一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，尤其是一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前基于柔性直流輸電的風(fēng)電場中，會(huì)遭受由于直流輸電系統(tǒng)出現(xiàn)短路或者由于直流輸電線路電壓瞬時(shí)跌落導(dǎo)致的過流故障，影響著風(fēng)電場中風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其變流器的暫態(tài)穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生風(fēng)電場脫網(wǎng)現(xiàn)象，造成大范圍停電事故。根據(jù)國家有關(guān)風(fēng)電場并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，要求在一定的電壓跌落時(shí)，風(fēng)電場能夠聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。同時(shí)會(huì)遭受由于突變風(fēng)速的影響而導(dǎo)致直流輸電線路電壓波動(dòng)以及由于輸電系統(tǒng)斷路導(dǎo)致的過壓現(xiàn)象，影響著風(fēng)電場的暫態(tài)穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。上述問題嚴(yán)重制約著基于柔性直流輸電系統(tǒng)的風(fēng)電發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的在于:針對(duì)上述問題，提出一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)在任意風(fēng)速情況下當(dāng)直流輸電線路發(fā)生過流和過壓故障、電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其變流器進(jìn)行保護(hù)。
[0004]本發(fā)明一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，包括限流平波器、緩沖保護(hù)器、主回路開關(guān)、卸荷回路、卸荷開關(guān)及功率二極管，其特征在于:所述限流平波器一端與風(fēng)電場送端站的直流輸出端連接，另一端分別與所述緩沖保護(hù)器和所述卸荷回路連接；所述緩沖保護(hù)器另一端與所述主回路開關(guān)相連；所述主回路開關(guān)另一端分別與直流輸電線路和所述功率二極管相連；所述卸荷回路另一端分別與所述卸荷開關(guān)和所述功率二極管相連；所述卸荷開關(guān)另一端接地。
[0005]所述限流平波器包括大容量直流電抗器和與之并聯(lián)的二極管，實(shí)現(xiàn)直流輸電線路的限流和電流平波功能。
[0006]所述緩沖保護(hù)器包括小容量直流電抗器和與之并聯(lián)的二極管，進(jìn)行直流輸電線路的限流，實(shí)現(xiàn)保護(hù)主回路開關(guān)的功能。
[0007]所述卸荷回路包括多個(gè)由卸荷電阻和直流開關(guān)串聯(lián)形成的支路。
[0008]所述限流平波器、緩沖保護(hù)器、主回路開關(guān)、功率二極管和卸荷回路組成過流保護(hù)回路，實(shí)現(xiàn)過流故障時(shí)的風(fēng)電場保護(hù)功能。
[0009]所述限流平波器、卸荷回路和卸荷開關(guān)組成過壓保護(hù)回路，實(shí)現(xiàn)過壓故障和電壓波動(dòng)時(shí)的風(fēng)電場保護(hù)功能。
[0010]所述功率二極管在過流保護(hù)時(shí)用于連接所述卸荷回路和直流輸電線路，在過壓保護(hù)時(shí)用于隔離所述卸荷回路和直流輸電線路。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:當(dāng)直流輸電線路發(fā)生過流故障時(shí)，通過限流平波器進(jìn)行故障電流的限制和濾波，同時(shí)通過控制主回路開關(guān)和卸荷回路，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電場在任意風(fēng)速下的過流保護(hù)功能；當(dāng)直流輸電線路發(fā)生過壓或電壓波動(dòng)時(shí)，通過控制卸荷開關(guān)和卸荷回路，吸收多余的風(fēng)電功率，實(shí)現(xiàn)任意風(fēng)速下風(fēng)電場側(cè)電壓的穩(wěn)定功能。本發(fā)明具有成本低、損耗小、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，確保風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的控制策略示意圖。
[0014]其中，1-風(fēng)電場送端站直流輸出端，2-限流平波器，3-緩沖保護(hù)器，4-主回路開關(guān)，5-卸荷回路，6-卸荷開關(guān)，7-功率二極管，8-直流輸電線路，9-控制輸入，10-控制器，Il-PWM生成器，12-選擇器。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016]如附圖1所示，本發(fā)明一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，包括限流平波器2、緩沖保護(hù)器3，主回路開關(guān)4，卸荷回路5，卸荷開關(guān)6及功率二極管7，該故障保護(hù)裝置的兩側(cè)分別為風(fēng)電場送端站直流輸出端I和直流輸電線路8。
[0017]限流平波器2由大容量的直流電抗器Zw和與之并聯(lián)的二極管化組成，實(shí)現(xiàn)直流輸電線路8的限流和電流平波功能。
[0018]緩沖保護(hù)器3由小容量的直流電抗器ZJP與之并聯(lián)的二極管仏組成，進(jìn)行直流輸電線路8的限流，實(shí)現(xiàn)保護(hù)主回路開關(guān)的功能。
[0019]限流平波器2中的電抗器Zw和緩沖保護(hù)器3中的電抗器Ls,可以限制故障電流突變，并能實(shí)現(xiàn)主回路開關(guān)4和卸荷開關(guān)6工作時(shí)的平波功能，從而減少電流諧波含量，降低發(fā)電機(jī)損耗，提聞系統(tǒng)效率。
[0020]主回路開關(guān)4、卸荷開關(guān)6均為IGBT模塊。
[0021]卸荷回路5包括N個(gè)由直流開關(guān)毛和卸荷電阻巧串聯(lián)形成的支路(i=l，N)。
[0022]所述限流平波器2、緩沖保護(hù)器3、主回路開關(guān)4、卸荷回路5和功率二極管7組成過流保護(hù)回路，實(shí)現(xiàn)過流故障時(shí)的風(fēng)電場保護(hù)功能。所述限流平波器2、卸荷回路5和卸荷開關(guān)6組成過壓保護(hù)回路，實(shí)現(xiàn)過壓故障和電壓波動(dòng)時(shí)的風(fēng)電場保護(hù)功能。
[0023]具體工作過程如下:
當(dāng)直流輸電系統(tǒng)正常工作時(shí)，主回路開關(guān)4閉合，卸荷開關(guān)6打開，電流從風(fēng)電場送端站直流輸出端I流經(jīng)限流平波器2、緩沖保護(hù)器3和主回路開關(guān)4，經(jīng)過直流輸電線路8輸出功率。由于限流平波器2中的電抗器Zw的內(nèi)阻/ζ和緩沖保護(hù)器3中的電抗器Zs的內(nèi)阻Rs以及主回路開關(guān)4的通態(tài)內(nèi)阻較小，電壓降落可以忽略，因此電抗器ZjP電抗器寸穩(wěn)態(tài)直流電流沒有影響，從而在系統(tǒng)正常工作時(shí)，本發(fā)明故障保護(hù)裝置對(duì)系統(tǒng)幾乎無任何影響，損耗小。
[0024]當(dāng)直流輸電線路8發(fā)生過流故障時(shí)，卸荷開關(guān)6打開，限流平波器2和緩沖保護(hù)器3對(duì)故障電流進(jìn)行限流和濾波，同時(shí)開通卸荷回路5，以減輕主回路開關(guān)4和緩沖保護(hù)器3的電流壓力；卸荷回路5投入的分支數(shù)量取決于當(dāng)前風(fēng)電場輸出的功率，功率越大，投入的分支越多。電流從風(fēng)電場送端站直流輸出端I流經(jīng)限流平波器2，然后兵分兩路:一路經(jīng)緩沖保護(hù)器3、主回路開關(guān)4 ;另一路經(jīng)卸荷回路5和功率二極管7，兩路匯總至直流輸電線路8。通過控制主回路開關(guān)4和卸荷回路5，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場送端站直流輸出端I的電壓穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)在各種風(fēng)速下對(duì)風(fēng)電場過流保護(hù)的功能。
[0025]當(dāng)直流輸電線路8發(fā)生過壓故障和電壓波動(dòng)時(shí)，主回路開關(guān)4閉合，同時(shí)開通卸荷回路5，卸荷回路5投入的分支數(shù)量也取決于當(dāng)前風(fēng)電場輸出的功率，功率越大，投入的分支越多。電流從風(fēng)電場送端站直流輸出端I流經(jīng)限流平波器2，然后兵分兩路:一路經(jīng)卸荷回路5、卸荷開關(guān)6接地，此時(shí)功率二極管7將卸荷回路5與直流輸電線路8隔離；另一路經(jīng)緩沖保護(hù)器3、主回路開關(guān)4輸至直流輸電線路8。通過控制卸荷回路5和卸荷開關(guān)6，以確保風(fēng)電場送端站直流輸出端I的電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)過壓故障和電壓波動(dòng)時(shí)的風(fēng)電場保護(hù)功倉泛。
[0026]下面結(jié)合附圖2對(duì)本發(fā)明一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置的控制策略作進(jìn)一步說明。
[0027]如圖2所示，本發(fā)明一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，其控制框圖包括控制輸入9，控制器10，PWM生成器11，選擇器12。在控制輸入9中，把風(fēng)電場送端站直流輸出端I的電壓作為反饋輸入，跟蹤其參考值?，兩者的誤差信號(hào)經(jīng)過控制器10進(jìn)行處理，送入PWM生成器11生成PWM信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過選擇器12，選擇器12依據(jù)系統(tǒng)故障類型(過流、過壓/電壓波動(dòng))，分別協(xié)同控制主回路開關(guān)4、卸荷開關(guān)6和卸荷回路5中的h (i=l, N)，直至風(fēng)電場送端站直流輸出端I的電壓穩(wěn)定在Vref。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，包括限流平波器、緩沖保護(hù)器、主回路開關(guān)、卸荷回路、卸荷開關(guān)及功率二極管，其特征在于:所述限流平波器一端與風(fēng)電場送端站的直流輸出端連接，另一端分別與所述緩沖保護(hù)器和所述卸荷回路連接；所述緩沖保護(hù)器另一端與所述主回路開關(guān)相連；所述主回路開關(guān)另一端分別與直流輸電線路和所述功率二極管相連；所述卸荷回路另一端分別與所述卸荷開關(guān)和所述功率二極管相連；所述卸荷開關(guān)另一端接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，其特征在于:所述限流平波器包括大容量直流電抗器和與之并聯(lián)的二極管，實(shí)現(xiàn)直流輸電線路的限流和電流平波功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，其特征在于:所述緩沖保護(hù)器包括小容量直流電抗器和與之并聯(lián)的二極管，進(jìn)行直流輸電線路的限流，實(shí)現(xiàn)保護(hù)主回路開關(guān)的功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，其特征在于:所述卸荷回路包括多個(gè)由直流開關(guān)和卸荷電阻串聯(lián)形成的支路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，其特征在于:所述限流平波器、緩沖保護(hù)器、主回路開關(guān)、卸荷回路和功率二極管組成過流保護(hù)回路，實(shí)現(xiàn)過流故障時(shí)的風(fēng)電場保護(hù)功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，其特征在于:所述限流平波器、卸荷回路和卸荷開關(guān)組成過壓保護(hù)回路，實(shí)現(xiàn)過壓故障和電壓波動(dòng)時(shí)的風(fēng)電場保護(hù)功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，其特征在于:所述功率二極管在過流保護(hù)時(shí)用于連接所述卸荷回路和直流輸電線路，在過壓保護(hù)時(shí)用于隔離所述卸荷回路和直流輸電線路。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)故障保護(hù)裝置，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括限流平波器、緩沖保護(hù)器、主回路開關(guān)、卸荷回路、卸荷開關(guān)及功率二極管。所述限流平波器一端與風(fēng)電場送端站的直流輸出端連接，另一端分別與所述緩沖保護(hù)器和所述卸荷回路連接；所述緩沖保護(hù)器另一端與所述主回路開關(guān)相連；所述主回路開關(guān)另一端分別與直流輸電線路和所述二極管相連；所述卸荷回路另一端分別與所述卸荷開關(guān)和所述功率二極管相連；所述卸荷開關(guān)另一端接地。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)任意風(fēng)速下直流輸電線路發(fā)生過流和過壓故障及電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)風(fēng)電場的保護(hù)，具有成本低、損耗小、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，確保風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行。
【IPC分類】H02H9-04, H02H9-02
【公開號(hào)】CN104701832
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510127187
【發(fā)明人】閆紹敏
【申請(qǐng)人】曲阜師范大學(xué), 褚曉廣
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月23日