專利名稱：一種雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制方法及系統(tǒng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸配電的控制方法及裝置，尤其是指一種用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中低電壓穿越功能的控制方法及系統(tǒng)裝置；屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
并網(wǎng)風(fēng)機(jī)數(shù)量、容量的與日遞增，風(fēng)電在電力系統(tǒng)中的比重越來越大，并網(wǎng)風(fēng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行變得至關(guān)重要，并網(wǎng)風(fēng)機(jī)的電能質(zhì)量和低電壓穿越功能是電力公司及業(yè)主及考衡量考核風(fēng)機(jī)的硬性指標(biāo)。如果低電壓穿越處理不好，將會(huì)引發(fā)風(fēng)電機(jī)組大面積停機(jī)，給電網(wǎng)造成巨大沖擊，甚至導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰。從風(fēng)機(jī)自身來看，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落發(fā)生時(shí)，由于此時(shí)風(fēng)機(jī)捕獲的風(fēng)能經(jīng)過風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換的電能無法向電網(wǎng)輸送，這樣就會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子出現(xiàn)過流沖擊，同時(shí)根據(jù)電磁感應(yīng)關(guān)系，電機(jī)轉(zhuǎn)子也會(huì)相應(yīng)出現(xiàn)過壓和過流沖擊，變流器中間直流母線升高，特別是雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其變頻器容量為機(jī)組容量的1/3左右，如不采取措施，將對(duì)變流器的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，所以在故障發(fā)生期間，必須耗掉部分風(fēng)機(jī)捕獲的風(fēng)能。目前，對(duì)于電網(wǎng)電壓出短時(shí)嚴(yán)重跌落情況，大都采用故障期間在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè) crowbar裝置來耗能及旁路網(wǎng)側(cè)變流器。通常，crowbar電路由二極管整流橋及晶閘管、耗能電阻組成，二極管整流橋?qū)㈦姍C(jī)轉(zhuǎn)子的三相輸出整流成直流，在檢測到轉(zhuǎn)子出現(xiàn)過電壓的候，觸發(fā)晶閘管，投入crowbar 電路。電機(jī)轉(zhuǎn)子、二極管整流器、晶閘管及能耗電阻組成一個(gè)回路，實(shí)現(xiàn)故障時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)及變頻器的保護(hù)。采用晶閘管投切crowbar電路有個(gè)弊端，晶閘管觸發(fā)后，不能自行關(guān)斷，其關(guān)斷只能依靠外電路電壓的反向。此種crowbar電路觸發(fā)后，需要等待一段時(shí)間，并把電機(jī)的定子從電網(wǎng)斷開，待晶閘管由于外電路的變化而關(guān)斷后，電機(jī)及變流器實(shí)施再次并網(wǎng)并發(fā)動(dòng)。這種crowbar電路只能實(shí)現(xiàn)變流器的保護(hù)，并不能完成風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越。此種crowbar電路裝置不能實(shí)現(xiàn)低電壓穿越，原因在于晶閘管不能自行關(guān)斷，只能依靠外電路的反向，來實(shí)現(xiàn)關(guān)斷。另外，crowbar電路裝置的投切會(huì)從電網(wǎng)吸收大量無功，從而引起無功的大幅波動(dòng)，不利于電網(wǎng)恢復(fù)，隨著并網(wǎng)風(fēng)機(jī)數(shù)量及單機(jī)容量的增加，crowbar電路裝置的投切過程吸收無功會(huì)使電網(wǎng)惡化。當(dāng)前一些用于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低電壓穿越功能的電路裝置，其設(shè)計(jì)過程中沒有考慮到電網(wǎng)電壓跌落期間仍需運(yùn)行設(shè)備的供電，風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行過程中，設(shè)備工作用電來源于電網(wǎng)，電網(wǎng)故障將導(dǎo)致支持設(shè)備低電壓穿越運(yùn)行的供電裝置不能正常供電，從而導(dǎo)致機(jī)組的低電壓穿越功能無法正常實(shí)現(xiàn)。還有一些廠家設(shè)計(jì)過程中考慮到了電網(wǎng)電壓跌落期間仍需運(yùn)行設(shè)備的供電，選取了在線UPS，在線式UPS開機(jī)后逆變器始終處于工作狀態(tài)，因此在市電異常轉(zhuǎn)電池放電時(shí)沒有中斷時(shí)間，即0中斷，但是在線式UPS在風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，又增加一個(gè)新的故障點(diǎn)，對(duì)風(fēng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行不利，同時(shí)在線式UPS價(jià)格昂貴。綜上所述，現(xiàn)有的雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中低電壓穿越技術(shù)仍存在一些問題，需要對(duì)此加以改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中低電壓穿越技術(shù)所存在的問題，提出一種可以保證風(fēng)機(jī)安全、可靠的實(shí)現(xiàn)低抵押穿越功能的用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中低電壓穿越功能的控制方法及系統(tǒng)裝置。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中低電壓穿越的控制方法，在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)跌落程度的不同，通過crowbar電路裝置中IGBT分級(jí)投切不同數(shù)量的能耗電阻，來減小crowbar裝置投入和切出時(shí)所吸收的無功， 從而減小crowbar裝置投入和切出時(shí)的無功波動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的低電壓穿越功能。所述的crowbar裝置中的IGBT，在需要的時(shí)刻開通，保護(hù)變流器并旁路掉電機(jī)；在故障解除的時(shí)刻，又可關(guān)斷，使crowbar電路從電機(jī)回路中切出，使風(fēng)電機(jī)組快速轉(zhuǎn)入到發(fā)電狀態(tài)，幫助機(jī)組實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的功能。所述的IGBT分級(jí)投切是在crowbar電路裝置中的不控整流電路旁設(shè)置一耗能電路，且耗能電路由多個(gè)IGBT與耗能電阻串聯(lián)后并聯(lián)組合構(gòu)成；當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落發(fā)生期間， 根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落程度的不同，投切不同個(gè)數(shù)的耗能電阻，以減小crowbar裝置投入和切出時(shí)所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時(shí)的無功波動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的低電壓穿越功能。另外，所述的crowbar電路裝置在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)采用離線式UPS供電裝置給 crowbar電路裝置、轉(zhuǎn)子電流檢測裝置、crowbar電路中的IGBT控制裝置、風(fēng)機(jī)控制裝置供電，與在線式UPS相比，增加了可靠性，降低了成本。根據(jù)上述方法所提出的一種用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中低電壓穿越功能的系統(tǒng)裝置，包括兩個(gè)背靠背風(fēng)機(jī)變流器，crowbar電路裝置，轉(zhuǎn)子電流檢測裝置，crowbar電路的 IGBT控制裝置和風(fēng)機(jī)控制裝置；所述crowbar電路裝置包括布控整流電路及耗能電路，其作用為電網(wǎng)電壓跌落發(fā)生期間，耗掉部分風(fēng)機(jī)無法向電網(wǎng)輸送的能量，保護(hù)發(fā)電機(jī)及變流器中的電力電子器件，從而保證風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)電壓跌落期間不脫網(wǎng)安全運(yùn)行。所述的不控整流電路是由三相兩個(gè)一組串聯(lián)的二極管，并聯(lián)組合構(gòu)成。所述耗能電路包括3個(gè)IGBT器件、3個(gè)阻值相同的耗能電阻；其中3個(gè)IGBT器件相互并聯(lián)連接組合在一起，且每一個(gè)IGBT器件串接一個(gè)耗能電阻；耗能電路連接在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上。所述轉(zhuǎn)子電流檢測裝置，crowbar電路的IGBT控制裝置和風(fēng)機(jī)控制裝置旁設(shè)有 UPS供電裝置，UPS供電裝置采用的離線式UPS供電裝置，其作用在于采用離線式UPS供電裝置給crowbar電路裝置、轉(zhuǎn)子電流檢測裝置、crowbar電路中的IGBT控制裝置、風(fēng)機(jī)控制裝置供電，保證電網(wǎng)電壓跌落時(shí)機(jī)組低電壓穿越功能的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在crowbar電路中設(shè)置能耗電路，通過對(duì)IGBT的分段分級(jí)投切不同數(shù)量的能耗電阻，來減小crowbar裝置投入和切出時(shí)所吸收的無功，從而減小 crowbar裝置投入和切出時(shí)的無功波動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的低電壓穿越功能。具有控制簡單，可靠，可以保證風(fēng)機(jī)安全、可靠的實(shí)現(xiàn)低電壓穿越，而且采用了離線式UPS供電裝置，與在線式UPS相比，增加了可靠性，降低了成本。
圖1為本發(fā)明中用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中低電壓穿越功能的電路裝置圖； 圖2為本發(fā)明涉及到的crowbar裝置電路圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。通過附圖可以看出，本發(fā)明裝置涉及一種用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中低電壓穿越的控制方法，在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)跌落程度的不同，通過crowbar電路裝置中IGBT 分級(jí)投切不同數(shù)量的能耗電阻，來減小crowbar裝置投入和切出時(shí)所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時(shí)的無功波動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的低電壓穿越功能。所述的crowbar裝置中的IGBT，在需要的時(shí)刻開通，保護(hù)變流器并旁路掉電機(jī)；在故障解除的時(shí)刻，又可關(guān)斷，使crowbar電路從電機(jī)回路中切出，使風(fēng)電機(jī)組快速轉(zhuǎn)入到發(fā)電狀態(tài)，幫助機(jī)組實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的功能。所述的IGBT分級(jí)投切是在crowbar電路裝置中的不控整流電路旁設(shè)置一耗能電路，且耗能電路由多個(gè)IGBT與耗能電阻串聯(lián)后并聯(lián)組合構(gòu)成；當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落發(fā)生期間， 根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落程度的不同，投切不同個(gè)數(shù)的耗能電阻，以減小crowbar裝置投入和切出時(shí)所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時(shí)的無功波動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的低電壓穿越功能。另外，所述的crowbar電路裝置在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)采用離線式UPS供電裝置給 crowbar電路裝置、轉(zhuǎn)子電流檢測裝置、crowbar電路中的IGBT控制裝置、風(fēng)機(jī)控制裝置供電，與在線式UPS相比，增加了可靠性，降低了成本。附圖1給出了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案，從附圖1可以看出，本發(fā)明為一種用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中低電壓穿越功能的電路裝置，其各功能模塊具體連接如圖1所示 一臺(tái)雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)9通過升壓變壓器10連接到電網(wǎng)12，一個(gè)由轉(zhuǎn)子側(cè)變換器1和網(wǎng)側(cè)變換器2組成的背靠背變流器連接在雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)之間，一套crowbar裝置3 連接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子電流檢測單元5用來檢測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流，一套風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)4和 IGBT控制單元6用來故障時(shí)控制crowbar電路裝置的投切。在各檢測或控制單元旁接有一用于電網(wǎng)故障時(shí)以上所述裝置工作供電的離線式UPS供電裝置7，其作用在于采用離線式 UPS供電裝置給crowbar電路裝置、轉(zhuǎn)子電流檢測裝置、crowbar電路中的IGBT控制裝置、 風(fēng)機(jī)控制裝置供電，保證電網(wǎng)電壓跌落時(shí)機(jī)組低電壓穿越功能的實(shí)現(xiàn)。在網(wǎng)側(cè)變換器2與升壓變壓器10之間旁接有一網(wǎng)側(cè)繼電器8 ；在轉(zhuǎn)子側(cè)變換器1與雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)9之間串接有一轉(zhuǎn)子繼電器11。附圖2給出了本發(fā)明涉及到的crowbar裝置電路，crowbar裝置電路中至少包括一個(gè)不控整流電路31和一個(gè)耗能電路32，所述的不控整流電路31是由三相兩個(gè)一組串聯(lián)的二極管311并聯(lián)組合構(gòu)成。所述耗能電路32包括3個(gè)IGBT器件321、3個(gè)阻值相同的耗能電阻322 ；其中3個(gè)IGBT器件321相互并聯(lián)連接組合在一起，且每一個(gè)IGBT器件321串接一個(gè)耗能電阻322 ； 耗能電路32并接在不控整流電路31旁。 本發(fā)明的工作原理是在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)跌落程度的不同，轉(zhuǎn)子電流檢測單元5檢測轉(zhuǎn)子電流值送給風(fēng)機(jī)控制單元4，風(fēng)機(jī)控制單元4根據(jù)發(fā)電機(jī)9轉(zhuǎn)子的過流程度，來給IGBT控制單元9信號(hào)，控制crowbar電路是否投入，以及投入耗能電阻的個(gè)數(shù)，投入crowbar電路的同時(shí)，封鎖網(wǎng)側(cè)變換器IGBT觸發(fā)脈沖，在電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流檢測單元檢測轉(zhuǎn)子電流值送給風(fēng)機(jī)控制單元，風(fēng)機(jī)控制單元根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的過流程度，來給IGBT 觸發(fā)裝置信號(hào)，控制投入的crowbar電路是否切出，切出crowbar電路的同時(shí)，解除網(wǎng)側(cè)變換器IGBT觸發(fā)脈沖的封鎖，即通過crowbar電路裝置中IGBT投入相同阻值的能耗電阻個(gè)數(shù)，來減小crowbar裝置投入和切出時(shí)所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時(shí)的無功波動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的低電壓穿越功能。該crowbar裝置采用IGBT在需要的時(shí)刻開通，保護(hù)變流器并旁路掉電機(jī)；在故障解除的時(shí)刻，又可關(guān)斷，使crowbar電路從電機(jī)回路中切出，使風(fēng)電機(jī)組快速轉(zhuǎn)入到發(fā)電狀態(tài)，幫助機(jī)組實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的功能。另外，該裝置在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)全過程采用離線式UPS供電裝置給crowbar電路裝置、轉(zhuǎn)子電流檢測裝置、crowbar電路中IGBT控制裝置、風(fēng)機(jī)控制裝置供電，與在線式UPS相比，增加了可靠性， 降低了成本。
權(quán)利要求
1.一種雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制方法，其特征在于在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)， 根據(jù)電網(wǎng)跌落程度的不同，通過crowbar電路裝置中IGBT分級(jí)投切不同數(shù)量的能耗電阻， 來減小crowbar裝置投入和切出時(shí)所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時(shí)的無功波動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的低電壓穿越功能。
2.如權(quán)利要求1所述的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制方法，其特征在于所述的crowbar裝置中的IGBT，在需要的時(shí)刻開通，保護(hù)變流器并旁路掉電機(jī)；在故障解除的時(shí)刻，又可關(guān)斷，使crowbar電路從電機(jī)回路中切出，使風(fēng)電機(jī)組快速轉(zhuǎn)入到發(fā)電狀態(tài)，幫助機(jī)組實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的功能。
3.如權(quán)利要求2所述的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制方法，其特征在于所述的IGBT分級(jí)投切是在crowbar電路裝置中的不控整流電路旁設(shè)置一耗能電路，且耗能電路由多個(gè)IGBT與耗能電阻串聯(lián)后并聯(lián)組合構(gòu)成；當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落發(fā)生期間，根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落程度的不同，投切不同個(gè)數(shù)的耗能電阻，以減小crowbar裝置投入和切出時(shí)所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時(shí)的無功波動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的低電壓穿越功能。
4.如權(quán)利要求3所述的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制方法，其特征在于所述的crowbar電路裝置在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)采用離線式UPS供電裝置給crowbar電路裝置、轉(zhuǎn)子電流檢測裝置、crowbar電路中的IGBT控制裝置、風(fēng)機(jī)控制裝置供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制方法所提出的一種雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制系統(tǒng)裝置，包括兩個(gè)背靠背風(fēng)機(jī)變流器，crowbar電路裝置，轉(zhuǎn)子電流檢測裝置，crowbar電路的IGBT控制裝置和風(fēng)機(jī)控制裝置；其特征在于所述 crowbar電路裝置包括不控整流電路及耗能電路。
6.如權(quán)利要求5所述的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制系統(tǒng)裝置，其特征在于 所述的不控整流電路是由三個(gè)兩個(gè)一組串聯(lián)的二極管，并聯(lián)組合構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制系統(tǒng)裝置，其特征在于 所述耗能電路包括3個(gè)IGBT器件、3個(gè)阻值相同的耗能電阻；其中3個(gè)IGBT器件相互并聯(lián)連接組合在一起，且每一個(gè)IGBT器件串接一個(gè)耗能電阻；耗能電路并接在不控整流電路旁。
8.如權(quán)利要求6所述的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制系統(tǒng)裝置，其特征在于 所述轉(zhuǎn)子電流檢測裝置，crowbar電路的IGBT控制裝置和風(fēng)機(jī)控制裝置旁設(shè)有UPS供電裝置，UPS供電裝置采用的離線式UPS供電裝置。
全文摘要
一種雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制方法及系統(tǒng)裝置，在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)跌落程度的不同，通過crowbar電路裝置中IGBT分級(jí)投切不同數(shù)量的能耗電阻，來減小crowbar裝置投入和切出時(shí)所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時(shí)的無功波動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的低電壓穿越功能。所述的crowbar裝置中的IGBT，在需要的時(shí)刻開通，保護(hù)變流器并旁路掉電機(jī)；在故障解除的時(shí)刻，又可關(guān)斷，使crowbar電路從電機(jī)回路中切出，使風(fēng)電機(jī)組快速轉(zhuǎn)入到發(fā)電狀態(tài)，幫助機(jī)組實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的功能。具有控制簡單，可靠，可以保證風(fēng)機(jī)安全、可靠的實(shí)現(xiàn)低電壓穿越，而且采用了離線式UPS供電裝置，與在線式UPS相比，增加了可靠性，降低了成本。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102299526SQ201110267179
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者佘岳, 劉志星, 劉憾宇, 宋建秀, 曹國榮, 胡嬋娟, 臧曉笛, 谷勝 申請(qǐng)人:南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司