一種風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置及切換方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置及切換方法。其中包括PWM變換器、LC濾波器、切換裝置、串聯(lián)耦合變壓器、旁路開關(guān)、脈沖控制單元、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)公共連接點(diǎn)。補(bǔ)償系統(tǒng)在風(fēng)電機(jī)組變流器造成較大程度的低次諧波電流，或者電網(wǎng)要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有一定的無功功率調(diào)節(jié)能力的情況下，實(shí)現(xiàn)三相線路中諧波和無功電流補(bǔ)償。補(bǔ)償系統(tǒng)在電網(wǎng)故障造成電壓跌落的情況下，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的低電壓故障穿越運(yùn)行。本補(bǔ)償系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)有源濾波器電路和低電壓穿越電路之間切換，兩種電路共用PWM變換器主電路模塊，減小了裝置的體積，節(jié)約了裝置的成本，提高了設(shè)備的利用率。
【專利說明】一種風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置及切換方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種風(fēng)力機(jī)組的串聯(lián)型低電壓穿越控制、并聯(lián)型有源濾波器以及兩種工作模式的自動切換方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]風(fēng)能作為潔凈無污染的新能源，大力發(fā)展風(fēng)電行業(yè)對于節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟(jì)等具有很重要的意義。當(dāng)今世界在風(fēng)電裝機(jī)容量快速增長的同時，風(fēng)電技術(shù)也取得了長足進(jìn)步，特別是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身，由20世紀(jì)90年代的定槳距、恒速技術(shù)，發(fā)展到今天被廣泛應(yīng)用的變槳距、變速技術(shù)，而且單機(jī)容量不斷刷新紀(jì)錄。過去為了保護(hù)風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電場一般通過頻繁切機(jī)來躲避電網(wǎng)故障對風(fēng)電機(jī)組的影響。隨著風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)容量越來越大，傳統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組自我保護(hù)將對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成重大的影響，特別是在電力系統(tǒng)出現(xiàn)擾動和故障的情況下，其對電力系統(tǒng)的影響越發(fā)突出，嚴(yán)重故障將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓崩潰。出于電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的角度考慮，各國對風(fēng)電機(jī)組制造商提出了更多新的要求，先后出臺了風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其中風(fēng)電 機(jī)組的電能質(zhì)量和低電壓穿越是很重要的兩個方面。一方面，風(fēng)電全功率并網(wǎng)變流器的網(wǎng)側(cè)進(jìn)線電抗器電感量一般較小，其工作開關(guān)頻率較低，這導(dǎo)致并網(wǎng)變流器中出現(xiàn)較大程度的低次諧波電流，惡化了整個發(fā)電系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量，另外，部分發(fā)電機(jī)組如感應(yīng)發(fā)電機(jī)組的功率因數(shù)較低，電網(wǎng)也對發(fā)電機(jī)組無功調(diào)節(jié)具有一定的要求，采用有源濾波器可以很好地解決上述需求。與串聯(lián)型有源濾波器相比，并聯(lián)型有源濾波器具有投切方便靈活以及各種保護(hù)簡單的優(yōu)點(diǎn)，并且能夠更好地補(bǔ)償電流諧波和機(jī)組無功功率。另一方面，在電網(wǎng)故障導(dǎo)致發(fā)電機(jī)并網(wǎng)連接點(diǎn)電壓跌落時，需要采用必要的措施，防止風(fēng)電機(jī)組因過電流或者過電壓觸發(fā)保護(hù)而脫網(wǎng)，有效降低風(fēng)電機(jī)組機(jī)械傳動系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的沖擊，從而具備低壓穿越能力。
[0005]專利CN101860043B “串聯(lián)型風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越控制裝置及控制方法”公開了一種串聯(lián)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制裝置，脈沖控制單元可調(diào)節(jié)PWM變換器補(bǔ)償電網(wǎng)上的電壓跌落，將發(fā)電機(jī)端電壓維持在一定的水平，從而實(shí)現(xiàn)低電壓穿越，但該方案僅能實(shí)現(xiàn)低電壓穿越，不能解決電網(wǎng)諧波和無功問題；文獻(xiàn)CN103441504A “具有自充電功能的串聯(lián)補(bǔ)償?shù)碗妷捍┰窖b置及控制方法”公開了一種串聯(lián)補(bǔ)償?shù)碗妷捍┰窖b置和控制方法，利用三相標(biāo)準(zhǔn)變換器實(shí)現(xiàn)對直流母線電容電壓的自充電啟動，但該方案僅能實(shí)現(xiàn)低電壓穿越工作模式；文獻(xiàn)CN103390901A “風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置及控制方法”公開了一種風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置，在電網(wǎng)故障期間引起機(jī)端電壓跌落、電網(wǎng)由于無功過剩引起機(jī)端電壓升高以及電網(wǎng)諧波含量過大情況下，分別實(shí)現(xiàn)低電壓穿越、高電壓穿越和諧波補(bǔ)償，避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的脫網(wǎng)和諧波的不良影響，但該方案沒有采用切換裝置，僅通過改變控制策略實(shí)現(xiàn)不同控制要求，對不同工作模式的效果不能做到同時最優(yōu)，尤其對諧波和無功電流的補(bǔ)償效果較差。文獻(xiàn)CN103248052A“一種三相并聯(lián)型有源電力濾波器的飽和切換控制方法”公開了一種三相并聯(lián)型有源電力濾波器的飽和切換控制方法，通過建立切換系統(tǒng)模型，在飽和切換規(guī)則作用下，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)諧波電流的補(bǔ)償。但該方案僅能實(shí)現(xiàn)有源濾波器工作模式。文獻(xiàn)CN101651347B “一種并聯(lián)型有源電力濾波器”公開了一種并聯(lián)型有源電力濾波器，在有源濾波器交流輸入端與負(fù)載電路間接入三相濾波電感，能夠降低補(bǔ)償側(cè)三相電感大小，提高濾波器電流跟蹤能力。但該方案僅能治理電網(wǎng)諧波污染，不能解決低電壓穿越問題。
[0006]由于電網(wǎng)的低電壓故障發(fā)生概率較低，單獨(dú)設(shè)置風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越補(bǔ)償裝置極不經(jīng)濟(jì)，為此，本發(fā)明將低電壓穿越工作模式和有源濾波器工作模式電路通過切換裝置集成到同一平臺上，通過共享產(chǎn)生補(bǔ)償電壓或電流的PWM變換器的主電路，從而提高了材料的利用率，減小了補(bǔ)償裝置的體積，降低了成本。在電網(wǎng)正常情況下，切換裝置自動切換至有源濾波器模式，補(bǔ)償系統(tǒng)作為并聯(lián)型有源濾波器工作，實(shí)現(xiàn)三相線路中諧波和無功電流補(bǔ)償；在電網(wǎng)低電壓故障情況下，切換裝置自動切換至串聯(lián)型低電壓補(bǔ)償模式，輔助實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的低電壓故障穿越運(yùn)行。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種利用一臺PWM變換器實(shí)現(xiàn)低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償功能，在補(bǔ)償諧波電流和無功電流方面具有更好的性能，能可靠實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的低電壓故障穿越，減小了補(bǔ)償裝置的體積，節(jié)約了成本的風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置，同時提供兩種基于該裝置的風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置的模式切換方法，分別實(shí)現(xiàn)上述裝置從并聯(lián)型有源濾波器模式切換到串聯(lián)型低電壓穿越模式，以及從串聯(lián)型低電壓穿越模式切換到并聯(lián)型有源濾波器模式。
技術(shù)方案:本發(fā)明的風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置，包括PWM變換器、LC濾波器、切換裝置、串聯(lián)耦合變壓器、旁路開關(guān)、脈沖控制單元、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)公共連接點(diǎn)。其中，PWM變換器的三相輸出連接到LC濾波器的一端，所述的LC濾波器另一端與切換裝置的輸入端連接，切換裝置的輸出分成三相且每相有兩個輸出端，每相的一個輸出端A3、B3、C3端口接入到電網(wǎng)公共連接點(diǎn)，另一個輸出端A4、B4、C4端口接入到串聯(lián)耦合變壓器的原邊一端，串聯(lián)耦合變壓器的原邊另一端三相短接，串聯(lián)耦合變壓器的副邊兩端跨接在電網(wǎng)公共連接點(diǎn)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)端口之間，旁路開關(guān)跨接在串聯(lián)耦合變壓器的副邊兩端，脈沖控制單元通過信號線分別與PWM變換器、切換裝置和旁路開關(guān)連接，旁路開關(guān)采用雙向晶閘管。
[0009]本發(fā)明裝置的優(yōu)選方案中，切換裝置包括三個靜態(tài)切換開關(guān)和三個快速切換開關(guān)，所述的靜態(tài)切換開關(guān)采用雙向晶閘管，所述快速切換開關(guān)由兩個相同的晶閘管共陽極連接組成，并且每個晶閘管都反向并聯(lián)有一個續(xù)流二極管，每個靜態(tài)切換開關(guān)，以及每個快速切換開關(guān)均對應(yīng)一相線路，同相的靜態(tài)切換開關(guān)和快速切換開關(guān)在輸入端并聯(lián)后共同連接到LC濾波器的一相端口上,靜態(tài)切換開關(guān)的輸出端作為切換裝置一相的一個輸出端與串聯(lián)耦合變壓器的原邊一端連接，快速切換開關(guān)輸出端作為切換裝置一相的另一個輸出端與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的一相端口連接。 本發(fā)明的風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置的切換方法，將上述裝置從并聯(lián)型有源濾波器模式切換到串聯(lián)型低電壓穿越控制模式，包括順序執(zhí)行以下步驟:
①裝置初始工作狀態(tài)為并聯(lián)型有源濾波器模式，實(shí)時采集電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的電壓，設(shè)定低電壓門檻值為0.9倍的額定電壓，一旦檢測到電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的電壓值低于所述低電壓門檻值，脈沖控制單元停止向PWM變換器和旁路開關(guān)輸出觸發(fā)脈沖，并聯(lián)型有源濾波器模式停止；
②在電壓過零點(diǎn)之前，利用外部強(qiáng)迫換流回路切斷快速切換開關(guān)，對快速切換開關(guān)的電流進(jìn)行采樣，當(dāng)三個切斷快速切換開關(guān)的電流都為零時，確認(rèn)快速切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)關(guān)斷，此時PWM變換器與電網(wǎng)斷開連接；
③脈沖控制單元觸發(fā)閉合靜態(tài)切換開關(guān)，使PWM變換器通過切換裝置的一組輸出端A4、B4和C4端口與串聯(lián)耦合變壓器接通；
④對旁路開關(guān)的電流的大小和方向進(jìn)行采樣，z=a，b,c,a, b, c代表電路的三相。根據(jù)電流ix的方向，脈沖控制單元驅(qū)動PWM變換器產(chǎn)生與電流ix方向相反、幅值恒定的電壓，施加到串聯(lián)耦合變壓器的原邊并感應(yīng)到副邊，疊加到旁路開關(guān)兩端；
⑤檢測旁路開關(guān)的電流ix,當(dāng)電流ix減小到零時，旁路開關(guān)就實(shí)現(xiàn)斷開，PWM變換器停止輸出反向電壓，開始輸出低電壓補(bǔ)償信號，裝置開始工作在串聯(lián)型低電壓穿越模式。
[0010]本發(fā)明的另一種風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置的切換方法，將上述裝置從串聯(lián)型低電壓穿越模式切換到并聯(lián)型有源濾波器模式，包括順序執(zhí)行以下步驟:
①裝置初始工作狀態(tài)為串聯(lián)型低電穿越模式，實(shí)時采集電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的電壓，若檢測到電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的電壓高于0.9倍的額定電壓，則判定電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的電壓恢復(fù)正常，然后關(guān)閉PWM變換器，使串聯(lián)型低電壓穿越模式停止工作；
②脈沖控制單元觸發(fā)閉合旁路開關(guān)，使串聯(lián)耦合變壓器被旁路，從而退出運(yùn)行；
③脈沖控制單元停止向靜態(tài)切換開關(guān)發(fā)送觸發(fā)信號，當(dāng)切換開關(guān)中的交流電流過零后，切換開關(guān)自然斷開，對靜態(tài)切換開關(guān)的電流進(jìn)行采樣，當(dāng)三個靜態(tài)切換開關(guān)的電流都為零時，確認(rèn)靜態(tài)切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)斷開；
④脈沖控制單元觸發(fā)閉合快速切換開關(guān)，使PWM變換器通過切換裝置的另一組輸出端A3、B3和C3端口與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)接通，裝置開始工作在并聯(lián)型有源濾波器模式。
[0011]在電網(wǎng)正常工作情況下，整個系統(tǒng)工作在有源濾波器模式，實(shí)現(xiàn)三相線路中諧波和無功電流補(bǔ)償；在檢測電網(wǎng)電壓跌落情況下，補(bǔ)償裝置立即切換至串聯(lián)補(bǔ)償模式，輔助實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的低電壓故障穿越運(yùn)行。
[0012]本發(fā)明裝置安裝于風(fēng)力發(fā)電機(jī)端與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)(PCC點(diǎn))之間的三相電路上，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的以下3個技術(shù)問題:(I)風(fēng)電機(jī)組變流器造成較大程度的低次諧波電流，惡化整個發(fā)電系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量，部分發(fā)電機(jī)組功率因數(shù)較低，或者電網(wǎng)要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有一定的無功功率調(diào)節(jié)能力。(2)電網(wǎng)故障造成電壓跌落時，風(fēng)電機(jī)組因不具備低壓穿越能力而發(fā)生脫網(wǎng)。(3)并聯(lián)型有源濾波器電路和串聯(lián)型低電壓補(bǔ)償電路共用PWM變換器主電路模塊，以及兩種電路之間快速有效的切換。
[0013]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
現(xiàn)有的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，串聯(lián)型補(bǔ)償電路和并聯(lián)型補(bǔ)償電路分用兩臺PWM變換器，至多公用直流母線電容。然而，針對風(fēng)電機(jī)組低電壓故障穿越的補(bǔ)償，電網(wǎng)低電壓故障發(fā)生概率較低、單獨(dú)設(shè)置低電壓穿越補(bǔ)償裝置不經(jīng)濟(jì)。本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)PCC點(diǎn)之間，存在兩種工作模式并可相互自動切換，利用一臺PWM變換器實(shí)現(xiàn)低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償功能，大大提高了設(shè)備的利用率。解決了單獨(dú)設(shè)置低電壓穿越補(bǔ)償裝置不經(jīng)濟(jì)的問題。與串聯(lián)型有源濾波器相比，并聯(lián)型有源濾波器具有投切方便靈活以及各種保護(hù)簡單的優(yōu)點(diǎn)，在補(bǔ)償諧波電流和無功電流方面具有更好的性能。同時串聯(lián)型的低電壓穿越補(bǔ)償模式在電壓補(bǔ)償方面具有明顯優(yōu)勢，采用串聯(lián)型電路能可靠實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的低電壓故障穿越。本發(fā)明利用晶閘管開關(guān)實(shí)現(xiàn)電路的切換，通過切換裝置將兩個工作模式的串并聯(lián)電路集成到一個平臺，減小了補(bǔ)償裝置的體積，節(jié)約了裝置的成本。本發(fā)明的切換方法，利用強(qiáng)波換流回路快速關(guān)斷晶閘管，針對低電壓故障突發(fā)的情況，電路能夠保證及時的切換。此外，利用PWM變換器關(guān)斷旁路開關(guān)，不需要另外增加關(guān)斷裝置，進(jìn)一步提高了裝置的利用率。
[0014]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為可自動切換的風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償系統(tǒng)的示意圖。
[0016]圖2為切換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3為PWM變換器(含卸荷電路)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖4為快速切換開關(guān)及其強(qiáng)迫換流回路示意圖。
[0019]圖5為自動切換的風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償系統(tǒng)切換流程圖。
[0020]圖中有:PWM變換器1、LC濾波器2、切換裝置3、串聯(lián)耦合變壓器4、旁路開關(guān)5、脈沖控制單元6、風(fēng)力發(fā)電機(jī)7、電網(wǎng)公共連接點(diǎn)8、靜態(tài)切換開關(guān)9、快速切換開關(guān)10。
[0021]
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例和說明書附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0023]如圖1所示，該可自動切換的風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置安裝于風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)公共連接PCC點(diǎn)之間的三相電路上。該裝置包括PWM變換器1、LC濾波器
2、切換裝置3、串聯(lián)耦合變壓器4、旁路開關(guān)5、脈沖控制單元6、風(fēng)力發(fā)電機(jī)7和電網(wǎng)公共連接點(diǎn)8 ;其中，PWM變換器I的三相輸出連接到LC濾波器2的一端，LC濾波器2另一端與切換裝置3的輸入端連接，切換裝置3的輸出分成三相且每相有兩個輸出端，每相的一個輸出端A3、B3、C3端口接入到電網(wǎng)公共連接點(diǎn)8，另一個輸出端A4、B4、C4端口接入到串聯(lián)耦合變壓器4的原邊一端，串聯(lián)耦合變壓器4的原邊另一端三相短接，串聯(lián)耦合變壓器4副邊兩端跨接在電網(wǎng)公共連接點(diǎn)8和風(fēng)力發(fā)電機(jī)7端口之間，旁路開關(guān)5跨接在串聯(lián)耦合變壓器4的副邊兩端，脈沖控制單元6通過信號線分別與PWM變換器I中IGBT的門極、切換裝置3各開關(guān)管的門極和旁路開關(guān)5的門極連接。LC濾波回路2，用于濾除PWM變換器I開關(guān)造成的高頻諧波毛刺。
[0024]如圖2所示，所述切換裝置3包括三個靜態(tài)切換開關(guān)9和三個快速切換開關(guān)10，所述的靜態(tài)切換開關(guān)9采用雙向晶閘管，所述快速切換開關(guān)10由兩個相同的晶閘管共陽極連接組成，并且每個晶閘管都反向并聯(lián)有一個續(xù)流二極管。每個靜態(tài)切換開關(guān)9，以及每個快速切換開關(guān)10均對應(yīng)一相線路，同相的靜態(tài)切換開關(guān)9和快速切換開關(guān)10在輸入端并聯(lián)后共同連接到LC濾波器2的一相端口上，靜態(tài)切換開關(guān)9的輸出端作為切換裝置3 —相的一個輸出端與串聯(lián)耦合變壓器4的原邊一端連接，快速切換開關(guān)10輸出端作為切換裝置3一相的另一個輸出端與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)8的一相端口連接。
[0025]所述的補(bǔ)償裝置有兩種工作模式。第I種工作模式為并聯(lián)型有源濾波器模式，用于實(shí)現(xiàn)三相線路中諧波和無功電流補(bǔ)償，此時旁路開關(guān)5和快速切換開關(guān)10閉合，靜態(tài)切換開關(guān)9斷開。第2種工作模式為串聯(lián)型低電壓穿越模式，用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的低電壓故障穿越運(yùn)行，此時靜態(tài)切換開關(guān)9閉合，旁路開關(guān)5和快速切換開關(guān)10斷開。
[0026]當(dāng)檢測到風(fēng)電機(jī)組發(fā)生低電壓故障時，需要快速地將工作模式I切換至工作模式2，所述的快速切換開關(guān)10要實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷。本發(fā)明通過外部換流回路強(qiáng)迫快速切換開關(guān)10中的晶閘管迅速關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電路狀態(tài)的快速切換。
[0027]如圖3所示，PWM變換器I實(shí)現(xiàn)了直流-交流之間的轉(zhuǎn)換。PWM變換器I與直流母線電容并聯(lián)；直流母線電容存儲能量，作為提供補(bǔ)償電壓和補(bǔ)償電流的裝置，經(jīng)PWM變換器將直流電壓逆變成交流電壓后疊加在電網(wǎng)公共連接PCC點(diǎn)，作為補(bǔ)償信號。
[0028]直流電容并聯(lián)有卸荷回路。串聯(lián)型低電壓穿越補(bǔ)償模式時，直流電容會吸收有功功率產(chǎn)生泵升。為了防止電容電壓泵升造成損壞，在電容電壓值超過設(shè)定參考值時，觸發(fā)閉合卸荷回路中的IGBT開關(guān)VTb，使直流電容通過卸荷電阻釋放吸的收有功，達(dá)到降低泵升電壓的目的。
[0029]在系統(tǒng)投入運(yùn)行前，直流電容需要預(yù)先充電。本發(fā)明利用PWM變換器I通過PWM整流方式向直流電容充電，當(dāng)直流電容電壓達(dá)到預(yù)定值時，裝置即可投入運(yùn)行。
[0030]如圖4所示，A相的快速切換開關(guān)10及其外部換流回路由晶閘管T7，T8, T9，T1(I，二極管D1, D2以及兩組振蕩電容和振蕩電感構(gòu)成。正常工作時，電流通過T7，D1或者T8，D2導(dǎo)通。振蕩電容預(yù)先完成充電。
[0031]當(dāng)需要關(guān)斷開關(guān)時，脈沖控制單元停止向T7, 1~8送出觸發(fā)信號。脈沖控制單元觸發(fā)閉合T9，T100若此時電路導(dǎo)通的開關(guān)是T7，D1，則有Τ7，Τ9，振蕩電容，振蕩電感構(gòu)成振蕩回路，迫使T7中的電流快速下降。T7的電流減小直到過零后，二極管D2被導(dǎo)通，T9, D2,振蕩電容，振蕩電感構(gòu)成換流回路。此時T7的兩端承受D2產(chǎn)生的反向壓降。使反向電壓維持時間大于晶閘管固有關(guān)斷時間，T7于是被可靠的關(guān)斷。隨著換流回路中電流的減小，二極管D2關(guān)斷。外部電流只能流過T9, D1,電感，電容構(gòu)成的回路。由于該回路為容性支路且頻率很高，外部電流迅速下降過零，T9由此關(guān)斷，LC濾波器2的輸出端A2和切換裝置3的輸出端A3之間實(shí)現(xiàn)快速斷開。若此時電路導(dǎo)通的是開關(guān)管T8，D2情況同理。
[0032]如圖5所示，風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置的模式切換方法，該方法將所述裝置從并聯(lián)型有源濾波器模式切換到串聯(lián)型低電壓穿越模式，包括以下步驟:
①裝置初始工作狀態(tài)為并聯(lián)型有源濾波器模式，此時，切換裝置通過輸出端^、B3和C3端口與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)8連接，輸出端Α4、Β4和C4端口與串聯(lián)耦合變壓器4斷開，旁路開關(guān)5閉合。實(shí)時采集電網(wǎng)公共連接點(diǎn)8的電壓，設(shè)定低電壓門檻值為0.9倍的額定電壓，一旦檢測到電網(wǎng)公共連接點(diǎn)8的電壓值低于所述低電壓門檻值，脈沖控制單元6停止向PWM變換器I和旁路開關(guān)5輸出觸發(fā)脈沖，并聯(lián)型有源濾波器模式停止；
②在電壓過零點(diǎn)之前，利用外部強(qiáng)迫換流回路切斷快速切換開關(guān)10，對快速切換開關(guān)10的電流進(jìn)行采樣，當(dāng)三個切斷快速切換開關(guān)10的電流都為零時，確認(rèn)快速切換開關(guān)10實(shí)現(xiàn)關(guān)斷，此時PWM變換器I與電網(wǎng)斷開連接；
③脈沖控制單元6觸發(fā)閉合靜態(tài)切換開關(guān)9，使PWM變換器I通過切換裝置3的一組輸出端A4、B4和C4端口與串聯(lián)耦合變壓器4接通；
④對旁路開關(guān)5的電流ix的大小和方向進(jìn)行采樣，X=a, b, c, a, b, c代表電路的三相。根據(jù)電流ix的方向，脈沖控制單元6驅(qū)動PWM變換器I產(chǎn)生與電流ix方向相反、幅值恒定的電壓，施加到串聯(lián)耦合變壓器4的原邊并感應(yīng)到副邊，疊加到旁路開關(guān)5兩端，反向電壓施加在旁路開關(guān)5的兩端，強(qiáng)迫雙向晶閘管關(guān)斷。
[0033]⑤檢測旁路開關(guān)5的電流ix，當(dāng)電流厶減小到零時，旁路開關(guān)5就實(shí)現(xiàn)斷開，PWM變換器I停止輸出反向電壓，開始輸出低電壓補(bǔ)償信號，裝置開始工作在串聯(lián)型低電壓穿越模式。風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓升高至正常值，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越控制。
[0034]該方法將所述裝置從串聯(lián)型低電壓穿越模式切換到并聯(lián)型有源濾波器模式，包括以下步驟:
①裝置初始工作狀態(tài)為串聯(lián)型低電穿越模式，此時，切換裝置通過輸出端~34和(；端口與串聯(lián)耦合變壓器4連接，輸出端A3、B3和C3端口與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)8斷開，旁路開關(guān)5斷開。實(shí)時采集電網(wǎng)公共連接點(diǎn)8的電壓，若檢測到電網(wǎng)公共連接點(diǎn)8的電壓高于0.9倍的額定電壓，則判定電網(wǎng)公共連接點(diǎn)8的電壓恢復(fù)正常，然后關(guān)閉PWM變換器1，使串聯(lián)型低電壓穿越模式停止工作； ②脈沖控制單元6觸發(fā)閉合旁路開關(guān)5，使串聯(lián)耦合變壓器4被旁路，從而退出運(yùn)行；
③脈沖控制單元6停止向靜態(tài)切換開關(guān)9發(fā)送觸發(fā)信號，當(dāng)切換開關(guān)9中的交流電流過零后，切換開關(guān)9自然斷開，對靜態(tài)切換開關(guān)9的電流進(jìn)行采樣，當(dāng)三個靜態(tài)切換開關(guān)9的電流都為零時，確認(rèn)靜態(tài)切換開關(guān)9實(shí)現(xiàn)斷開；
④脈沖控制單元6觸發(fā)閉合快速切換開關(guān)10，使PWM變換器I通過切換裝置3的一組輸出端^43和C3端口與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)8接通，裝置開始工作在并聯(lián)型有源濾波器模式。
[0035]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和等同形式，這些改進(jìn)和等同形式得到的技術(shù)方案也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置，其特征在于:該裝置包括PWM變換器(I)、LC濾波器(2)、切換裝置(3)、串聯(lián)耦合變壓器(4)、旁路開關(guān)(5)、脈沖控制單元(6 )、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(7 )和電網(wǎng)公共連接點(diǎn)(8 );其中，PWM變換器(I)的三相輸出連接到LC濾波器(2)的一端，所述的LC濾波器(2)另一端與切換裝置(3)的輸入端連接，切換裝置(3)的輸出分成三相且每相有兩個輸出端，每相的一個輸出端A3、B3、C3端口接入到電網(wǎng)公共連接點(diǎn)(8 )，另一個輸出端A4、B4、C4端口接入到串聯(lián)耦合變壓器(4 )的原邊一端，串聯(lián)耦合變壓器(4)的原邊另一端三相短接，串聯(lián)耦合變壓器(4)副邊兩端跨接在電網(wǎng)公共連接點(diǎn)(8)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)(7)端口之間，旁路開關(guān)(5)跨接在串聯(lián)耦合變壓器(4)的副邊兩端，脈沖控制單元(6)通過信號線分別與PWM變換器(I)、切換裝置(3)和旁路開關(guān)(5)連接，所述的旁路開關(guān)(5)采用雙向晶閘管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可自動切換的風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述切換裝置(3)包括三個靜態(tài)切換開關(guān)(9)和三個快速切換開關(guān)(10)，所述的靜態(tài)切換開關(guān)(9)采用雙向晶閘管，所述快速切換開關(guān)(10)由兩個相同的晶閘管共陽極連接組成，并且每個晶閘管都反向并聯(lián)有一個續(xù)流二極管；每個靜態(tài)切換開關(guān)(9)，以及每個快速切換開關(guān)(10)均對應(yīng)一相線路，同相的靜態(tài)切換開關(guān)(9)和快速切換開關(guān)(10)在輸入端并聯(lián)后共同連接到LC濾波器(2)的一相端口上，靜態(tài)切換開關(guān)(9)的輸出端作為切換裝置(3) —相的一個輸出端與串聯(lián)耦合變壓器(4)的原邊一端連接，快速切換開關(guān)(10)輸出端作為切換裝置(3)—相的另一個輸出端與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)(8)的一相端口連接。
3.一種風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置的模式切換方法，其特征在于，該方法將權(quán)利要求1或2所述裝置從并聯(lián)型有源濾波器模式切換到串聯(lián)型低電壓穿越模式，包括以下步驟: ①裝置初始工作狀態(tài)為并聯(lián)型有源濾波器模式，實(shí)時采集電網(wǎng)公共連接點(diǎn)(8)的電壓，設(shè)定低電壓門檻值為0.9倍的額定電壓，一旦檢測到電網(wǎng)公共連接點(diǎn)(8)的電壓值低于所述低電壓門檻值，脈沖控制單元(6)停止向PWM變換器(I)和旁路開關(guān)(5)輸出觸發(fā)脈沖，并聯(lián)型有源濾波器模式停止； ②在電壓過零點(diǎn)之前，利用外部強(qiáng)迫換流回路切斷快速切換開關(guān)(10)，對快速切換開關(guān)(10)的電流進(jìn)行采樣，當(dāng)三個切斷快速切換開關(guān)(10)的電流都為零時，確認(rèn)快速切換開關(guān)(10)實(shí)現(xiàn)關(guān)斷，此時PWM變換器(I)與電網(wǎng)斷開連接； ③脈沖控制單元(6)觸發(fā)閉合靜態(tài)切換開關(guān)(9)，使PWM變換器(I)通過切換裝置(3)的一組輸出端A4、B4和C4端口與串聯(lián)耦合變壓器(4)接通； ④對旁路開關(guān)(5)的電流ix的大小和方向進(jìn)行采樣，jr=a,b, c, a, b, c代表電路的三相，根據(jù)電流ix的方向，脈沖控制單元(6)驅(qū)動PWM變換器(I)產(chǎn)生與電流厶方向相反、幅值恒定的電壓，施加到串聯(lián)耦合變壓器(4)的原邊并感應(yīng)到副邊，疊加到旁路開關(guān)(5)兩端; ⑤檢測旁路開關(guān)(5)的電流Yr，當(dāng)電流Yr減小到零時，旁路開關(guān)(5)就實(shí)現(xiàn)斷開，PWM變換器(I)停止輸出反向電壓，開始輸出低電壓補(bǔ)償信號，裝置開始工作在串聯(lián)型低電壓穿越模式。
4.一種風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和有源濾波補(bǔ)償裝置的模式切換，其特征在于，該方法將權(quán)利要求1或2所述裝置從串聯(lián)型低電壓穿越模式切換到并聯(lián)型有源濾波器模式，包括以下步驟: ①裝置初始工作狀態(tài)為串聯(lián)型低電穿越模式，實(shí)時采集電網(wǎng)公共連接點(diǎn)(8)的電壓，若檢測到電網(wǎng)公共連接點(diǎn)(8 )的電壓高于0.9倍的額定電壓，則判定電網(wǎng)公共連接點(diǎn)(8 )的電壓恢復(fù)正常，然后關(guān)閉PWM變換器(I )，使串聯(lián)型低電壓穿越模式停止工作； ②脈沖控制單元(6)觸發(fā)閉合旁路開關(guān)(5)，使串聯(lián)耦合變壓器(4)被旁路，從而退出運(yùn)行； ③脈沖控制單元(6)停止向靜態(tài)切換開關(guān)(9)發(fā)送觸發(fā)信號，當(dāng)切換開關(guān)(9)中的交流電流過零后，切換開關(guān)(9)自然斷開，對靜態(tài)切換開關(guān)(9)的電流進(jìn)行采樣，當(dāng)三個靜態(tài)切換開關(guān)(9)的電流都為零時，確認(rèn)靜態(tài)切換開關(guān)(9)實(shí)現(xiàn)斷開； ④脈沖控制單元(6)觸發(fā)閉合快速切換開關(guān)(10)，使PWM變換器(I)通過切換裝置(3)的另一組輸出端A3、B3和C3 端口與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)(8)接通，裝置開始工作在并聯(lián)型有源濾波器模式。
【文檔編號】H02J3/18GK104009497SQ201410264610
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】張建忠, 張欣, 熊良根 申請人:東南大學(xué)