專利名稱：基于變流器的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)電機(jī)組安裝容量的不斷上升，風(fēng)電系統(tǒng)在電網(wǎng)故障情況下的運(yùn)行變得尤為 重要，同時(shí)電網(wǎng)導(dǎo)則要求風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)電壓瞬間跌落一定范圍內(nèi)不脫網(wǎng)運(yùn)行。因?yàn)殡妷?跌落會(huì)給電機(jī)帶來(lái)一系列暫態(tài)過(guò)程，如出現(xiàn)過(guò)電壓、過(guò)電流、或者轉(zhuǎn)速上升等，嚴(yán)重危害風(fēng) 機(jī)本身及其控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行，所以，一般情況下若電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)風(fēng)機(jī)就被實(shí)施被動(dòng) 式自我保護(hù)而立即解列，并不考慮故障的持續(xù)時(shí)間和嚴(yán)重程度，這樣能最大限度的保障風(fēng) 機(jī)的安全。在風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)穿透功率較低時(shí)是可以接受的，然而，當(dāng)風(fēng)電在電網(wǎng)中占有較 大比重時(shí)，若風(fēng)機(jī)在電壓跌落時(shí)仍采取被動(dòng)保護(hù)式解列，則會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù)難度，甚 至可能加劇故障，最終導(dǎo)致系統(tǒng)其它機(jī)組全部解列；同時(shí)，系統(tǒng)潮流的大幅變化，甚至可能 引起大面積的停電，而帶來(lái)頻率的穩(wěn)定問(wèn)題。電網(wǎng)導(dǎo)則要求的低電壓穿越LVRT，指在風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候，風(fēng)機(jī)能夠保 持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無(wú)功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而“穿越” 這個(gè)低電壓時(shí)間區(qū)域。電網(wǎng)跌落幅度越深，要求在網(wǎng)時(shí)間越短。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越特性進(jìn)行了深入的研究，并且提出了好的 解決方案，但是對(duì)于定槳距失速型風(fēng)機(jī)的低電壓穿越一直沒(méi)有一個(gè)很好的解決方法。對(duì)于 現(xiàn)在已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)大量運(yùn)行的定槳距風(fēng)電機(jī)組，無(wú)論對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的業(yè)主還是風(fēng)機(jī)制造商，風(fēng) 電機(jī)組的低電壓穿越改造問(wèn)題亟待解決。風(fēng)機(jī)出口端并聯(lián)無(wú)功功率補(bǔ)償器的改造方案，由于無(wú)功功率補(bǔ)償器的補(bǔ)償效果和 其所連接的風(fēng)機(jī)出口端的電壓二次方成正比的關(guān)系，所以當(dāng)電網(wǎng)故障電壓跌落的時(shí)候，無(wú) 功功率補(bǔ)償器的補(bǔ)償效果受到很大的限制。電壓跌落的時(shí)候，機(jī)組產(chǎn)生的有功功率無(wú)法送 入電網(wǎng)，同時(shí)又無(wú)法使得機(jī)組發(fā)出的有功功率快速消耗掉，積蓄的有功能量最終使得機(jī)組 的轉(zhuǎn)速快速大幅上升；在電壓恢復(fù)時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大幅震蕩，對(duì)發(fā)電機(jī)的齒輪箱產(chǎn)生非常 嚴(yán)重的危害。使用這種改造方案，只能完成電壓較低程度的跌落情況，對(duì)于深度的電壓跌 落，無(wú)法完成。
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越控制方式的無(wú)法適應(yīng)深度電壓跌落 場(chǎng)合、穩(wěn)定性差的不足，本實(shí)用新型提供一種有效適應(yīng)深度電壓跌落場(chǎng)合、穩(wěn)定性良好的基 于變流器的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制裝置。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種基于變流器的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制裝置，包括變流器、變流器控制 器和低電壓穿越主控制器，所述變流器和輔斷路器串聯(lián)成受控支路，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng) 之間的主斷路器和所述受控支路并聯(lián)，所述變流器包括整流器、逆變器和電容，所述整流器和逆變器之間設(shè)有直流正極母線和直流負(fù)極母線，所述直流正極母線和直流負(fù)極母線之間 連接電容和卸荷電阻，所述卸荷電阻和電容并聯(lián)，所述卸荷電阻與用以控制投切所述卸荷 電阻的受控閥串聯(lián)，所述受控閥與所述變流器控制器連接，所述電網(wǎng)端連接交流電壓檢測(cè) 器，所述直流正極母線和直流負(fù)極母線之間連接直流電壓檢測(cè)器，所述交流電壓檢測(cè)器、直 流電壓檢測(cè)器均與所述低電壓穿越主控制器連接，所述低電壓穿越主控制器與所述變流器 控制器、主斷路器和輔斷路器連接；所述低電壓穿越主控制器包括啟動(dòng)控制模塊和風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組重新投切控制模塊，所述風(fēng)機(jī)主斷路器、變流器輔斷路器、交流電壓檢測(cè)器和直流電 壓檢測(cè)器均與所述啟動(dòng)控制模塊的輸入端連接，所述啟動(dòng)控制模塊的輸出端與所述變流器 控制器連接；所述交流電壓檢測(cè)器與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重新投切控制模塊的輸入端連接， 所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重新投切控制模塊的輸出端分別與述變流器控制器、主斷路器和輔斷路 器連接。作為優(yōu)選的一種方案所述受控閥為IGBT開關(guān)。本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思為定槳距失速風(fēng)機(jī)在低電壓穿越的過(guò)程中，電網(wǎng)的電壓 降低，導(dǎo)致機(jī)組對(duì)外的電能量輸送能力下降，風(fēng)機(jī)和電力系統(tǒng)連接

圖1及其等值電路圖2。圖1中，G代表風(fēng)力發(fā)電機(jī)，L代表風(fēng)機(jī)與箱變之間的電纜，T代表風(fēng)機(jī)的箱變。在電力系統(tǒng)中，輸電線路傳遞有功功率的能力為
EU,P =——sin δ式(1)
X其中-.E為機(jī)組出口端電壓；V為風(fēng)機(jī)箱變高壓側(cè)的電壓，也指所說(shuō)的電網(wǎng)電壓；I 為傳輸阻抗，X = Xli+Xt ；δ為機(jī)組出口端電壓&和電網(wǎng)電壓之間的相位差。電網(wǎng)電壓的跌落一般都發(fā)生在中高壓線路，在這樣的情況下風(fēng)機(jī)箱變高壓側(cè)的電
壓&是跌落的，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要完成低電壓穿越，風(fēng)力發(fā)電機(jī)出口的斷路器執(zhí)行斷開
以維持風(fēng)機(jī)出口端的電壓穩(wěn)定。在電壓深度跌落時(shí)，由于線路的輸電能力大大下降，導(dǎo)致電 壓跌落過(guò)程中，在機(jī)組積聚了非常大的動(dòng)能。低電壓穿越過(guò)程中，定槳距失速風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪上積聚的機(jī)械能量無(wú)法對(duì)外輸 送，也無(wú)法像變槳機(jī)組通過(guò)調(diào)整槳葉角度減小葉輪吸收的風(fēng)能量，因而，電壓跌落期間機(jī)組 無(wú)法對(duì)外輸送的電能就作為機(jī)械能在葉輪上累積，造成葉輪轉(zhuǎn)速升高，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致飛車。為 了解決在電壓跌落過(guò)程中能量的釋放問(wèn)題，在低電壓過(guò)程中使用變流器，控制風(fēng)力發(fā)電機(jī) 側(cè)的變流器在直流側(cè)電容上儲(chǔ)存一定的能量，但是電容儲(chǔ)存能量的能力是有限的。為了保 護(hù)風(fēng)電機(jī)組側(cè)變流器和直流側(cè)，設(shè)定直流母線電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，將剩余能量消耗在變流 器的直流電阻上，并由網(wǎng)側(cè)變流器向電網(wǎng)傳遞部分能量，但因?yàn)樽儔浩骱蠖穗妷喝Q于電 網(wǎng)電壓跌落深度，因而網(wǎng)側(cè)變流器傳遞的電能量是受限的，電阻R將承擔(dān)消耗能量的主要 責(zé)任，總的控制原理框圖3。變頻器PMW控制可以控制風(fēng)機(jī)流入電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率。在d-q-Ο坐標(biāo)系下，通過(guò)調(diào)節(jié)能表征電網(wǎng)側(cè)變頻器1、風(fēng)機(jī)側(cè)變頻器2的調(diào)制比和相位差的控制參數(shù)
約來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)勵(lì)磁電壓4 +J )的控制和直流電容器電壓及并網(wǎng)母線電壓
的調(diào)整。變頻器直流電容器動(dòng)態(tài)方程為
JXjr
CUs^ = (P1-Ps)Pb at 其中σ為電容值；Ui為變頻器直流電壓值，V ；P1為注入網(wǎng)側(cè)變頻器的有功功率，PU ；Pg為注入風(fēng)電機(jī)組側(cè)變頻器有功功率，PU ；Pb為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定功率，W。PWM控制時(shí)的控制參數(shù)和交直流電壓的關(guān)系為
U1 = PnlUdZUs Ug = m2UJU￡
1 = - = &:~Ψ 其中巧為電網(wǎng)側(cè)變頻器1的輸入電壓，pU;Ui3為風(fēng)機(jī)側(cè)變頻器2的輸入電壓，pu ；Ss為并網(wǎng)母線電壓的相位；為電容器額定電壓，V。對(duì)直流側(cè)卸荷電路采用滯環(huán)控制，例如當(dāng)直流側(cè)電壓大于U1時(shí)，投入直流側(cè)卸 荷電阻，小于A ( <U,)時(shí)切除卸荷電阻，卸荷電路控制框圖為圖4。變流器直流側(cè)參數(shù)分別為直流側(cè)額定電壓Uwk和最大可持續(xù)操作直流電壓 Uaaxfe。設(shè)定直流側(cè)電壓大于最大可持續(xù)操作直流電壓時(shí)，投入卸荷電阻；小于直流 側(cè)額定電壓Uwk時(shí)，切出卸荷電阻。卸荷電阻可以保證直流側(cè)電壓在安全范圍內(nèi)，阻值的選擇取決于需消耗的最大功 率及直流側(cè)允許的最高電壓，卸荷電阻是以熱能形式把直流側(cè)多余能量消耗掉的。目前，對(duì)于卸荷電阻的計(jì)算通常采用估算的方法，主要是由于部分參數(shù)無(wú)法精確 測(cè)量。卸荷電阻參數(shù)主要包括電阻阻值和功率容量?jī)蓚€(gè)重要的參數(shù)。卸荷電阻的阻值選取 如下步驟首先，當(dāng)放電電流等于風(fēng)機(jī)額定電流的一半時(shí)，就可以得到與電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩相同的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩了，所以卸荷電阻粗略計(jì)算如下
權(quán)利要求1.一種基于變流器的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制裝置，其特征在于所述低電壓穿 越控制裝置包括變流器、變流器控制器和低電壓穿越主控制器，所述變流器和輔斷路器串 聯(lián)成受控支路，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)之間的主斷路器和所述受控支路并聯(lián)，所述變流器包 括整流器、逆變器和電容，所述整流器和逆變器之間設(shè)有直流正極母線和直流負(fù)極母線，所 述直流正極母線和直流負(fù)極母線之間連接電容和卸荷電阻，所述卸荷電阻和電容并聯(lián)，所 述卸荷電阻與用以控制投切所述卸荷電阻的受控閥串聯(lián)，所述受控閥與所述變流器控制器 連接，所述電網(wǎng)端連接交流電壓檢測(cè)器，所述直流正極母線和直流負(fù)極母線之間連接直流 電壓檢測(cè)器；所述低電壓穿越控制器包括啟動(dòng)控制模塊和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重新投切控制模 塊，所述風(fēng)機(jī)主斷路器、變流器輔斷路器、交流電壓檢測(cè)器和直流電壓檢測(cè)器均與所述啟動(dòng) 控制模塊的輸入端連接，所述啟動(dòng)控制模塊的輸出端與所述變流器控制器連接；所述交流 電壓檢測(cè)器與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重新投切控制模塊的輸入端連接，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重新 投切控制模塊的輸出端分別與述變流器控制器、主斷路器和輔斷路器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于變流器的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制裝置，其特征在 于所述受控閥為IGBT開關(guān)。
專利摘要一種基于變流器的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制裝置，包括變流器、變流器控制器和低電壓穿越主控制器，變流器和輔斷路器串聯(lián)成受控支路，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)之間的主斷路器和受控支路并聯(lián)，變流器包括整流器、逆變器和電容，整流器和逆變器之間設(shè)有直流正極母線和直流負(fù)極母線，兩母線之間連接電容和卸荷電阻，卸荷電阻和電容并聯(lián)，卸荷電阻與受控閥串聯(lián)，受控閥與變流器控制器連接，電網(wǎng)端連接交流電壓檢測(cè)器，直流正極母線和直流負(fù)極母線之間連接直流電壓檢測(cè)器，交流電壓檢測(cè)器、直流電壓檢測(cè)器均與低電壓穿越主控制器連接，低電壓穿越控制器與變流器控制器、主斷路器和輔斷路器連接。本實(shí)用新型有效適應(yīng)深度電壓跌落場(chǎng)合、穩(wěn)定性良好。
文檔編號(hào)H02J3/38GK201904625SQ20102061087
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者楊靖, 許國(guó)東 申請(qǐng)人:浙江運(yùn)達(dá)風(fēng)電股份有限公司