lián)在所述第一開關(guān)管的兩端。當(dāng)包括電網(wǎng)電壓驟升在內(nèi)的故障導(dǎo)致所述變流器的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，所述斬波電路的第二開關(guān)管導(dǎo)通，所述第一開關(guān)管關(guān)斷，通過所述第二開關(guān)管和所述斬波電阻組成的支路釋放所述直流母線上的能量，從而降低所述直流母線上的電壓，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)高電壓穿越。
[0015]優(yōu)選的，所述控制單元集成在所述變流器的控制裝置中，所述斬波電路與所述耗能電阻集成在同一個電阻箱中。
[0016]優(yōu)選的，所述高低電壓穿越裝置應(yīng)用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越。
[0017]本發(fā)明還另外具體提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)方案，一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越系統(tǒng)，包括:如上所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置、變流器、電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)。所述發(fā)電機(jī)的定子與所述電網(wǎng)相連，所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與所述變流器的機(jī)側(cè)相連，所述變流器的網(wǎng)側(cè)與所述電網(wǎng)相連，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置的高低壓穿越電路的輸入端三相分別與所述變流器的機(jī)側(cè)和所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子相連；所述斬波電路和所述控制單元分別連接在所述變流器的直流母線上，所述控制單元還分別與所述高低壓穿越電路和所述斬波電路相連。
[0018]本發(fā)明還另外具體提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越方法的技術(shù)實現(xiàn)方案，一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越方法，高低電壓穿越裝置包括高低壓穿越電路、斬波電路和控制單元，所述高低壓穿越電路進(jìn)一步包括全控型電力電子開關(guān)器件電路和耗能電阻，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路進(jìn)一步包括斬波管和續(xù)流管，所述高低電壓穿越方法包括以下步驟:
低電壓穿越過程:當(dāng)包括電網(wǎng)電壓突然跌落在內(nèi)的故障導(dǎo)致所述變流器的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路的斬波管導(dǎo)通，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路的續(xù)流管關(guān)斷，從而使所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和所述變流器產(chǎn)生旁路，將能量消耗于所述耗能電阻，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)低電壓穿越；
低壓穿越恢復(fù)過程:當(dāng)所述變流器的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流恢復(fù)到一定閥值時，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路的斬波管關(guān)斷，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路的續(xù)流管導(dǎo)通，對所述耗能電阻進(jìn)行續(xù)流，從而可以啟動所述變流器的機(jī)側(cè)變流器；
高電壓穿越過程:當(dāng)包括電網(wǎng)電壓驟升在內(nèi)的故障導(dǎo)致所述變流器的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，所述控制單元控制所述斬波電路導(dǎo)通，釋放所述直流母線上的能量，從而降低所述直流母線上的電壓，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)高電壓穿越。
[0019]通過實施上述本發(fā)明提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置、系統(tǒng)及其方法，具有如下技術(shù)效果:
(1)本發(fā)明使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組同時具備高、低電壓穿越能力，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)故障期間，保持了網(wǎng)側(cè)變流器的持續(xù)運行，并且可以較快地使機(jī)側(cè)變流器重新啟動，為電網(wǎng)故障的快速恢復(fù)提供了強(qiáng)有力的支持；
(2)本發(fā)明裝置及其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本極低，同時易于安裝和維護(hù)；
(3 )本發(fā)明方法執(zhí)行快速、控制簡單、運行可靠、功耗較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1是現(xiàn)有技術(shù)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制裝置主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)高低電壓穿越系統(tǒng)一種【具體實施方式】的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)高低電壓穿越裝置一種【具體實施方式】的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
圖4是本發(fā)明雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)高低電壓穿越裝置另一種【具體實施方式】的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
圖5是本發(fā)明雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)高低電壓穿越裝置中全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路三種【具體實施方式】的電路原理圖；
圖6是本發(fā)明雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)高低電壓穿越裝置第三種【具體實施方式】的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
圖7是本發(fā)明雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)高低電壓穿越裝置一種【具體實施方式】斬波電路的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
圖中:100-高低壓穿越電路，101-斬波電路，102-控制單元，103-變流器，1031-網(wǎng)側(cè)變流器，1032-機(jī)側(cè)變流器，104-電網(wǎng)，105-發(fā)電機(jī)，200-三相不控整流器，300-吸收電路，400-全控型電力電子開關(guān)器件電路，401-斬波管，402-續(xù)流管，500-全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路，600-耗能電阻。
【具體實施方式】
[0022]為了引用和清楚起見，將下文中使用的技術(shù)名詞、簡寫或縮寫記載如下:
Crowbar:有源撬棒電路,是一種電源保護(hù)電路，當(dāng)電壓/電流超出限定范圍時能夠快
速切斷電源；在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，當(dāng)電網(wǎng)電壓突然跌落時，定轉(zhuǎn)子中出現(xiàn)很大的電壓和電流，通常采用Crowbar電路來旁路轉(zhuǎn)子側(cè)變流器；
IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管；
IGCT:Intergrated Gate Commutated Thyristors,集成門極換流晶閘管；
GTO:Giant Transistor,電力晶體管。
[0023]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024]如附圖2至附圖7所示，給出了本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置、系統(tǒng)及其方法的具體實施例，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]如附圖2和附圖3所示的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置的具體實施例，包括:高低壓穿越電路100、斬波電路101和控制單元102。高低壓穿越電路100連接在變流器103與發(fā)電機(jī)105之間，斬波電路101連接在變流器103的直流母線上，控制單元102連接在變流器103的直流母線上，控制單元102還與高低壓穿越電路100和斬波電路101相連。高低壓穿越電路100進(jìn)一步包括全控型電力電子開關(guān)器件電路400和耗能電阻600。全控型電力電子開關(guān)器件電路400進(jìn)一步包括斬波管401和續(xù)流管402，斬波管401和續(xù)流管402串聯(lián)，斬波管401與耗能電阻600并聯(lián)；
當(dāng)包括電網(wǎng)104電壓突然跌落在內(nèi)的故障導(dǎo)致變流器103的直流母線電壓或發(fā)電機(jī)105的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，全控型電力電子開關(guān)器件電路400的斬波管401導(dǎo)通，全控型電力電子開關(guān)器件電路400的續(xù)流管402關(guān)斷，從而使發(fā)電機(jī)105的轉(zhuǎn)子和變流器103產(chǎn)生旁路，將能量消耗于耗能電阻600，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)低電壓穿越；
當(dāng)變流器103的直流母線電壓或發(fā)電機(jī)105的轉(zhuǎn)子電流恢復(fù)到一定閥值時，全控型電力電子開關(guān)器件電路400的斬波管401關(guān)斷，全控型電力電子開關(guān)器件電路400的續(xù)流管402導(dǎo)通，對耗能電阻600進(jìn)行續(xù)流，從而可以啟動變流器103的機(jī)側(cè)變流器1032 ；
當(dāng)包括電網(wǎng)104電壓驟升在內(nèi)的故障導(dǎo)致變流器103的直流母線電壓或發(fā)電機(jī)105的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，控制單元102控制斬波電路101導(dǎo)通，釋放直流母線上的能量，從而降低直流母線上的電壓，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)高電壓穿越。
[0026]其中，斬波管401用于進(jìn)行高、低電壓穿越時導(dǎo)通耗能電阻600，續(xù)流管402則用于在高、低電壓穿越完畢后導(dǎo)通，用于對感性的耗能電阻600進(jìn)行續(xù)流，以保護(hù)全控型電力電子開關(guān)器件電路400。
[0027]本發(fā)明具體實施例通過一套裝置同時實現(xiàn)高、低電壓穿越，從而使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)故障期間，維持定子接觸器的閉合，保證了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變流器1031的持續(xù)運行，并且可以較快地使機(jī)側(cè)變流器1032重新啟動，對電網(wǎng)的故障恢復(fù)形成了強(qiáng)有力的支持，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在高可靠性的前提下?lián)碛辛溯^強(qiáng)的高、低電壓穿越能力。
[0028]作為本發(fā)明一種較佳的具體實施例，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)低電壓穿越的過程中，啟動變流器103的網(wǎng)側(cè)變流器1031，并調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)變流器1031的功率因數(shù)，從而可以在必要時向電網(wǎng)104提供無功支持。
[0029]高低壓穿越電路100還進(jìn)一步包括三相不控整流器200、吸收電路300和全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路500。三相不控整流器200、吸收電路300、全控型電力電子開關(guān)器件電路400、全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路500和耗能電阻600依次相連。三相不控整流器200用于對來自變流器103輸出端和發(fā)電機(jī)105轉(zhuǎn)子側(cè)的三相交流電壓進(jìn)行整流處理。吸收電路300包括并聯(lián)的電阻Rl和電容Cl，用于對經(jīng)過三相不控整流器200整流的輸出電壓中的諧波進(jìn)行濾波處理。全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路500，用于吸收全控型電力電子開關(guān)器件電路400中斬波管401和續(xù)流管402在開關(guān)過程中產(chǎn)生的諧波。其中，三相不控整流器200的后端增加了吸收電路300，對保護(hù)三相不控整流器200和全控型電力電子開關(guān)器件電路400都能起到很大的作用。
[0030]如附圖3所示，該具體實施例采用上管為斬波管401，下管為續(xù)流管402，斬波管401與耗能電阻600并聯(lián)的方式。作為本發(fā)明的另一種具體實施例，如附圖4所示，也可以采用上管為續(xù)流管402，而下管為斬波管401，斬波管401與耗能電阻600并聯(lián)的方式。其中，全控型電力電子開關(guān)器件電路400采用包括但不限于絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)或集成門極換流晶閘管(IGCT)或可關(guān)斷晶閘管(GTO)在內(nèi)的開關(guān)控制部件作為全控型電力電子開關(guān)器件。
[0031]全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路500包括兩組相互串聯(lián)的吸收子電路，兩組吸收子電路各自并聯(lián)在斬波管401和續(xù)流管402的兩端。如附圖5所示，吸收子電路可以采用如圖中的A、B、C三種結(jié)構(gòu)形式。其中，A結(jié)構(gòu)的吸收子電路采用電阻R與二極管D并聯(lián)后再與電容C串聯(lián)的支路形式；B結(jié)構(gòu)采用電阻R和電容C串聯(lián)支路形式；C結(jié)構(gòu)采用單獨的電容C支路形式。如果斬波管401和續(xù)流管402的開關(guān)頻率很低，則產(chǎn)生的諧波較少，則全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路500亦可省略。如果斬波管401和續(xù)流管402的開關(guān)頻率越高，產(chǎn)生的諧波越多，則全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路500的作用越重要。
[0032]在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容量較大時，可以先將兩個或兩個以上(不含兩個)的可控型電力電子器件進(jìn)行串聯(lián)成一個全控型電力電子開關(guān)器件電路400，然后再由多個全控型電力電子開關(guān)器件電路400并聯(lián)，以提聞其耐受:聞電壓和聞電流的能力?？梢园凑账璧哪吐勲妷耗芰Ψ謩e配置斬波管401和續(xù)流管402的串聯(lián)數(shù)量，并按照所需的耐高電流能力配置全控型電力電子開關(guān)器件電路400的并聯(lián)數(shù)量。高低壓穿越電路100包括兩組以上的全控型電力電子開關(guān)器件電路400，兩組以上的全控型電力電子開關(guān)器件電路400相互并聯(lián)，在全控型電力電子開關(guān)器件電路400的兩端均并聯(lián)有全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路500。作為本發(fā)明的第三種具體實施例，如附圖6所示，高低壓穿越電路100包括三組相互并聯(lián)的全控型電力電子開關(guān)器件電路400。
[0033]如附圖7所示，作為本發(fā)明的一種典型實施例，斬波電路101進(jìn)一步包括第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2、斬波電阻R3和斬波電容C3。第一開關(guān)管Tl與第二開關(guān)管T2串聯(lián)，斬波電容C3并聯(lián)在第一開關(guān)管Tl與第二開關(guān)管T2串聯(lián)電路的兩端，斬波電阻R3并聯(lián)在第一開關(guān)管Tl的兩端。當(dāng)包括電網(wǎng)104電壓驟升在內(nèi)的故障導(dǎo)致變流器103的直流母線電壓或發(fā)電機(jī)105的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，斬波電路101的第二開關(guān)管T2導(dǎo)通，第一開關(guān)管Tl關(guān)斷，通過第二開關(guān)管T2和斬波電阻R3組成的支路釋放直流母線上的能量，從而降低直流母線上的電壓，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)高電壓穿越。
[0034]作為本發(fā)明一種較佳的實施例，控制單元102集成在所述變流器103的控制裝置中，斬波電路101與耗能電阻600集成在同一個電阻箱中，可以有效地降低成本，同時有利于安裝。作為本發(fā)明的一種典型實施例，高低電壓穿越裝置應(yīng)用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越。
[0035]如附圖2所示的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越系統(tǒng)的具體實施例，包括:前述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置、變流器103、電網(wǎng)104和發(fā)電機(jī)105。發(fā)電機(jī)105的定子與電網(wǎng)104相連，發(fā)電機(jī)105的轉(zhuǎn)子與變流器103的機(jī)側(cè)相連，變流器103的網(wǎng)側(cè)與電網(wǎng)104相連，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置的高低壓穿越電路100的輸入端三相A、B、C分別與變流器103的機(jī)側(cè)和發(fā)電機(jī)105的轉(zhuǎn)子相連。斬波電路101和控制單元102分別連接在變流器103的直流母線上，控制單元102還分別與高低壓穿越電路100和斬波電路101相連。
[0036]一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越方法的具體實施例，高低電壓穿越裝置包括高低壓穿越電路100、斬波電路101和控制單元102。高低壓穿越電路100進(jìn)一步包括全控型電力電子開關(guān)器件電路400和耗能電阻600，全控型電力電子開關(guān)器件電路400進(jìn)一步包括斬波管401和續(xù)流管402，高低電壓穿越方法包括以下步驟:
低電壓穿越過程:當(dāng)包括電網(wǎng)104電壓突然跌落在內(nèi)的故障導(dǎo)致變流器103的直流母線電壓或發(fā)電機(jī)105的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，全控型電力電子開關(guān)器件電路400的斬波管401導(dǎo)通，全控型電力電子開關(guān)器件電路400的續(xù)流管402關(guān)斷，從而使發(fā)電機(jī)105的轉(zhuǎn)子和變流器103產(chǎn)生旁路，將能量消耗于耗能電阻600，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)低電壓穿越；
低壓穿越恢復(fù)過程:當(dāng)變流器103的直流母線電壓或發(fā)電機(jī)105的轉(zhuǎn)子電流恢復(fù)到一定閥值時，全控型電力電子開關(guān)器件電路400的斬波管401關(guān)斷，全控型電力電子開關(guān)器件電路400的續(xù)流管402導(dǎo)通，對耗能電阻600進(jìn)行續(xù)流，從而可以啟動變流器103的機(jī)側(cè)變流器1032 ；
高電壓穿越過程:當(dāng)包括電網(wǎng)104電壓驟升在內(nèi)的故障導(dǎo)致變流器103的直流母線電壓或發(fā)電機(jī)105的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，控制單元102控制斬波電路101導(dǎo)通，釋放直流母線上的能量，從而降低直流母線上的電壓，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)高電壓穿越。
[0037]本發(fā)明具體實施例描述的技術(shù)方案在具備高低電壓穿越功能的同時，還具有執(zhí)行快速、控制簡單、運行可靠、功耗較低的具有高低電壓穿越等特點。在低電壓穿越過程中，通過在發(fā)電機(jī)105的轉(zhuǎn)子旁路增加本發(fā)明描述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置，根據(jù)直流母線電壓對其加以控制，從而使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)故障期間，維持定子接觸器的閉合，保證了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變流器1031的持續(xù)運行，并且可以較快地使機(jī)側(cè)變流器1032重新啟動，對電網(wǎng)故障的恢復(fù)形成了強(qiáng)有力的支持，使風(fēng)機(jī)在高可靠性的前提下?lián)碛辛溯^強(qiáng)的低電壓穿越能力；而在高電壓穿越過程中，利用斬波電路101釋放掉直流母線上的能量，從而降低直流母線上的電壓，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有較強(qiáng)的高電壓穿越能力。
[0038]本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0039]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神實質(zhì)和技術(shù)方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置，其特征在于，包括:高低壓穿越電路(100)、斬波電路(101)和控制單元(102)，所述高低壓穿越電路(100)連接在變流器(103)與發(fā)電機(jī)(105)之間，所述斬波電路(101)連接在所述變流器(103)的直流母線上，所述控制單元(102)連接在所述變流器(103)的直流母線上，所述控制單元(102)還與所述高低壓穿越電路(100)和所述斬波電路(101)相連；所述高低壓穿越電路(100)進(jìn)一步包括全控型電力電子開關(guān)器件電路(400 )和耗能電阻(600 );所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400 )進(jìn)一步包括斬波管(401)和續(xù)流管(402)，所述斬波管(401)和續(xù)流管(402)串聯(lián)，所述斬波管(401)與所述耗能電阻(600)并聯(lián)； 當(dāng)包括電網(wǎng)(104)電壓突然跌落在內(nèi)的故障導(dǎo)致所述變流器(103)的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)(105)的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400 )的斬波管(401)導(dǎo)通，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400 )的續(xù)流管(402 )關(guān)斷，從而使所述發(fā)電機(jī)(105)的轉(zhuǎn)子和所述變流器(103)產(chǎn)生旁路，將能量消耗于所述耗能電阻(600)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)低電壓穿越； 當(dāng)所述變流器(103)的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)(105)的轉(zhuǎn)子電流恢復(fù)到一定閥值時，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400 )的斬波管(401)關(guān)斷，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400)的續(xù)流管(402)導(dǎo)通，對所述耗能電阻(600)進(jìn)行續(xù)流，從而可以啟動所述變流器(103)的機(jī)側(cè)變流器(1032)； 當(dāng)包括電網(wǎng)(104)電壓驟升在內(nèi)的故障導(dǎo)致所述變流器(103)的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)(105)的轉(zhuǎn)子電流上升到一定·閥值時，所述控制單元(102)控制所述斬波電路(101)導(dǎo)通，釋放所述直流母線上的能量，從而降低所述直流母線上的電壓，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)高電壓穿越。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置，其特征在于:所述高低壓穿越電路(100)還包括三相不控整流器(200)、吸收電路(300)和全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路(500)，所述三相不控整流器(200)、吸收電路(300)、全控型電力電子開關(guān)器件電路(400 )、全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路(500 )和耗能電阻(600 )依次相連； 所述三相不控整流器(200 )用于對來自所述變流器(103 )輸出端和所述發(fā)電機(jī)(105 )轉(zhuǎn)子側(cè)的三相交流電壓進(jìn)行整流處理； 所述吸收電路(300)包括并聯(lián)的電阻Rl和電容Cl，用于對經(jīng)過所述三相不控整流器(200)整流的輸出電壓中的諧波進(jìn)行濾波處理； 所述全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路(500)，用于吸收所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400)中斬波管(401)和續(xù)流管(402)在開關(guān)過程中產(chǎn)生的諧波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置，其特征在于:所述全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路(500)包括兩組相互串聯(lián)的吸收子電路，所述兩組吸收子電路各自并聯(lián)在所述斬波管(401)和續(xù)流管(402 )的兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置，其特征在于:所述吸收子電路采用電阻(R)和電容(C)串聯(lián)支路或單獨的電容(C)支路或電阻(R)與二極管(D)并聯(lián)后再與電容(C)串聯(lián)的支路。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4中任一權(quán)利要求所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置，其特征在于:所述高低壓穿越電路(100)包括兩組以上的全控型電力電子開關(guān)器件電路(400)，所述兩組以上的全控型電力電子開關(guān)器件電路(400)相互并聯(lián)，在所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400 )的兩端均并聯(lián)有所述全控型電力電子開關(guān)器件吸收電路(500 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置，其特征在于:所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400)采用包括但不限于絕緣柵極雙極型晶體管或集成門極換流晶閘管或可關(guān)斷晶閘管在內(nèi)的開關(guān)控制部件作為全控型電力電子開關(guān)器件，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400)包括三個以上的全控型電力電子開關(guān)器件，所述三個以上的全控型電力電子開關(guān)器件相互串聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4、6中任一權(quán)利要求所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置，其特征在于:在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)低電壓穿越的過程中，啟動所述變流器(103)的網(wǎng)側(cè)變流器(1031)，并調(diào)節(jié)所述網(wǎng)側(cè)變流器(1031)的功率因數(shù)，從而向所述電網(wǎng)(104)提供無功支持。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置，其特征在于:所述斬波電路(101)包括第一開關(guān)管(Tl)、第二開關(guān)管(T2)、斬波電阻(R3)和斬波電容(C3)，所述第一開關(guān)管(Tl)與第二開關(guān)管(T2)串聯(lián)，所述斬波電容(C3)并聯(lián)在所述第一開關(guān)管(Tl)與第二開關(guān)管(T2)串聯(lián)電路的兩端，所述斬波電阻(R3)并聯(lián)在所述第一開關(guān)管(Tl)的兩端；當(dāng)包括電網(wǎng)(104)電壓驟升在內(nèi)的故障導(dǎo)致所述變流器(103)的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)(105)的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，所述斬波電路(101)的第二開關(guān)管(T2)導(dǎo)通，所述第一開關(guān)管(Tl)關(guān)斷，通過所述第二開關(guān)管(T2)和所述斬波電阻(R3)組成的支路釋放所述直流母線上的能量 ，從而降低所述直流母線上的電壓，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)高電壓穿越。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置，其特征在于:所述控制單元(102)集成在所述變流器(103)的控制裝置中，所述斬波電路(101)與所述耗能電阻(600)集成在同一個電阻箱中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、6、8、9中任一權(quán)利要求所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置，其特征在于:所述高低電壓穿越裝置應(yīng)用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越。
11.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越系統(tǒng)，其特征在于，包括:如權(quán)利要求1-10中任一權(quán)利要求所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置、變流器(103)、電網(wǎng)(104)和發(fā)電機(jī)(105);所述發(fā)電機(jī)(105)的定子與所述電網(wǎng)(104)相連，所述發(fā)電機(jī)(105)的轉(zhuǎn)子與所述變流器(103)的機(jī)側(cè)相連，所述變流器(103)的網(wǎng)側(cè)與所述電網(wǎng)(104)相連，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越裝置的高低壓穿越電路(100)的輸入端三相分別與所述變流器(103)的機(jī)側(cè)和所述發(fā)電機(jī)(105)的轉(zhuǎn)子相連；所述斬波電路(101)和所述控制單元(102)分別連接在所述變流器(103)的直流母線上，所述控制單元(102)還分別與所述高低壓穿越電路(100)和所述斬波電路(101)相連。
12.—種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高低電壓穿越方法，其特征在于，高低電壓穿越裝置包括高低壓穿越電路(100)、斬波電路(101)和控制單元(102)，所述高低壓穿越電路(100)進(jìn)一步包括全控型電力電子開關(guān)器件電路(400)和耗能電阻(600)，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400 )進(jìn)一步包括斬波管(401)和續(xù)流管(402 )，所述高低電壓穿越方法包括以下步驟: 低電壓穿越過程:當(dāng)包括電網(wǎng)(104)電壓突然跌落在內(nèi)的故障導(dǎo)致所述變流器(103)的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)(105)的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400 )的斬波管(401)導(dǎo)通，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400 )的續(xù)流管(402)關(guān)斷，從而使所述發(fā)電機(jī)(105)的轉(zhuǎn)子和所述變流器(103)產(chǎn)生旁路，將能量消耗于所述耗能電阻(600 )，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)低電壓穿越； 低壓穿越恢復(fù)過程:當(dāng)所述變流器(103)的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)(105)的轉(zhuǎn)子電流恢復(fù)到一定閥值時，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400 )的斬波管(401)關(guān)斷，所述全控型電力電子開關(guān)器件電路(400 )的續(xù)流管(402 )導(dǎo)通，對所述耗能電阻(600 )進(jìn)行續(xù)流，從而可以啟動所述變流器(103)的機(jī)側(cè)變流器(1032)； 高電壓穿越過程:當(dāng)包括電網(wǎng)(104)電壓驟升在內(nèi)的故障導(dǎo)致所述變流器(103)的直流母線電壓或所述發(fā)電機(jī)(105)的轉(zhuǎn)子電流上升到一定閥值時，所述控制單元(102)控制所述斬波電路(101)導(dǎo)通，釋放所述直流母線上的能量，從而降低所述直流母線上的電壓，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)高電 壓穿越。
【文檔編號】H02J3/38GK103441530SQ201310403016
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】羅成, 盛建科, 胡佑群, 劉志星, 王躋, 邢云龍 申請人:南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司