風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置，該風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置安裝于風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制裝置與電網(wǎng)公共連接PCC點(diǎn)之間的三相電路上，包括三相標(biāo)準(zhǔn)變換器、串聯(lián)耦合變壓器、雙向充放電電路、直流母線電容和旁路開關(guān)。利用電力電子技術(shù)中動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、斬波電路以及具備大容量能量存儲(chǔ)的超級(jí)電容器的思想，在電網(wǎng)故障期間引起機(jī)端電壓跌落、電網(wǎng)由于無(wú)功過(guò)剩引起機(jī)端電壓升高情況下以及在電網(wǎng)諧波含量過(guò)大的情況下，分別實(shí)現(xiàn)低電壓穿越、高電壓穿越和諧波補(bǔ)償，避免了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的脫網(wǎng)和諧波的不良影響；不需要對(duì)已有的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行任何改造，可以作為獨(dú)立的控制模塊，加裝在風(fēng)電機(jī)定子輸出端口，安裝方便。
【專利說(shuō)明】風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電電壓穿越【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高/低電壓穿越(Low/High voltage ride through,LVRT/HVRT)以及在電網(wǎng)電壓諧波畸變情況下平緩轉(zhuǎn)矩波動(dòng)控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)電場(chǎng)一般地處偏僻，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，過(guò)去為了保護(hù)風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電場(chǎng)一般通過(guò)頻繁切機(jī)來(lái)躲避電網(wǎng)故障對(duì)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(lái)越大，傳統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組自我保護(hù)將對(duì)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(dòng)和故障的情況下，其對(duì)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)電壓奔潰。出于電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的角度考慮，各國(guó)對(duì)風(fēng)電機(jī)組制造商提出了更多新的要求，先后出臺(tái)了風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，概括起來(lái)主要涉及有功功率控制、無(wú)功功率控制、電壓控制、頻率控制、低電壓穿越(low voltage ride through, LVRT)等方面。
[0003]分析2011年中國(guó)西北電網(wǎng)以及張北風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)大規(guī)模脫網(wǎng)事故機(jī)理，可以發(fā)現(xiàn)，首先電網(wǎng)故障造成電壓跌落，在故障期間，風(fēng)電機(jī)組因不具備低壓穿越能力而發(fā)生脫網(wǎng)。事故前各風(fēng)電場(chǎng)出力較大，投入了大量無(wú)功補(bǔ)償以支撐風(fēng)電有功功率的輸送；但是所投入的無(wú)功補(bǔ)償裝置主要是固定電容補(bǔ)償器組(FC)和機(jī)械投切電容器組(MSC)，缺乏電壓快速調(diào)整能力。事故期間，大量風(fēng)電機(jī)組因不滿足低電壓穿越要求而脫網(wǎng)，故障切除后，系統(tǒng)電壓回升，而各風(fēng)電場(chǎng)升壓站的電容器組扔掛網(wǎng)運(yùn)行，造成大量無(wú)功功率過(guò)剩，引起系統(tǒng)電壓升高。由于系統(tǒng)電壓升高，電網(wǎng)內(nèi)部分風(fēng)電機(jī)組由于過(guò)電壓保護(hù)(超過(guò)1.1pu)而切機(jī)脫網(wǎng)。
[0004]另外，對(duì)于雙饋異步發(fā)電機(jī)組(doubly fed induction generator, DFIG)由于定子繞組直接掛網(wǎng)，且小容量勵(lì)磁變換器控制能力有限，在電網(wǎng)電壓諧波畸變情況下，容易造成其輸出功率波動(dòng)，電流諧波，轉(zhuǎn)矩持續(xù)脈動(dòng)等負(fù)面效應(yīng)。其中造成的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組昂貴的齒輪箱傳軸系統(tǒng)危害極大，是DFIG運(yùn)行機(jī)械故障的主要源頭之一，對(duì)于籠型異步風(fēng)電機(jī)組(squirrel cage induction generator, SCIG)其轉(zhuǎn)矩在電網(wǎng)電壓諧波畸變情況下也存在同樣轉(zhuǎn)矩波動(dòng)問(wèn)題。因此，廣義的電壓穿越還需要考慮電網(wǎng)電壓不平衡且畸變等復(fù)雜情況下對(duì)風(fēng)電機(jī)組的危害影響最小。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]要解決的技術(shù)問(wèn)題:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以下3個(gè)技術(shù)問(wèn)題:(I)電網(wǎng)故障造成電壓跌落時(shí)，風(fēng)電機(jī)組因不具備低壓穿越能力而發(fā)生脫網(wǎng)；(2)電網(wǎng)故障切除后無(wú)功功率過(guò)剩引起系統(tǒng)電壓升高，風(fēng)電機(jī)組由于過(guò)電保護(hù)而切機(jī)脫網(wǎng)，即高壓穿越能力差；(3)電網(wǎng)電壓諧波畸變情況下，輸出功率波動(dòng)，電流諧波，轉(zhuǎn)矩持續(xù)脈動(dòng)等負(fù)面效應(yīng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱傳軸系統(tǒng)造成極大危害。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:[0007]風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置，該風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置安裝于風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制裝置與電網(wǎng)公共連接PCC點(diǎn)之間的三相電路上，包括三相標(biāo)準(zhǔn)變換器、串聯(lián)耦合變壓器、雙向充放電電路、直流母線電容和旁路開關(guān)；
[0008]所述三相電路的每相電路上均串接有串聯(lián)耦合變壓器的副邊，串聯(lián)耦合變壓器的副邊上均并聯(lián)有旁路開關(guān)，串聯(lián)耦合變壓器的原邊與三相標(biāo)準(zhǔn)變換器的相應(yīng)相進(jìn)行連接；
[0009]所述三相標(biāo)準(zhǔn)變換器與直流母線電容并聯(lián)；直流母線電容存儲(chǔ)能量，作為提供補(bǔ)償電壓的裝置，經(jīng)三相標(biāo)準(zhǔn)變化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)。
[0010]所述雙向充放電電路包括雙向充放電控制電路與雙向DC/DC變換器串聯(lián)連接組成，其中雙向充放電控制電路包括超級(jí)電容與DC/DC充/放電電感串聯(lián)組成，雙向充放電電路與所述直流母線電容并聯(lián)。
[0011]進(jìn)一步的，在本實(shí)用新型中，所述串聯(lián)耦合變壓器的原邊經(jīng)過(guò)濾波回路三相標(biāo)準(zhǔn)變換器相連接。濾波回路可濾除高頻分量。
[0012]進(jìn)一步的，在本實(shí)用新型中，所述旁路開關(guān)6為I個(gè)標(biāo)準(zhǔn)IGBT開關(guān)和4個(gè)相同的二極管組成的H型橋式電路結(jié)構(gòu)，所述4個(gè)二極管構(gòu)成2個(gè)橋臂，所述標(biāo)準(zhǔn)IGBT開關(guān)并接在兩個(gè)橋臂中間，其中IGBT的集電極C與橋臂中的二極管陰極相連，而IGBT的發(fā)射極E與橋臂中的二極管陽(yáng)極相連；所述H型橋式電路結(jié)構(gòu)中將兩路橋臂中二極管串接的兩個(gè)中間連接點(diǎn)分別接在串聯(lián)耦合變壓器的副邊兩端。只要斷開IGBT的觸發(fā)信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)旁路開關(guān)6的斷開。旁路開關(guān)6可以減少因風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置的接入而引起的損耗。
[0013]進(jìn)一步的，在本實(shí)用新型中，所述濾波回路為L(zhǎng)C濾波回路。LC濾波回路不僅濾波效果好，且成本低廉。
[0014]有益效果:
[0015]本實(shí)用新型采用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制裝置與電網(wǎng)公共連接PCC點(diǎn)之間的三相電路上安裝風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置，利用電力電子技術(shù)中動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、斬波電路以及具備大容量能量存儲(chǔ)的超級(jí)電容器的思想:
[0016]在電網(wǎng)故障期間，直流母線電容對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充電，直流母線電容電壓吸收的能量回饋到超級(jí)電容上，同時(shí)使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓升高，保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓不降低，維持在故障前的水平，將其與故障電網(wǎng)隔離，使機(jī)組實(shí)現(xiàn)低電壓穿越(LVRT)，使風(fēng)電機(jī)組免受電網(wǎng)故障的影響；
[0017]在電網(wǎng)由于無(wú)功過(guò)剩引起機(jī)端電壓升高情況下，超級(jí)電容對(duì)直流母線電容放電，直流母線電容電壓回升，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓降低，輔助風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)高壓穿越(HVRT)，防止電網(wǎng)內(nèi)部分風(fēng)電機(jī)組由于過(guò)電壓保護(hù)(超過(guò)1.1pu)而切機(jī)脫網(wǎng)；
[0018]在電網(wǎng)諧波含量過(guò)大，主要是5次諧波和7次諧波含量過(guò)大的情況下，可以對(duì)PCC點(diǎn)進(jìn)行諧波補(bǔ)償，消除電網(wǎng)諧波對(duì)風(fēng)電機(jī)組帶來(lái)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等負(fù)面影響。
[0019]本實(shí)用新型不需要對(duì)已有的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行任何改造，可以作為獨(dú)立的控制模塊，加裝在風(fēng)電機(jī)定子輸出端口，安裝方便。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0020]圖1為本實(shí)用新型的風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為對(duì)PCC點(diǎn)電壓?jiǎn)?dòng)串聯(lián)補(bǔ)償檢測(cè)算法原理圖；
[0022]圖3為PCC點(diǎn)電壓低于低壓門檻時(shí)的低壓串聯(lián)補(bǔ)償示意相量圖；
[0023]圖4為PCC點(diǎn)電壓高于高壓門檻時(shí)的高壓串聯(lián)補(bǔ)償示意相量圖；
[0024]圖5為電網(wǎng)電壓畸變時(shí)的諧波串聯(lián)補(bǔ)償不意相量圖；
[0025]圖6為PCC點(diǎn)電壓低于低壓門檻時(shí)的低壓串聯(lián)補(bǔ)償前后的仿真結(jié)果示意圖；
[0026]圖7為PCC點(diǎn)電壓高于高壓門檻時(shí)的高壓串聯(lián)補(bǔ)償前后的仿真結(jié)果示意圖；
[0027]圖8為在電網(wǎng)電壓畸變時(shí)諧波串聯(lián)補(bǔ)償前后的仿真結(jié)果示意圖；
[0028]圖9為低壓穿越時(shí)超級(jí)電容充電的電壓仿真結(jié)果示意圖；
[0029]圖10為高壓穿越時(shí)超級(jí)電容放電的電壓仿真結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0031]如圖1所示，將該風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置安裝于風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制裝置9與電網(wǎng)公共連接PCC點(diǎn)之間的三相電路上，經(jīng)PCC點(diǎn)后的升壓變壓器10后將風(fēng)電輸入至電網(wǎng)中。
[0032]風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置，包括三相標(biāo)準(zhǔn)變換器1、串聯(lián)耦合變壓器
4、雙向充放電電路、直流母線電容2和旁路開關(guān)6。
[0033]所述三相電路的每相電路上均串接有串聯(lián)耦合變壓器4的副邊，串聯(lián)耦合變壓器4的副邊上均并聯(lián)有旁路開關(guān)6 ;具體地，所述旁路開關(guān)6為I個(gè)標(biāo)準(zhǔn)IGBT開關(guān)和4個(gè)相同的二極管組成的H型橋式電路結(jié)構(gòu)，所述4個(gè)二極管構(gòu)成2個(gè)橋臂，所述標(biāo)準(zhǔn)IGBT開關(guān)并接在兩個(gè)橋臂中間，其中IGBT的集電極C與橋臂中的二極管陰極相連，而IGBT的發(fā)射極E與橋臂中的二極管陽(yáng)極相連；所述H型橋式電路結(jié)構(gòu)中將兩路橋臂中二極管串接的兩個(gè)中間連接點(diǎn)分別接在串聯(lián)耦合變壓器4的副邊兩端。只要斷開IGBT的觸發(fā)信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)旁路開關(guān)6的斷開。旁路開關(guān)6可以減少因風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置的接入而引起的損耗，正常情況下電流都從旁路開關(guān)6直接流向電網(wǎng)中，串聯(lián)耦合變壓器4上幾乎沒(méi)有電流，這樣串聯(lián)耦合變壓器4的阻抗引起的損耗也相當(dāng)小。所述串聯(lián)耦合變壓器4的原邊經(jīng)過(guò)濾波回路5與三相標(biāo)準(zhǔn)變換器I的相應(yīng)相進(jìn)行連接，此處該濾波回路5為L(zhǎng)C濾波回路，濾波效果佳且成本低廉。
[0034]所述三相標(biāo)準(zhǔn)變換器I與直流母線電容2并聯(lián)。三相標(biāo)準(zhǔn)變換器I實(shí)現(xiàn)了直流-交流之間的轉(zhuǎn)換。
[0035]所述雙向充放電電路包括雙向充放電控制電路與雙向DC/DC變換器串聯(lián)連接組成，其中雙向充放電控制電路包括超級(jí)電容與DC/DC充/放電電感串聯(lián)組成，雙向充放電電路與所述直流母線電容并聯(lián)。
[0036]在本裝置投入運(yùn)行前，利用不控整流等方法對(duì)直流母線電容2以及超級(jí)電容8進(jìn)行充電儲(chǔ)能，當(dāng)直流母線電容2充電到正常值1500V后開啟旁路開關(guān)6將其旁路。使得直流母線電容2的電壓漏電減少，維持時(shí)間更長(zhǎng)，直流母線電容2上的電壓一直維持在正常逆變所需數(shù)值。在電網(wǎng)處于正常情況時(shí)，提供旁路開關(guān)6中的IGBT觸發(fā)信號(hào)，使電流通過(guò)旁路開關(guān)6直接輸入電網(wǎng)中，串聯(lián)耦合變壓器4上幾乎沒(méi)有電流，這樣串聯(lián)耦合變壓器4的阻抗引起的損耗也相當(dāng)?。煌瑫r(shí)關(guān)閉三相標(biāo)準(zhǔn)變換器I中的6個(gè)IGBT觸發(fā)信號(hào)，使得三相標(biāo)準(zhǔn)變換器中IGBT的驅(qū)動(dòng)電路也處于冷備用狀態(tài)，可減少損耗。
[0037]風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越的控制方法，如圖2所示，主要利用超級(jí)電容8通過(guò)雙向DC/DC變換器3和DC/DC充/放電電感7構(gòu)成的斬波電路與直流母線電容2相連接，雙向DC-DC變換器3控制超級(jí)電容8的充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流側(cè)的電壓的控制，其中充/放電電感7實(shí)現(xiàn)電流的續(xù)流。
[0038]本實(shí)用新型包括以下3種不同情況對(duì)應(yīng)的控制方法:
[0039](I)、低電壓穿越控制方法:如圖3、圖6和圖9所示，風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)公共連接PCC點(diǎn)的電壓，故障發(fā)生前PCC點(diǎn)電壓為正常值Upcc，pre,故障發(fā)生后電壓降低為Upcc,其中Upcc由正序電壓Upcc+和負(fù)序電壓Upcc-組成。一般的，具體按不同的電網(wǎng)故障又可分為:當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生對(duì)稱故障時(shí)，使得PCC點(diǎn)正序電壓降低，出現(xiàn)正序電壓跌落A Upcc+ ;發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，在PCC點(diǎn)產(chǎn)生正序電壓跌落A Upcc+和出現(xiàn)負(fù)序電壓Upcc-。電網(wǎng)PCC點(diǎn)電壓較低，風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置需要輸出一正向電壓作為補(bǔ)償電壓來(lái)維持風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓恒定使其不再下降。
[0040]具體方法是，一旦檢測(cè)到PCC點(diǎn)的電壓低于低壓門榲，此時(shí)直流母線電容2的電壓超過(guò)相應(yīng)設(shè)定的參考值，為避免補(bǔ)償系統(tǒng)頻繁啟動(dòng)，設(shè)定0.9pu的額定電壓為低壓門檻，關(guān)斷旁路開關(guān)6中IGBT的觸發(fā)信號(hào)，進(jìn)入低壓串聯(lián)補(bǔ)償模式，直流母線電容2上的直流電壓經(jīng)過(guò)三相標(biāo)準(zhǔn)變換器I逆變成交流電壓，再通過(guò)濾波回路5濾除高頻分量，最后經(jīng)過(guò)串聯(lián)耦合變壓器4給三相電路上輸出一個(gè)正向電壓疊加在PCC點(diǎn)以升高PCC點(diǎn)的電壓。發(fā)生對(duì)稱故障時(shí)，風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置輸出一正序電壓跌落A Upcc+,即為A Upcc疊加在PCC點(diǎn)；發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置輸出一正序電壓跌落A Upcc+和一反相的負(fù)序電壓-Upcc-，將兩者的矢量合成后構(gòu)成A Upcc疊加在PCC點(diǎn)。
[0041]由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制裝置9到PCC點(diǎn)之間的電流流向與補(bǔ)償電壓方向相反，風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組輸出的功率只有部分輸入電網(wǎng)，導(dǎo)致直流母線電容2吸收多余的功率，直流母線電容2電壓上升。當(dāng)直流母線電容2的電壓超過(guò)相應(yīng)設(shè)定的參考值，觸發(fā)雙向DC/DC變換器3工作在降壓Buck模式，直流母線電容2對(duì)超級(jí)電容8進(jìn)行充電，能量從直流母線電容2流向超級(jí)電容8，抑制了直流母線電容2電壓泵升。
[0042]即風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置將產(chǎn)生相應(yīng)的電壓補(bǔ)償PCC點(diǎn)系統(tǒng)電壓的變化，使得原本下降的風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓得以升高至正常值，從而在電網(wǎng)低壓過(guò)程中保證了風(fēng)電機(jī)組端電壓的正常，實(shí)現(xiàn)低電壓穿越；同時(shí)雙向充放電電路又保證了直流母線電容2的電壓恒定。
[0043]如圖6所示，仿真時(shí)間總共為0.7s，故障開始時(shí)刻為0.3s，故障持續(xù)時(shí)間為0.2s,結(jié)束時(shí)刻為0.5s，對(duì)公共連接PCC點(diǎn)進(jìn)行不對(duì)稱故障時(shí)低壓串聯(lián)補(bǔ)償驗(yàn)證。從圖6的仿真中可以看出，在PCC點(diǎn)不對(duì)稱跌落故障情況下，綜合串聯(lián)補(bǔ)償裝置能對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)端低電壓進(jìn)行有效補(bǔ)償，使其維持在正常情況。
[0044]從圖9可以看出，風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置在進(jìn)行不對(duì)稱故障時(shí)低壓串聯(lián)補(bǔ)償情況下，直流母線電容2吸收風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組多余的功率，由于該功率存在倍頻分量，使得直流母線電容2存在波動(dòng)，同時(shí)通過(guò)雙向DC/DC變換器3，最終將過(guò)剩的功率存儲(chǔ)在超級(jí)電容8中，導(dǎo)致超級(jí)電容器8電壓上升。
[0045](2)、高電壓穿越控制方法:如圖4、圖7和圖10所示，風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)公共連接PCC點(diǎn)的電壓，一般的，電網(wǎng)由于無(wú)功過(guò)剩會(huì)引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓升高，風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置需要輸出一反向電壓來(lái)維持風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓恒定使其不再上升。
[0046]具體方法是，一旦檢測(cè)到PCC點(diǎn)的電壓高于高壓門檻，為避免補(bǔ)償系統(tǒng)頻繁啟動(dòng)，設(shè)定1.1pu額定電壓為高壓門檻，關(guān)斷旁路開關(guān)6中IGBT的觸發(fā)信號(hào)，進(jìn)入高壓串聯(lián)補(bǔ)償模式，直流母線電容2上的直流電壓通過(guò)三相標(biāo)準(zhǔn)變換器I逆變成交流電壓，再經(jīng)濾波回路5濾除高頻分量，最后經(jīng)過(guò)串聯(lián)耦合變壓器4給三相電路上輸出一個(gè)反相正序電壓-A Upcc+作為補(bǔ)償電壓疊加在PCC點(diǎn)以降低PCC點(diǎn)的電壓。
[0047]由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制裝置9到PCC點(diǎn)之間的電流流向與該補(bǔ)償電壓方向一致，直流母線電容2輸出有功功率，導(dǎo)致直流母線電容2的電壓降低。當(dāng)直流母線電容2的電壓降低到一定值時(shí)，無(wú)法達(dá)到正常逆變補(bǔ)償時(shí)所需的電壓值，此時(shí)觸發(fā)雙向DC/DC變換器3工作在升壓Boost模式，超級(jí)電容8對(duì)直流母線電容2放電，能量從超級(jí)電容8流向直流母線電容2，直流母線電容2電壓回升，一般的，電網(wǎng)故障很短不到ls，故超級(jí)電容8上存儲(chǔ)的能量滿足對(duì)直流母線電容2能量的供給，從而維持直流母線電容2正常逆變補(bǔ)償所需的電壓。
[0048]即風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置將產(chǎn)生相應(yīng)的電壓補(bǔ)償PCC點(diǎn)系統(tǒng)電壓的變化，使得原本升高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓得以降低至正常值，從而在電網(wǎng)高壓過(guò)程中保證了風(fēng)電機(jī)組端電壓的正常，實(shí)現(xiàn)高電壓穿越；同時(shí)雙向充放電電路又保證了直流母線電容2的電壓恒定。。
[0049]如圖7所示，仿真時(shí)間總共為0.7s，故障開始時(shí)刻為0.3s，故障持續(xù)時(shí)間為0.2s,結(jié)束時(shí)刻為0.5s，對(duì)公共連接PCC點(diǎn)進(jìn)行過(guò)壓串聯(lián)補(bǔ)償驗(yàn)證(過(guò)壓值為額定的1.3pu)。從圖7的仿真中可以看出，在無(wú)功過(guò)剩引起PCC點(diǎn)過(guò)電壓情況下，風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越也能對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)端高電壓進(jìn)行有效補(bǔ)償，使其維持在正常情況。
[0050]從圖10可以看出，風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越在進(jìn)行對(duì)稱過(guò)壓串聯(lián)補(bǔ)償情況下，由于補(bǔ)償?shù)碾妷悍较蚺c電流方向一致，所以，風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越需要釋放有功功率，引起直流母線電壓2電壓的下降，要保證三相標(biāo)準(zhǔn)變換器正常逆變，需要維持所需的直流母線電容2的電壓，因此超級(jí)電容器8中存儲(chǔ)的能量最終通過(guò)雙向DC/DC變換器3對(duì)直流母線電容2進(jìn)行放電，維持直流母線電容2的電壓在正常逆變范圍數(shù)值內(nèi)。
[0051](3)、諧波電壓平緩轉(zhuǎn)矩穿越控制方法:如圖5和圖8所示，實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)公共連接PCC點(diǎn)的電壓，并對(duì)PCC點(diǎn)的電壓進(jìn)行5次和7次諧波提取，依據(jù)GB14549-93電能質(zhì)量公用諧波相關(guān)規(guī)定設(shè)定電網(wǎng)諧波門檻為0.05pu，一旦檢測(cè)到PCC點(diǎn)5次或者7次諧波電壓高于設(shè)定的諧波補(bǔ)償門檻0.05pu,關(guān)斷旁路開關(guān)6中IGBT的觸發(fā)信號(hào)，進(jìn)入諧波串聯(lián)補(bǔ)償模式。如圖5所示，當(dāng)出現(xiàn)5次諧波U5和7次諧波U7時(shí)，使得PCC點(diǎn)電壓由諧波出現(xiàn)前的Upcc, pre變?yōu)閁pcc。此時(shí),風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置產(chǎn)生相應(yīng)的反向5次諧波電壓-U5和反向7次諧波電壓-U7進(jìn)行補(bǔ)償PCC點(diǎn)5次和7次諧波電壓，綜合補(bǔ)償電壓-U5和-U7合成為A UpccJfA Upcc補(bǔ)償信號(hào)驅(qū)動(dòng)三相標(biāo)準(zhǔn)變換器開關(guān)動(dòng)作，使其逆變產(chǎn)生諧波補(bǔ)償電壓A Upcc疊加在PCC點(diǎn)，使得PCC點(diǎn)電壓維持正常，從而能夠消除電網(wǎng)諧波給風(fēng)電機(jī)組帶來(lái)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、電流畸變等負(fù)面影響。
[0052]如圖8所示，仿真時(shí)間總共為0.5s，故障開始時(shí)刻為0.3s，故障持續(xù)時(shí)間為0.1s,結(jié)束時(shí)刻為0.4s，在0.3s時(shí)，PCC點(diǎn)存在20%含量的5次諧波和15%含量的7次諧波。從圖中仿真波形可以看出，在0.3s至0.4s時(shí)間段，風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置輸出5次和7次補(bǔ)償諧波，疊加在PCC點(diǎn)，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓維持在正常情況，從而隔離了諧波可能對(duì)風(fēng)電機(jī)組帶來(lái)的影響。
[0053]如圖2所示，針對(duì)低電壓穿越控制方法和高電壓穿越控制方法這兩種情況下對(duì)PCC點(diǎn)的電壓的測(cè)量和PCC點(diǎn)電壓高低的判斷方法包括順序執(zhí)行的以下步驟:
[0054](I)將電網(wǎng)PCC點(diǎn)三相電壓Upee，a、Upcx，b、Upcx，b基于兩相靜止a ^坐標(biāo)進(jìn)行PARK變換，轉(zhuǎn)換為Ua和化；
[0055](2)求取Ua和…在a P坐標(biāo)下的正序電壓分量W⑴和％W ;
[0056](3)再將 u:{t)、U}(t)進(jìn)行 2s/2r 變換得到U:(/)和 U:{t)；
[0057](4)將t/rf+(0和(0分別進(jìn)行平方再求和，求和的結(jié)果再開方，然后除以Upcc點(diǎn)正序電壓正常值得到標(biāo)幺值；
[0058](5)將標(biāo)幺值與設(shè)定的低壓門檻0.9pu和高壓門檻1.1pu進(jìn)行比較，一旦檢測(cè)到標(biāo)么值低于0.9pu時(shí)，立即關(guān)閉旁路開關(guān)(6)，啟動(dòng)低壓串聯(lián)補(bǔ)償模式；一旦檢測(cè)到標(biāo)么值高于1.1pu時(shí)，立即關(guān)閉旁路開關(guān)6中IGBT的觸發(fā)信號(hào)，啟動(dòng)高壓串聯(lián)補(bǔ)償模式。
[0059]針對(duì)諧波電壓平緩轉(zhuǎn)矩穿越控制方法中對(duì)PCC點(diǎn)的電壓諧波提取及判斷方法包括順序執(zhí)行的以下步驟:
[0060](I)將電網(wǎng)PCC點(diǎn)三相電 壓Upee，a、Upcx，b、Upcx，b基于兩相靜止a ^坐標(biāo)進(jìn)行PARK變換，轉(zhuǎn)換為Ua和化；
[0061](2)對(duì)Ua和Ue進(jìn)行5次和7次的低次諧波檢測(cè)，分別將相對(duì)應(yīng)次數(shù)的諧波檢測(cè)幅值與諧波補(bǔ)償門檻進(jìn)行比較，一旦檢測(cè)到諧波檢測(cè)幅值高于諧波補(bǔ)償門榲，立即關(guān)閉旁路開關(guān)6中IGBT的觸發(fā)信號(hào)，啟動(dòng)諧波串聯(lián)補(bǔ)償模式。
[0062]當(dāng)上述3種情況消除即電網(wǎng)電壓PCC點(diǎn)恢復(fù)后，重新提供旁路開關(guān)6中IGBT的觸發(fā)信號(hào)，旁路開關(guān)6導(dǎo)通，并將三相標(biāo)準(zhǔn)變換器I中的6個(gè)IGBT觸發(fā)信號(hào)關(guān)閉，使整個(gè)風(fēng)電機(jī)組串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置處于旁路閉鎖模式。當(dāng)再次出現(xiàn)機(jī)端電壓降低、機(jī)端電壓升高以及出現(xiàn)較多諧波時(shí)，根據(jù)相應(yīng)的控制模式，IGBT驅(qū)動(dòng)電路給出三相標(biāo)準(zhǔn)變換器I中6個(gè)IGBT相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)，并關(guān)斷旁路開關(guān)6中的IGBT觸發(fā)信號(hào)，重復(fù)之前的對(duì)應(yīng)補(bǔ)償方法對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的電路進(jìn)行補(bǔ)償。
[0063]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置，其特征在于:該風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置安裝于風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制裝置(9)與電網(wǎng)公共連接PCC點(diǎn)之間的三相電路上，包括三相標(biāo)準(zhǔn)變換器(I)、串聯(lián)耦合變壓器(4)、雙向充放電電路、直流母線電容(2)和旁路開關(guān)(6); 所述三相電路的每相電路上均串接有串聯(lián)耦合變壓器(4)的副邊，串聯(lián)耦合變壓器(4)的副邊上均并聯(lián)有旁路開關(guān)(6)，串聯(lián)耦合變壓器(4)的原邊與三相標(biāo)準(zhǔn)變換器(I)的相應(yīng)相進(jìn)行連接； 所述三相標(biāo)準(zhǔn)變換器(I)與直流母線電容(2)并聯(lián)； 所述雙向充放電電路包括雙向充放電控制電路與雙向DC/DC變換器(3)串聯(lián)連接組成，其中雙向充放電控制電路包括超級(jí)電容(8)與DC/DC充/放電電感(7)串聯(lián)組成，雙向充放電電路與所述直流母線電容(2)并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置，其特征在于:所述串聯(lián)耦合變壓器(4)的原邊經(jīng)過(guò)濾波回路(5)與三相標(biāo)準(zhǔn)變換器(I)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置，其特征在于:所述旁路開關(guān)(6)為I個(gè)標(biāo)準(zhǔn)IGBT開關(guān)和4個(gè)相同的二極管組成的H型橋式電路結(jié)構(gòu)，所述4個(gè)二極管構(gòu)成2個(gè)橋臂，所述標(biāo)準(zhǔn)IGBT開關(guān)并接在兩個(gè)橋臂中間，其中IGBT的集電極C與橋臂中的二極管陰極相連，IGBT的發(fā)射極E與橋臂中的二極管陽(yáng)極相連；所述H型橋式電路結(jié)構(gòu)中將兩路橋臂中二極管串接的兩個(gè)中間連接點(diǎn)分別接在串聯(lián)耦合變壓器(4)的副邊兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電機(jī)組綜合串聯(lián)補(bǔ)償電壓穿越裝置，其特征在于:所述濾波回路(5)為L(zhǎng)C濾波回路。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK203415992SQ201320502388
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】張建忠, 熊良根, 程明 申請(qǐng)人:東南大學(xué)