專利名稱：用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越的開關(guān)和動(dòng)態(tài)電阻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制領(lǐng)域，特別是用于雙饋式風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組低電壓穿越的開關(guān)和動(dòng)態(tài)電阻。
背景技術(shù)：
近年來，風(fēng)能因?yàn)榫哂星鍧嵑徒?jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多的關(guān)注。隨著風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組的容量占整個(gè)電網(wǎng)的容量的比例呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。為 了防止在故障期間電網(wǎng)因?yàn)轱L(fēng)カ發(fā)電機(jī)大量切出電網(wǎng)而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，現(xiàn)在的電網(wǎng)都要求風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組具有低電壓穿越能力。低電壓穿越是指風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障的情況下，不切出電網(wǎng)而依然保持運(yùn)行，并按要求向電網(wǎng)提供一定功率的能力。在各種類型的風(fēng)カ發(fā)電機(jī)中，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)受到較多的青睞，這是因?yàn)橐环矫骐p饋式風(fēng)カ發(fā)電機(jī)允許轉(zhuǎn)子變速運(yùn)動(dòng)，也就是說，此種類型的電機(jī)可以根據(jù)風(fēng)速的大小調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的速度以使風(fēng)能轉(zhuǎn)化的效率最高；另ー方面，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變流器和轉(zhuǎn)子相連，不是和定子相連，這使雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變流器的容量可以是電機(jī)系統(tǒng)容量的一部分，即節(jié)約了成本。但是對(duì)于雙饋式風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組，當(dāng)定子端ロ的電壓突然降低時(shí)，轉(zhuǎn)子變流器很容易因?yàn)檗D(zhuǎn)子出現(xiàn)的過電流或過電壓而受到損害。因此為了使雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有低電壓穿越能力，必須采取相應(yīng)的控制策略。對(duì)于雙饋式風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組，常用的低電壓穿越控制技術(shù)可以分為兩類1，在不增加額外硬件的條件下控制系統(tǒng)的某些部件(Dawei Xiang, Li Ran, Peter J. Tavner,et.al. ， Contro丄 of a doubly fed induction generator in a wind turbine duringgrid fault ride-through, IEEE transactions on energy conversion, Vol. 21， No.3， Sep. 2006; Lie Xuj Yi Wang, Dynamic modeling and control of DFIG—basedwind turbines under unbalanced network conditions, IEEE transactions onpower systems, Vol. 22，No. 1，F(xiàn)eb. 2007.)，如轉(zhuǎn)子變流器或風(fēng)機(jī)葉片；2，增加額外的硬件，如電壓補(bǔ)償裝置(Patrick S. Flannery, Giri Venkataramanan, A faulttolerant doubly fed induction generator wind turbine using a parallel gridside rectiner and series grid side converter, IEEE transactions on powerelectronics, Vol. 23，No. 3，May. 2008; Christian Wessels, Fabian Gebhardt，F(xiàn)riedrich Willhelm Fuchs, Fault ride-through of a DFIG wind turbine using adynamic voltage restorer during symmetrical and asymmetrical grid faults,IEEE transactions on power systems, Vol. 26，No. 3，Mar. 2011.)、功率補(bǔ)償裝直(K. E. Okedu，S. M. Muyeen, Rion Takahashi，et. al.，Participation of factsin stabilizing DFIG with crowbar during grid fault based on grid codes, IEEEconference and exhibition, Dubai, Feb. 2011.)^ 電阻(Graham PannelI, DavidJ.Atkinson, Bashar Zahawi, Mimimum—threhold crowbar for a fault-ride-throughgrid-code-compIiant DFIG wind turoine，IEEE transactions on energy conversion,Vol. 25，No. 3，Sep. 2008; J. Yang, E. Fletcher, J. 0. Reilly, A series dynamicresistor based converter protection schemes for doubly fed induction generatorduring various fault conditions, IEEE transactions on energy conversion, Vol.25，No. 2，Jun. 2010)。對(duì)于以上的低電壓穿越控制策略，在轉(zhuǎn)子上加入撬棒電阻的低電壓策略具有結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，但也有不足和需要提高之處。當(dāng)撬棒電組在低電壓穿越階段接入轉(zhuǎn)子電路以抑制轉(zhuǎn)子電流吋，撬棒電阻的端ロ會(huì)出現(xiàn)較大的電壓，而撬棒電阻的端口和轉(zhuǎn)子變流器是相連的，因此必須提高轉(zhuǎn)子變流器的電壓等級(jí)，這便會(huì)提高系統(tǒng)的成本。另一方面，轉(zhuǎn)子加入的撬棒電阻可以加快轉(zhuǎn)子電流直流分量的衰減，但對(duì)暫態(tài)期間轉(zhuǎn)子電流交流分量的大小的影響極小。
實(shí)用新型內(nèi)容為了提高普通撬棒電阻低電壓穿越技術(shù)的有效性和減少其成本，本實(shí)用新型在普通撬棒電阻低電壓穿越控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電 壓穿越的開關(guān)和動(dòng)態(tài)電阻。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越的開關(guān)和動(dòng)態(tài)電阻，它包括雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子變流器聯(lián)接，同時(shí)轉(zhuǎn)子還并聯(lián)有撬棒電阻，定子則直接與電網(wǎng)聯(lián)接，從而構(gòu)成撬棒電阻低電壓穿越控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組上分別加設(shè)三個(gè)開關(guān)，三個(gè)動(dòng)態(tài)電阻。所述各開關(guān)串聯(lián)放置在轉(zhuǎn)子變流器和雙饋式風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子繞組的中間，位置處于轉(zhuǎn)子變流器和撬棒電阻的接入點(diǎn)之間；所述動(dòng)態(tài)電阻串聯(lián)在定子上。所述的開關(guān)由雙向可控硅組成；所述的每個(gè)動(dòng)態(tài)電阻由雙向可控硅和電阻并聯(lián)組成。所述的開關(guān)和動(dòng)態(tài)電阻具有以下兩種工作模式系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的工作模式開關(guān)的雙向可控硅導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子變流器和轉(zhuǎn)子繞組保持連接，動(dòng)態(tài)電阻的雙向可控硅導(dǎo)通，定子電流經(jīng)過雙向可控硅，不經(jīng)過電阻；雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子端ロ突然出現(xiàn)低電壓時(shí)的工作模式在轉(zhuǎn)子撬棒電阻接入后，開關(guān)的雙向可控硅斷開，使轉(zhuǎn)子變流器和轉(zhuǎn)子繞組斷開，同吋，動(dòng)態(tài)電阻的雙向可控硅斷開，定子電流經(jīng)過電阻，不經(jīng)過雙向可控硅。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是撬棒電阻和動(dòng)態(tài)電阻的共同作用將加快轉(zhuǎn)子故障電流的衰減，降低最大故障電流，縮短電機(jī)暫態(tài)時(shí)間。當(dāng)雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子端ロ出現(xiàn)低電壓時(shí)，轉(zhuǎn)子和定子的故障電流主要含兩種分量直流分量和交流分量。其中，轉(zhuǎn)子直流分量對(duì)應(yīng)于定子交流分量，轉(zhuǎn)子交流分量對(duì)應(yīng)于定子直流分量。普通撬棒電阻的作用是加快轉(zhuǎn)子直流分量的衰減，但暫態(tài)期間對(duì)轉(zhuǎn)子交流分量的衰減的影響極小。電網(wǎng)故障期間，在定子加入電阻后，此電阻會(huì)加快定子直流分量和轉(zhuǎn)子交流分量的衰減，原因是轉(zhuǎn)子交流分量和定子直流分量的時(shí)間常數(shù)與定子電阻的大小成反比。因此撬棒電阻和動(dòng)態(tài)電阻的共同作用將加快故障電流各分量的衰減。[0016]在撬棒電阻接入系統(tǒng)后，本實(shí)用新型提出的開關(guān)打開，使轉(zhuǎn)子變流器免于受到撬棒電阻端ロ出現(xiàn)的高電壓的影響，即可以保證系統(tǒng)控制效果可行性的同時(shí)，使轉(zhuǎn)子變流器的電壓等級(jí)不提高，也就節(jié)約了系統(tǒng)的成本。
圖I是普通撬棒電阻低電壓穿越的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；圖2是本實(shí)用新型提出的低電壓穿越方法的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；圖3兩種低電壓穿越策略對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)ー步說明。圖2中，本實(shí)用新型用于雙饋式風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組低電壓穿越的開關(guān)和動(dòng)態(tài)電阻，是在普通撬棒電阻低電壓穿越控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組上分別加上三個(gè)開關(guān)(圖2中的Al，A2和A3)，三個(gè)動(dòng)態(tài)電阻(圖2中的B1，B2和B3)。動(dòng)態(tài)電阻由雙向可控硅開關(guān)和電阻并聯(lián)組成。本實(shí)用新型具有以下兩種工作方式當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時(shí)，雙向可控硅開關(guān)Al，A2和A3閉合，轉(zhuǎn)子變流器和轉(zhuǎn)子繞組相連；動(dòng)態(tài)電阻B1，B2和B3的雙向可控硅閉合，定子電流經(jīng)過雙向可控硅，不經(jīng)過電阻。當(dāng)電網(wǎng)電壓突然降低時(shí)，系統(tǒng)檢測到轉(zhuǎn)子電流増大到某一設(shè)定值，撬棒開關(guān)閉合，撬棒電阻接入轉(zhuǎn)子電路。當(dāng)接收到撬棒接入系統(tǒng)的信號(hào)后，系統(tǒng)發(fā)出指令，使雙向可控硅開關(guān)△1ユ2和ム3和動(dòng)態(tài)電阻81，82和83的雙向可控硅斷開，此時(shí)轉(zhuǎn)子變流器和轉(zhuǎn)子繞組斷開，且定子電流經(jīng)過電阻，不經(jīng)過雙向可控硅。系統(tǒng)處于暫態(tài)期間，定子中串聯(lián)電阻的目的是加快系統(tǒng)暫態(tài)分量的衰減。轉(zhuǎn)子中串聯(lián)開關(guān)的作用是使轉(zhuǎn)子變流器免于受到撬棒電阻端ロ暫態(tài)電壓的影響。
權(quán)利要求1.一種用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越的開關(guān)和動(dòng)態(tài)電阻，它包括雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子變流器聯(lián)接，同時(shí)轉(zhuǎn)子還并聯(lián)有撬棒電阻，定子則直接與電網(wǎng)聯(lián)接，從而構(gòu)成撬棒電阻低電壓穿越控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征是，在雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組上分別加設(shè)三個(gè)開關(guān)，三個(gè)動(dòng)態(tài)電阻。
2.如權(quán)利要求I所述的用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越的開關(guān)和動(dòng)態(tài)電阻，其特征是，所述各開關(guān)串聯(lián)放置在轉(zhuǎn)子變流器和雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子繞組的中間，位置處于轉(zhuǎn)子變流器和撬棒電阻的接入點(diǎn)之間；所述動(dòng)態(tài)電阻串聯(lián)在定子上。
3.如權(quán)利要求I或2所述的用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越的開關(guān)和動(dòng)態(tài)電阻，其特征是，所述的開關(guān)由雙向可控硅組成；所述的每個(gè)動(dòng)態(tài)電阻由雙向可控硅和電阻并聯(lián)組成。
4.如權(quán)利要求3所述的用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越的開關(guān)和動(dòng)態(tài)電阻，其特征是，所述的開關(guān)和動(dòng)態(tài)電阻具有以下兩種工作模式 系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的工作模式開關(guān)的雙向可控硅導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子變流器和轉(zhuǎn)子繞組保持連接，動(dòng)態(tài)電阻的雙向可控硅導(dǎo)通，定子電流經(jīng)過雙向可控硅，不經(jīng)過電阻； 雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子端口突然出現(xiàn)低電壓時(shí)的工作模式在轉(zhuǎn)子撬棒電阻接入后，開關(guān)的雙向可控硅斷開，使轉(zhuǎn)子變流器和轉(zhuǎn)子繞組斷開，同時(shí)，動(dòng)態(tài)電阻的雙向可控硅斷開，定子電流經(jīng)過電阻，不經(jīng)過雙向可控硅。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越的開關(guān)和動(dòng)態(tài)電阻。它包括雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子變流器聯(lián)接，同時(shí)轉(zhuǎn)子還并聯(lián)有撬棒電阻，定子則直接與電網(wǎng)聯(lián)接，從而構(gòu)成撬棒電阻低電壓穿越控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組上分別加設(shè)三個(gè)開關(guān)，三個(gè)動(dòng)態(tài)電阻。它可以保證系統(tǒng)控制效果可行性的同時(shí)，使轉(zhuǎn)子變流器的電壓等級(jí)不提高，節(jié)約了系統(tǒng)的成本。
文檔編號(hào)H02J3/38GK202550586SQ20122015441
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者萬文峰, 孫樹敏, 李廣磊, 梁得亮, 程艷, 辛征 申請(qǐng)人:山東電力研究院