專利名稱：一種風(fēng)電變流器的crowbar電路的測試裝置及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)電變流器的CROWBAR電路測試裝置及測試方法，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，國內(nèi)風(fēng)電裝機容量不斷提高，對風(fēng)電機組運行的可靠性要求也越來越高。由于風(fēng)電多采用集中式分布，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)擾動時，可能會造成大片的風(fēng)機解列，出現(xiàn)暫態(tài)震蕩，對電網(wǎng)與設(shè)備造成嚴重的沖擊，國家也出臺了對低電壓穿越(LVRT)的規(guī)范。《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定GBT_19963-2011》中提出，風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機組具有在并網(wǎng)點電壓跌至20 %額定電壓時能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行625ms的能力。風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時，風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行。
以雙饋型風(fēng)力機組為例，雙饋型風(fēng)力機組的控制較為復(fù)雜，定轉(zhuǎn)子的電磁耦合復(fù)雜。電網(wǎng)的波動，會引起機組的電磁振蕩，負荷波動等，這對變流器的軟件、硬件設(shè)備都是很大的考驗。在電網(wǎng)電壓跌落時，發(fā)電機的機端電壓也跌落，定子電流會激增。由于定轉(zhuǎn)子的強耦合關(guān)系，定子電流的激增也會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電流的激增。機組瞬間跳閘，發(fā)電機的剩余能量將會流向變流器，導(dǎo)致直流母線電容電壓急升、IGBT功率模塊可能被擊穿等后果。
為了解決上述問題，各廠家提出了各種變流器的LVRT方案，主要技術(shù)方向為:直流母線并聯(lián)動態(tài)卸荷電阻Chopper-R，維持直流母線電壓的穩(wěn)定；采用轉(zhuǎn)子并聯(lián)CROWBAR電路，將機側(cè)變流器短接，通過CR0WBAR-R消耗轉(zhuǎn)子過電流，保護發(fā)電機；控制Chopper-R、CROWBAR電路的切入、切出時間，獲得較好的機電暫態(tài)效果；改進軟件控制方案，改進網(wǎng)側(cè)變流器的控制方案，使其在故障期間運行于statcom狀態(tài)，為電網(wǎng)提供無功支持。
可見CROWBAR是變流器非常重要的保護電路，如果出現(xiàn)了電網(wǎng)故障，CROWBAR電路也故障，而變流器投入了并網(wǎng)使用，機組失去了 CROWBAR電路的保護，很可能會造成變流器、發(fā)電機的嚴重損壞。因此，無論是主動式CROWBAR還是被動式CROWBAR，在變流器并網(wǎng)前，檢測CROWBAR電路能否被正常觸發(fā)、是否可靠是非常重要的工作。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)電變流器的CROWBAR電路測試裝置及方法，以解決當(dāng)電網(wǎng)故障，CROWBAR電路也 故障時，變流器投入并網(wǎng)使用，機組失去了 CROWBAR電路的保護所造成的變流器、發(fā)電機損壞的問題。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種風(fēng)電變流器CROWBAR電路的測試裝置該測試裝置包括預(yù)充電回路、機側(cè)變流器以及雙饋式感應(yīng)發(fā)電機，雙饋式感應(yīng)發(fā)電機的定子線圈通過斷路器接入電網(wǎng)，雙饋式感應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子側(cè)與機側(cè)變流器相連，雙饋式感應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子側(cè)與機側(cè)變流器之間設(shè)置有用于與待測CROWBAR電路連接的三相連接點，預(yù)充電回路與機側(cè)變流器直流母線相連，用于為機側(cè)變流器的直流母線充電以及為雙饋發(fā)電機提供空載勵磁電流。
所述的預(yù)充電回路包括濾波電感和預(yù)充電二極管整流橋，濾波電感一端通過接觸器接入電網(wǎng)，另一端通過預(yù)充電二極管整流橋接入到機側(cè)變流器的直流母線端。
所述的預(yù)充電二極管整流橋的正負極和機側(cè)變流器直流母線電容的正負極之間分別連接有由接觸器和電阻并聯(lián)構(gòu)成的選擇電路。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題還提供了一種風(fēng)電變流器的CROWBAR電路測試方法，該測試方法的步驟如下:
I)對機側(cè)變流器的直流母線進行充電，并為雙饋發(fā)電機提供空載勵磁電流；
2)設(shè)置變流器直流母線電壓閾值，當(dāng)機側(cè)變流器的直流母線電壓達到閾值后，啟動機側(cè)變流器GSC，使機側(cè)變流器GSC進入空載控制模式；
3)設(shè)置觸發(fā)CROWBAR電路的閾值，判斷雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流是否大于閾值，如果雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流大于閾值，即Ir > Ir*時，觸發(fā)CROWBAR電路的開關(guān)信號，并將觸發(fā)CROWBAR電路的信號反饋給機側(cè)變流器；
4)判斷機側(cè)變流器是否檢驗到CROWBAR測試的反饋信號，如果檢測到反饋信號，則說明CROWBAR電路能夠被正常觸發(fā)，否則說明CROWBAR電路出現(xiàn)故障，需要檢修。
所述的觸發(fā)CROWBAR電路的閾值Ir* < I _ V1Aj，其中F1為雙饋發(fā)電機定子磁鏈的大小，LmS定轉(zhuǎn)子互感。
所述的步驟2)中空載控制模式的控制過程如下:
a.對電網(wǎng)電壓信息進行檢測，經(jīng)坐標變換后，獲得電壓的幅值Um及相角0u;
b.根據(jù)電壓滯后磁鏈90°的相位關(guān)系，可求出發(fā)電機定子磁鏈的大小F1及空間相位Θ !；
c.檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子的位置角θ2，實現(xiàn)控制變量的坐標旋轉(zhuǎn)變換；
d.將匕二一Ψι ILm，4 = O作為轉(zhuǎn)子電流指令，通過對轉(zhuǎn)子實際電流的對比，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器可得到轉(zhuǎn)子電莊館令值屺2和<2 ;
e.將得到的轉(zhuǎn)子電壓指令值<2和<2分別進行坐標轉(zhuǎn)換得到<_和<2，作為發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩相靜止坐標系下的指令，對4和"進行空間矢量脈寬調(diào)制，機側(cè)變流器GSC根據(jù)上述指令調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流，使得發(fā)電機的定子輸出電壓滿足并網(wǎng)要求。
所述的空載啟動瞬間，為防止GSC電流的突升，需要設(shè)置匕的爬坡率，使其緩慢逼近
所述的測試過程中如果由于電網(wǎng)電壓過低的波動，導(dǎo)致GSC控制回路的帶寬控制不佳造成的實際轉(zhuǎn)子電流Ir較小，達不到Ir*，無法對CROWBAR進行測試時，需要對CROWBAR電路再次進行測試，直至轉(zhuǎn)子電流Ir達到Ir*。
本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在網(wǎng)側(cè)變流器LSC啟動前，通過啟動預(yù)充電回路，為機側(cè)變流器的直流母線充電，同時為雙饋發(fā)電機DFIG提供空載勵磁電流；設(shè)置變流器直流母線電壓閾值，當(dāng)機側(cè)變流器的直流母線電壓達到閾值后，啟動機側(cè)變流器GSC，使機側(cè)變流器GSC進入空載控制模式；設(shè)置觸發(fā)CROWBAR電路的閾值，當(dāng)雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流大于該閾值，觸發(fā)CROWBAR電路的開關(guān)信號，并將觸發(fā)CROWBAR電路的信號反饋給機側(cè)變流器；通過機側(cè)變流器是否檢驗到CROWBAR的反饋信號來判斷CROWBAR能否正常工作。從而實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)變流器不啟動，機側(cè)變流器不并網(wǎng)條件下，對CROWBAR電路進行測試，避免了當(dāng)電網(wǎng)故障，CROWBAR電路也故障時，而變流器投入了并網(wǎng)使用，導(dǎo)致機組失去CROWBAR電路的保護，造成變流器、發(fā)電機的嚴重損壞的問題。


圖1是本發(fā)明風(fēng)電變流器的CROWBAR電路測試裝置的結(jié)構(gòu)；
圖2是本發(fā)明風(fēng)電變流器的CROWBAR測試過程中機側(cè)變流器GSC的空載控制模式結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明。
本發(fā)明的一種風(fēng)電變流器CROWBAR電路測試裝置的實施例
如圖1所示，本發(fā)明風(fēng)電變流器CROWBAR電路測試裝置包括預(yù)充電回路、機側(cè)變流器和雙饋式感應(yīng)發(fā)電機，雙饋式感應(yīng)發(fā)電機的定子線圈通過斷路器Ql接入電網(wǎng)，雙饋式感應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子側(cè)與機側(cè)變流器相連，預(yù)充電回路與機側(cè)變流器直流母線電容端相連，用于為機側(cè)變流器的直流母線充電以及為雙饋發(fā)電機提供空載勵磁電流，待測的CROWBAR電路并接在雙饋式感應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子側(cè)與機側(cè)變流器之間，預(yù)充電回路包括濾波電感L和預(yù)充電二極管整流橋，濾波電感L 一端通過接觸器Q2接入電網(wǎng)，另一端通過預(yù)充電二極管整流橋接入到機側(cè)變流器的直流母線端，預(yù)充電二極管整流橋和機側(cè)變流器直流母線端之間設(shè)置有選擇電路，該選擇電路包括電阻Rl、R2、接觸器Q3和Q4，電阻Rl和接觸器Q3并接在二極管整流橋的正極和機側(cè)變流器直流母線的正極之間，電阻R2和接觸器Q4并接在二極管整流橋的負極和機側(cè)變流器直流母線的負極之間，這里我們采用電網(wǎng)相電壓峰值565V，濾波電感L=22mH，電阻R1=R2=22 Ω，預(yù)充電電路穩(wěn)態(tài)時，直流母線電壓為Udc =^3*565= 978.58F。
其工作過程如下:在網(wǎng)側(cè)變流器LSC啟動前，啟動預(yù)充電回路，為網(wǎng)側(cè)和機側(cè)變流器的中間直流環(huán)節(jié)-直流母線充電，同時為雙饋發(fā)電機DFIG提供空載勵磁電流，充電過程中，剛開始充電時，接觸器Q3、Q4斷開，預(yù)充電直流端走電阻Rl、R2回路，以減少啟動電流的沖擊，當(dāng)充電Is后，接觸 器Q3、Q4閉合，短接電阻Rl、R2，為直流母線和機側(cè)變流器GSC提供更多的能量，當(dāng)機側(cè)變流器的直流母線電壓達到預(yù)設(shè)值后，啟動機側(cè)變流器GSC，使機側(cè)變流器GSC進入空載控制模式，設(shè)置觸發(fā)CROWBAR電路的閾值，雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子從預(yù)充電回路中獲得勵磁電流，判斷該轉(zhuǎn)子電流是否大于閾值，如果轉(zhuǎn)子電流大于閾值，觸發(fā)CROWBAR電路的開關(guān)信號，并將觸發(fā)CROWBAR電路的信號反饋給機側(cè)變流器，機側(cè)變流器檢驗到CROWBAR測試的反饋信號，說明CROWBAR電路測試成功，否則說明CROWBAR電路出現(xiàn)問題。從而實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)變流器LSC不啟動，機側(cè)變流器不并網(wǎng)條件下，對CROWBAR電路進行測試。
本發(fā)明的一種風(fēng)電變流器CROWBAR電路測試方法的實施例
下面以2MW雙饋型風(fēng)電變流器為例，來具體闡述本發(fā)明的具體實施過程。
本發(fā)明一種CROWBAR電路的測試方法，在變流器并網(wǎng)前，檢測CROWBAR電路能否正常工作，其電路圖如圖1所示，包括預(yù)充電回路、雙饋發(fā)電機DFIG、機側(cè)變流器、定子斷路器和Crowbar電路，預(yù)充電回路主要包括接觸器Q2、濾波電感、預(yù)充電二極管整流橋和電阻。該風(fēng)電變流器的CROWBAR電路測試方法的具體步驟如下:
1.在網(wǎng)側(cè)變流器LSC啟動前，啟動預(yù)充電回路，為網(wǎng)側(cè)和機側(cè)變流器的中間直流環(huán)節(jié)-直流母線充電，使網(wǎng)側(cè)變流器LSC并網(wǎng)過程平滑，避免了啟動電流和電壓的突變，同時為雙饋發(fā)電機DFIG提供空載勵磁電流。
2.設(shè)置變流器直流母線電壓閾值，當(dāng)機側(cè)變流器的直流母線電壓達到閾值后，啟動機側(cè)變流器GSC，使機側(cè)變流器GSC進入空載控制模式，其控制原理如圖2所示，具體的控制過程如下:
首先對電網(wǎng)電壓信息進行檢測，經(jīng)坐標變換后，獲得電壓的幅值Um及相角Θ u，根據(jù)電壓滯后磁鏈90°的相位關(guān)系，求出發(fā)電機定子磁鏈的大小及空間相位θ1= 0u+9O°，通過傳感器檢測出轉(zhuǎn)子的位置角θ2，實現(xiàn)控制變量的坐標旋轉(zhuǎn)變換；
將L作為轉(zhuǎn)子電流指令，通過對轉(zhuǎn)子電流的檢測與變換可得到轉(zhuǎn)子電壓指令值Uil同理，可獲得轉(zhuǎn)子電壓指令值《:2。ud2, <2經(jīng)坐標變換后，將作為轉(zhuǎn)子兩相靜止坐標系下的指令<2、" ‘、經(jīng)空間矢量脈寬調(diào)制后，驅(qū)動PWM變流器，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流，使得發(fā)電機的定子輸出電壓滿足并網(wǎng)要求，實現(xiàn)系統(tǒng)的空載并網(wǎng)?？蛰d控制模式下，夕卜環(huán)為開環(huán)控制，內(nèi)環(huán)電流為閉環(huán)控制，在空載啟動瞬間，為防止GSC電流的突生，設(shè)置的爬坡率，使其緩慢逼近。
3.設(shè)置CROWBAR測試模式下的觸發(fā)邏輯條件為Ir* < Iref，Iref為GSC空載控制模式下的轉(zhuǎn)子電流的指令值，Iref= 1-V1ZlmI，其中Ψι為雙饋發(fā)電機定子磁鏈的大小，Lm為定轉(zhuǎn)子互感，判斷雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流是否大于閾值，如果雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流大于閾值，即Ir > Ir*時，觸發(fā)CROWBAR電路的開關(guān)信號，并將觸發(fā)CROWBAR電路的信號反饋給機側(cè)變流器。
4.判斷機側(cè)變流器是否檢驗到CROWBAR測試的反饋信號，如果檢測到反饋信號，則說明CROWBAR電路能夠被正常觸發(fā)，否則說明CROWBAR電路出現(xiàn)故障，需要對CROWBAR電路進行檢修和更換。
當(dāng)電網(wǎng)電壓過低的波動，GSC控制回路的帶寬控制不佳造成的實際轉(zhuǎn)子電流Ir較小，達不到Ir*，起不到測試CROWBAR的效果，此時可以多嘗試幾次測試CROWBAR電路。
本發(fā)明涉及變 流器并網(wǎng)之前，檢測CROWBAR電路能否正常工作的裝置及方法，以實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)變流器LSC不啟動，機側(cè)變流器GSC不并網(wǎng)的條件下，對CROWBAR電路進行測試，這是一種經(jīng)常性的工作，需要將CROWBAR測試模式寫進變流器的狀態(tài)機中，實現(xiàn)CROWBAR與變流器的軟件關(guān)聯(lián)，同時CROWBAR測試是由軟件自動控制實現(xiàn)的，避免了過多的人力用在啟動預(yù)充電、機側(cè)空載和CROWBAR測試一些列流程中給客戶帶來應(yīng)用的不便。
本申請受國家高科技研究發(fā)展計劃(863計劃)課題資助，課題編號:2012AA050206。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電變流器CROWBAR電路的測試裝置，其特征在于:該測試裝置包括預(yù)充電回路、機側(cè)變流器以及雙饋式感應(yīng)發(fā)電機，雙饋式感應(yīng)發(fā)電機的定子線圈通過斷路器接入電網(wǎng)，雙饋式感應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子側(cè)與機側(cè)變流器相連，雙饋式感應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子側(cè)與機側(cè)變流器之間設(shè)置有用于與待測CROWBAR電路連接的三相連接點，預(yù)充電回路與機側(cè)變流器直流母線相連，用于為機側(cè)變流器的直流母線充電以及為雙饋發(fā)電機提供空載勵磁電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電變流器CROWBAR電路的測試裝置，其特征在于:所述的預(yù)充電回路包括濾波電感和預(yù)充電二極管整流橋，濾波電感一端通過接觸器接入電網(wǎng)，另一端通過預(yù)充電二極管整流橋接入到機側(cè)變流器的直流母線端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電變流器CROWBAR電路的測試裝置，其特征在于:所述的預(yù)充電二極管整流橋的正負極和機側(cè)變流器直流母線電容的正負極之間分別連接有由接觸器和電阻并聯(lián)構(gòu)成的選擇電路。
4.一種風(fēng)電變流器的CROWBAR電路測試方法，其特征在于:該測試方法的步驟如下: 1)對機側(cè)變流器的直流母線進行充電，并為雙饋發(fā)電機提供空載勵磁電流； 2)設(shè)置變流器直流母線電壓閾值，當(dāng)機側(cè)變流器的直流母線電壓達到閾值后，啟動機側(cè)變流器GSC，使機側(cè)變流器GSC進入空載控制模式； 3)設(shè)置觸發(fā)CROWBAR電路的閾值，判斷雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流是否大于閾值，如果雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流大于閾值，即Ir > Ir*時，觸發(fā)CROWBAR電路的開關(guān)信號，并將觸發(fā)CROWBAR電路的信號反饋給機側(cè)變流器； 4)判斷機側(cè)變流器是否檢驗到CROWBAR測試的反饋信號，如果檢測到反饋信號，則說明CROWBAR電路能夠被正常觸發(fā)，否則說明CROWBAR電路出現(xiàn)故障，需要檢修。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)電變流器的CROWBAR電路的測試方法，其特征在于:所述的觸發(fā)CROWBAR電路的閾值Ir* < |-1^/Lm|，其中Ψ i為雙饋發(fā)電機定子磁鏈的大小，Lm為定轉(zhuǎn)子互感。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)電變流器的CROWBAR電路的測試方法，其特征在于:所述的步驟2)中空載控制模式的控制過程如下: a.對電網(wǎng)電壓信息進行檢測，經(jīng)坐標變換后，獲得電壓的幅值Um及相角0u; b.根據(jù)電壓滯后磁鏈90°的相位關(guān)系，可求出發(fā)電機定子磁鏈的大小Ψι及空間相位θ1; c.檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子的位·置角θ2，實現(xiàn)控制變量的坐標旋轉(zhuǎn)變換； d.m*d2=,'l Lm i=0作為轉(zhuǎn)子電流指令，通過對轉(zhuǎn)子實際電流的對比，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器可得到轉(zhuǎn)子電壓指令值和; e.將得到的轉(zhuǎn)子電壓指令值:<2和<2分別進行坐標轉(zhuǎn)換得到和〃作為發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩相靜止坐標系下的指令，對和》進行空間矢量脈寬調(diào)制，機側(cè)變流器GSC根據(jù)上述指令調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流，使得發(fā)電機的定子輸出電壓滿足并網(wǎng)要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)電變流器的CROWBAR電路的測試方法，其特征在于:所述的空載啟動瞬間，為防止GSC電流的突升，需要設(shè)置G的爬坡率，使其緩慢逼近-uVLm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)電變流器的CROWBAR電路的測試方法，其特征在于:所述的測試過程中如果由于電網(wǎng)電壓過低的波動，導(dǎo)致GSC控制回路的帶寬控制不佳造成的實際轉(zhuǎn)子電流Ir較小，達不到Ir*，無法對CROWBAR進行測試時，需要對CROWBAR電路再次進行測試，直至轉(zhuǎn)子電流Ir達到Ir·*。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)電變流器的CROWBAR電路測試裝置及測試方法。本發(fā)明在網(wǎng)側(cè)變流器LSC啟動前，通過啟動預(yù)充電回路，為機側(cè)變流器的直流母線充電，為雙饋發(fā)電機DFIG提供空載勵磁電流；當(dāng)機側(cè)變流器的直流母線電壓達到閾值后，使機側(cè)變流器GSC進入空載控制模式；當(dāng)雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流大于CROWBAR電路的閾值，觸發(fā)CROWBAR電路的開關(guān)信號，并將觸發(fā)CROWBAR電路的信號反饋給機側(cè)變流器；通過機側(cè)變流器是否檢驗到CROWBAR的反饋信號來判斷CROWBAR能否正常工作。從而實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)變流器不啟動，機側(cè)變流器不并網(wǎng)條件下，對CROWBAR電路進行測試，避免了當(dāng)電網(wǎng)故障，CROWBAR電路也故障時，而變流器投入并網(wǎng)使用，導(dǎo)致機組失去CROWBAR電路的保護，造成變流器、發(fā)電機的嚴重損壞的問題。
文檔編號G01R31/3163GK103217641SQ20131012125
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者姚為正, 趙宇, 劉剛, 孫健, 李海鯤, 肖鵬, 徐明明, 翟超 申請人:許繼集團有限公司