一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越電路及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越電路及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電在新能源發(fā)電范疇內(nèi)已經(jīng)是水利發(fā)電之外增長量最快的發(fā)電形式。因此，根據(jù)我國的風(fēng)力蘊藏量自然條件方面來看，我們有十分有利的條件來發(fā)展這個行業(yè)。從風(fēng)力資源儲量來看，根據(jù)國家氣象局的資料，我國離地10米高的風(fēng)能資源總儲量約32.26億千瓦，其中可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量有2.53億千瓦，50米高度的風(fēng)能資源比10米高度多I倍，約為5億千瓦，近?？砷_發(fā)和利用的風(fēng)能儲量有7.5億千瓦。因此，就風(fēng)力資源儲量來看，有條件開發(fā)風(fēng)力發(fā)電。從風(fēng)力發(fā)電技術(shù)層面來看，整機(jī)方面我國已有多家整機(jī)廠商產(chǎn)品達(dá)世界先進(jìn)水平，并出口國外；風(fēng)力發(fā)電用功率變換器方面我國也已有多家企業(yè)研發(fā)成功并得以在風(fēng)場安裝使用，目前主流機(jī)型為1.5麗和2MW，目前國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)與類似機(jī)型配套的功率變換器的企業(yè)也有十幾家，主流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本上為兩電平；2Mff以上機(jī)型由于功率器件容量增大、發(fā)熱量增大、配套的保護(hù)設(shè)備擴(kuò)容等一系列問題，使其正處于研發(fā)試運行階段。綜合國內(nèi)風(fēng)電功率變換器現(xiàn)狀來說，我們有技術(shù)基礎(chǔ)、技術(shù)儲備、技術(shù)潛力來發(fā)展風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)，我們應(yīng)該努力發(fā)展好這個產(chǎn)業(yè)，并使之為我們建設(shè)節(jié)能環(huán)保型社會的綠色助手。
[0003]隨著風(fēng)場規(guī)模日益增大，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)后占整個電網(wǎng)的比例增大，單個風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)生故障都會引起整個風(fēng)場故障，甚至造成整個電網(wǎng)解列。而作為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中最常見的故障就是電網(wǎng)電壓跌落，因此具有低電壓穿越能力已經(jīng)成為決定電網(wǎng)安全的重要因素，也成為風(fēng)力發(fā)電變流器進(jìn)入市場的準(zhǔn)入條件。因此研究發(fā)力發(fā)電功率變換器的低電壓穿越能力是必要的。所謂的低電壓穿越就是:在風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點電壓跌落的時候，風(fēng)機(jī)能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，
[0004]隨著國內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電，當(dāng)風(fēng)電場電網(wǎng)電壓出現(xiàn)短時嚴(yán)重跌落或擾動時，可能造成大規(guī)模的風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)，直接回造成發(fā)電機(jī)及變流器等系統(tǒng)設(shè)備的損壞，甚至造成電網(wǎng)崩潰。因此風(fēng)電場運行的風(fēng)電機(jī)組必須具有一定低電壓穿越能力，保障機(jī)組在上述電網(wǎng)故障發(fā)生時風(fēng)電機(jī)組能順利穿越故障，保障機(jī)組和電網(wǎng)安全。風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越技術(shù)研究已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者研究熱點之一，最常見的低電壓穿越技術(shù)方案采用主動或被動撬棒電路相關(guān)技術(shù)，一般的低電壓穿越電路包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間的機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器以及用于設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的撬棒電路，通過撬棒電路實現(xiàn)低電壓穿越。
[0005]而現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于:撬棒電路與變流器并聯(lián)連接在轉(zhuǎn)子繞組上，觸發(fā)撬棒電路時，機(jī)組過剩功率大量消耗在撬棒電路中，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組無法向電網(wǎng)提供有效的無功支撐，不利用電網(wǎng)的恢復(fù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越電路及其控制方法，通過有選擇性的控制撬棒回路的切入和切除，解決了在電網(wǎng)故障恢復(fù)期間，風(fēng)電機(jī)組無功支撐出力不足等問題，同時提高了機(jī)組的運行穩(wěn)定性。
[0007]為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的目的，提供了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越電路，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過變流器與電網(wǎng)連接，定子通過并網(wǎng)開關(guān)與電網(wǎng)連接，包括:
[0008]撬棒電路，其由三相整流橋、大功率泄放電阻以及選擇開關(guān)構(gòu)成，所述三相整流橋的交流端與所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子出線端一一連接，所述大功率泄放電阻與選擇開關(guān)串聯(lián)連接在所述三相整流橋正負(fù)直流端之間；吸收回路，其由可控二極管、電容以及吸收電阻構(gòu)成，所述可控二極管的正極與所述選擇開關(guān)的進(jìn)線端連接，所述電容和吸收電阻并聯(lián)且設(shè)置在所述可控二極管負(fù)極與所述三相整流橋直流正極端之間；其中，所述三相整流橋正負(fù)直流端通過斷路器分別與所述變流器的直流母線正負(fù)端連接。
[0009]優(yōu)選的，所述變流器為四象限變流器，其包括與所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接的機(jī)側(cè)變頻器、與電網(wǎng)連接的網(wǎng)側(cè)變頻器。
[0010]優(yōu)選的，所述變流器直流母線之間并聯(lián)設(shè)置有儲能電容和斬波電路。
[0011]優(yōu)選的，所述斬波電路包括:串聯(lián)連接的第一開關(guān)和耗能電阻，所述第一開關(guān)為IGBT開關(guān)管。
[0012]優(yōu)選的，所述三相整流橋為不可控整流橋，所述選擇開關(guān)為IGBT開關(guān)管。
[0013]—種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越電路的控制方法，用于當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時，對發(fā)電機(jī)及變流器提供保護(hù)，包括以下步驟:
[0014]I)電網(wǎng)電壓跌落瞬間，同步測量變流器直流母線電壓及撬棒回路直流側(cè)電壓；
[0015]2)當(dāng)變流器直流母線電壓增大到耗能電阻觸發(fā)電壓時，選擇性導(dǎo)通第一開關(guān)，耗能電阻消耗直流母線間的過剩能量，通過控制第一開關(guān)的導(dǎo)通時間來限制直流母線電壓升高，使得直流母線電壓保持在正常波動范圍內(nèi)；
[0016]3)當(dāng)撬棒回路直流側(cè)電壓增大到撬棒回路的觸發(fā)電壓時，閉合斷路器，斷開第一開關(guān)，導(dǎo)通選擇開關(guān)，觸發(fā)撬棒回路，大功率泄放電阻導(dǎo)通，消耗轉(zhuǎn)子側(cè)的過剩能量，限制變流器直流母線電壓升高，當(dāng)撬棒回路直流側(cè)電壓回落到低于撬棒回路的觸發(fā)電壓時，先斷開選擇開關(guān)，切除大功率泄放電阻，再斷開斷路器切除撬棒回路，并選擇性導(dǎo)通第一開關(guān)，回到步驟2);
[0017]4)如果撬棒回路直流側(cè)電壓進(jìn)一步升高并超過撬棒回路的觸發(fā)電壓一定比例時，保持選擇開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，斷開斷路器，鎖閉機(jī)側(cè)變頻器，撬棒回路獨立消耗轉(zhuǎn)子側(cè)的過剩能量，直到撬棒回路直流側(cè)電壓回落到低于撬棒回路的觸發(fā)電壓，斷開選擇開關(guān)，切除撬棒回路，回到步驟2)。
[0018]優(yōu)選的，吸收回路吸收選擇開關(guān)的瞬時開斷尖峰浪涌電壓。
[0019]優(yōu)選的，所述變流器為四象限變流器，其包括與所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接的機(jī)側(cè)變頻器、與電網(wǎng)連接的網(wǎng)側(cè)變頻器，所述變流器直流母線之間并聯(lián)設(shè)置有儲能電容和斬波電路。
[0020]優(yōu)選的，所述斬波電路包括:串聯(lián)連接的所述第一開關(guān)和耗能電阻，所述第一開關(guān)為IGBT開關(guān)管。
[0021]優(yōu)選的，所述三相整流橋為不可控整流橋，所述選擇開關(guān)為IGBT開關(guān)管。
[0022]本發(fā)明至少包括以下有益效果:
[0023]1、根據(jù)轉(zhuǎn)子側(cè)過剩能量的大小，選擇性觸發(fā)撬棒回路，有效提高了發(fā)電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，穩(wěn)定變流器母線電壓的基礎(chǔ)上，減少由于投入撬棒電路造成的暫態(tài)過程；
[0024]2、根據(jù)轉(zhuǎn)子側(cè)過剩能量的大小，將撬棒回路接入到變流器直流母線上或單獨運行消耗過剩能量，保護(hù)發(fā)電系統(tǒng)免受過大能量沖擊，避免損壞機(jī)側(cè)變流器和轉(zhuǎn)子繞組；
[0025]3、盡最大可能為電網(wǎng)提供無功支撐，助其電壓的恢復(fù)。
[0026]本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的低電壓穿越電路圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0029]應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。
[0030]如圖1所示的是根據(jù)本發(fā)明的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越電路的一種實現(xiàn)形式，其中包括:
[0031]一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越電路，雙饋發(fā)電機(jī)DFIG的轉(zhuǎn)子通過變流器與電網(wǎng)連接，定子通過并網(wǎng)開關(guān)Kl與電網(wǎng)連接，發(fā)電機(jī)處于同步轉(zhuǎn)速以下發(fā)電時，轉(zhuǎn)子從電網(wǎng)吸收電能，定子產(chǎn)出電量，通過并網(wǎng)開關(guān)Kl向電網(wǎng)送電，發(fā)電機(jī)處于超同步轉(zhuǎn)速發(fā)電時，轉(zhuǎn)子和定子同時向電網(wǎng)發(fā)送電能，具體的穿越電路包括:
[0032]撬棒電路，用于消耗轉(zhuǎn)子側(cè)的過剩能量，對發(fā)電機(jī)以及變流器提供保護(hù)，撬棒電路由三相整流橋、大功率泄放電阻R3以及選擇開關(guān)T2構(gòu)成，所述三相整流橋的交流端與所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子出線端一一連接，所述大功率泄放電阻R3與選擇開關(guān)T2串聯(lián)連接，大功率泄放電阻R3另一端與所述三相整流橋直流正極連接，選擇開關(guān)T2的另一端與整流橋直流負(fù)極連接；吸收回路，用于吸收選擇開關(guān)T2的瞬時開斷尖峰浪涌電壓，吸收電路由可控二極管、電容C2以及吸收電阻R2構(gòu)成，所述可控二極管D2的正極與所述選擇開關(guān)的進(jìn)線端連接，所述電容C和吸收電阻R2并聯(lián)且設(shè)置在所述可控二極管D2負(fù)極與所述三相整流橋直流正極端之間；其中，所述三相整流橋正負(fù)直流端通過斷路器K2分別與所述變流器的直流母線正負(fù)端連接，根據(jù)轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生的過電流、過電壓等級，選擇性的觸發(fā)撬棒回路且選擇性地將撬棒回路接入到變流器直流母線上，當(dāng)撬棒回路觸發(fā)且接入到變流母線上時，大功率泄放電阻R3吸收轉(zhuǎn)子側(cè)過剩能量，抑制轉(zhuǎn)子側(cè)和變流器直流母線上的過電壓、過電流，同時有效為電網(wǎng)提供無功支撐，助電網(wǎng)電壓恢復(fù)。當(dāng)撬棒回路從變流器直流母線上切除時，變流器的機(jī)側(cè)變頻器鎖閉，撬棒回路獨立消耗轉(zhuǎn)子上的沖擊過剩能量，有效保護(hù)轉(zhuǎn)子和變流器，當(dāng)轉(zhuǎn)子上過剩能量消耗一定程度，撬棒回路的直流端電壓下降到撬棒回路觸發(fā)電壓以下時，切除撬棒回路，由變流器吸收剩余過剩能量，并向電網(wǎng)提供無功支撐，助電網(wǎng)電壓恢復(fù)。
[0033]上述技術(shù)方案中，所述變流器為四象限變流器，實現(xiàn)