一種雙饋式風(fēng)電變流器Crowbar保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種雙饋式風(fēng)電變流器Crowbar保護(hù)電路，雙饋式風(fēng)電變流器結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、中間直流環(huán)節(jié)以及網(wǎng)側(cè)變流器構(gòu)成。Crowbar保護(hù)電路的特征在于：三相雙向可控硅依次連接組成三角形結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的三個(gè)端點(diǎn)串接三相保護(hù)電阻后組成Crowbar保護(hù)電路，Crowbar保護(hù)電路的三相輸出端與雙饋電機(jī)變流器結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相交流輸出端連接。本實(shí)用新型通過三角形結(jié)構(gòu)中的可控硅與雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器橋臂開關(guān)的配合控制，從而以低成本、高可靠性的半控型器件可控硅取代常規(guī)全控型器件實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路功能，降低了Crowbar保護(hù)電路的成本，提高了其可靠性，保證了雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低電壓穿越功能的實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】—種雙饋式風(fēng)電變流器Crowbar保護(hù)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域,尤其是雙饋式風(fēng)電變流器Crowbar保護(hù)電路。

【背景技術(shù)】
[0002]雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子繞組直接與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組通過變流器與電網(wǎng)連接，其變流器容量通常僅為機(jī)組額定容量的30%左右，使得雙饋電機(jī)具備成本低的優(yōu)勢(shì)，所以被廣泛應(yīng)用于兆瓦級(jí)大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，成為了目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主導(dǎo)機(jī)型。但同時(shí)這一特殊的變流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也使得該機(jī)型對(duì)電網(wǎng)電壓的擾動(dòng)較為敏感，其低電壓穿越運(yùn)行也較為復(fù)雜。隨著風(fēng)電電網(wǎng)穿透率的提高，國家相關(guān)機(jī)構(gòu)已經(jīng)出臺(tái)了標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須具備低電壓穿越功能，這使得雙饋式風(fēng)電變流器的低電壓穿越問題成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。
[0003]現(xiàn)有的低電壓穿越技術(shù)分為軟件和附加硬件兩種方法。目前提出的不增加額外硬件的軟件控制方法很多，但是均無法達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的效果。而附加硬件的方法主要有轉(zhuǎn)子回路附件硬件和定子回路附加硬件兩類:轉(zhuǎn)子回路附加硬件方法主要指在雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)配置Crowbar保護(hù)電路；定子回路附加硬件方法主要包括:串聯(lián)電力電子開關(guān)、串聯(lián)變流器以及增設(shè)無源阻抗網(wǎng)絡(luò)等方法。
[0004]轉(zhuǎn)子側(cè)附加Crowbar保護(hù)電路的方法是當(dāng)前較為成熟并商用的一種雙饋式風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越技術(shù)(Morren J, Sjoerd W H.Ride through of wind turbines withdoubly-fed induct1n generator during a voltage dip[J].1EEE Transacitons onEnergy Convers1n, 2005, 20 (2):435-441 ;徐殿國，王偉，陳寧.基于撬棒保護(hù)的雙饋電機(jī)風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越動(dòng)態(tài)特性分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，20 (22):29-36;周維來，孫敬華，張哲等.一種雙饋風(fēng)電變流器Crowbar保護(hù)裝置[P]，200910072960 ;張侃，朱玲，周青等.一種雙饋風(fēng)電變流器用Crowbar保護(hù)裝置[P]，201120359510)。其中，被動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路是較早用于風(fēng)電變流器在電網(wǎng)故障時(shí)自我保護(hù)的硬件設(shè)備，但這種自我保護(hù)方式無法實(shí)現(xiàn)低電壓穿越。隨著風(fēng)電并網(wǎng)要求的提高，采用IGBT等全控器件構(gòu)成的主動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路成為近年研究低電壓穿越的技術(shù)方法之一。但電網(wǎng)故障下電機(jī)的高耐沖擊電流使得IGBT等全控器件的設(shè)計(jì)困難、成本較高，而且撬棒動(dòng)作期間，因DFIG處于不控狀態(tài)而引發(fā)的無功功率問題、電磁轉(zhuǎn)矩沖擊問題等使其難以滿足日趨苛刻的風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)則。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種成本低、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的雙饋式風(fēng)電變流器Crowbar保護(hù)電路，從而以半控型器件可控硅實(shí)現(xiàn)了常規(guī)以全控器件才能實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路功能。
[0006]本實(shí)用新型的目的可采用如下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn):
[0007]本實(shí)用新型提供了一種雙饋式風(fēng)電變流器Crowbar保護(hù)電路，雙饋式風(fēng)電變流器結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、中間直流環(huán)及網(wǎng)側(cè)變流器構(gòu)成，Crowbar保護(hù)電路由三相雙向可控硅依次連接組成的三角形結(jié)構(gòu)串接三相保護(hù)電阻構(gòu)成，Crowbar保護(hù)電路的三相輸出端與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相交流輸出端連接。
[0008]優(yōu)選的，所述的三相雙向可控硅部分中，每相為雙向可控硅器件(TRIAC)；
[0009]優(yōu)選的，所述的三相雙向可控硅部分中，每相為為兩個(gè)可控硅反并聯(lián)組成；
[0010]所述三角形結(jié)構(gòu)包括具有等效電氣性能的其它電路結(jié)構(gòu)。
[0011]本實(shí)用新型通過對(duì)傳統(tǒng)Crowbar保護(hù)電路的改進(jìn),將三相可控娃組成三角形結(jié)構(gòu)后串接三相保護(hù)電阻組成Crowbar保護(hù)電路，可利用轉(zhuǎn)子側(cè)變流器開關(guān)管動(dòng)作對(duì)Crowbar保護(hù)電路中可控娃的強(qiáng)迫換流實(shí)施低成本、高可靠的主動(dòng)式Crowbar功能,與已有技術(shù)相t匕，本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在:
[0012]1、本實(shí)用新型采用低成本、高可靠性的半控型電力電子器件可控硅實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路的功能；
[0013]2、本實(shí)用新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成本低、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單，可廣泛應(yīng)用于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低電壓穿越中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型一種雙饋式風(fēng)電變流器Crowbar保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為圖1的局部放大圖。
[0016]圖3為本實(shí)用新型一種雙饋式風(fēng)電變流器Crowbar保護(hù)電路的控制方法中轉(zhuǎn)子三相電流區(qū)域圖。
[0017]圖4為雙饋電機(jī)在跌落深度為80%的對(duì)稱電網(wǎng)故障下的Crowbar保護(hù)電路三相電流波形。

【具體實(shí)施方式】
[0018]參見圖1、2，本實(shí)施例中，雙饋式風(fēng)電變流器結(jié)構(gòu)采用由轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、中間直流環(huán)節(jié)及網(wǎng)側(cè)變流器構(gòu)成，Crowbar保護(hù)電路由三相雙向可控娃依次連接組成的三角形結(jié)構(gòu)串接三相保護(hù)電阻構(gòu)成，Crowbar保護(hù)電路的三相輸出端與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相交流輸出端連接。
[0019]具體實(shí)施中，三相雙向可控硅部分中，每相為雙向可控硅器件(TRIAC)或者為兩個(gè)可控硅反并聯(lián)組成，三相保護(hù)電阻阻值不為零。
[0020]具體實(shí)施例中，主動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路功能是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0021]I)利用電流互感器實(shí)時(shí)檢測(cè)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子三相電流iA、iB、ic。
[0022]2)將檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子電流與設(shè)定的保護(hù)值比較，本實(shí)施例中保護(hù)值的設(shè)置以保證轉(zhuǎn)子電流不損壞轉(zhuǎn)子側(cè)變流器為前提，取為額定電流值的2倍。
[0023]3)如果轉(zhuǎn)子電流大于設(shè)定的保護(hù)值，通過發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)三角形結(jié)構(gòu)中三相雙向可控硅，從而將雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組通過Crowbar保護(hù)電路構(gòu)成回路，以旁路雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子的暫態(tài)電流，因?yàn)镃rowbar保護(hù)電路中的保護(hù)電阻的存在，轉(zhuǎn)子的暫態(tài)電流會(huì)很快衰減。
[0024]4)在轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流衰減到設(shè)定的參考值后，通過檢測(cè)到的iA、iB、ic判斷電流所處的相應(yīng)區(qū)域，具體結(jié)果為:區(qū)域1:1A > O，iB彡O，ic < O ;區(qū)域II:iA彡O，iB > O，ic < O ;區(qū)域III:iA < 0，iB > 0，ic 彡 O ;區(qū)域IV:iA < 0，iB 彡 0，ic > 0 ;區(qū)域 V:iA 彡 0，iB < 0，ic> 0 ;區(qū)域VI:iA > 0，iB < 0，ic彡0。具體情況可參見圖3。
[0025]5)通過判斷電流所在的區(qū)域，將三相雙向可控硅中的六個(gè)可控硅標(biāo)號(hào)為①?⑥，可知不同區(qū)域相應(yīng)導(dǎo)通的可控硅:區(qū)域I中②和⑤導(dǎo)通；區(qū)域II中④和⑤導(dǎo)通；區(qū)域III中①和④導(dǎo)通；區(qū)域IV中①和⑥導(dǎo)通；區(qū)域V中③和⑥導(dǎo)通；區(qū)域VI中②和③導(dǎo)通。
[0026]6)通過轉(zhuǎn)子側(cè)變流器中相應(yīng)橋臂上的開關(guān)管動(dòng)作，對(duì)處于導(dǎo)通狀態(tài)的相應(yīng)可控硅進(jìn)行強(qiáng)迫關(guān)斷。將轉(zhuǎn)子側(cè)變流器上的開關(guān)表示為Vl?V6，依據(jù)可控硅的關(guān)斷機(jī)理，則當(dāng)處于區(qū)域I時(shí)，通過開通V1、V4、V6便可強(qiáng)迫可控硅②和⑤關(guān)斷；當(dāng)處于區(qū)域II時(shí)，通過開通V1、V3、V6便可強(qiáng)迫可控硅④和⑤關(guān)斷；當(dāng)處于區(qū)域III時(shí)，通過開通V2、V3、V6便可強(qiáng)迫可控硅①和④關(guān)斷；當(dāng)處于區(qū)域IV時(shí)，通過開通V2、V3、V5便可強(qiáng)迫可控硅①和⑥關(guān)斷；當(dāng)處于區(qū)域V時(shí)，通過開通V2、V4、V5便可強(qiáng)迫可控硅③和⑥關(guān)斷；當(dāng)處于區(qū)域VI時(shí)，通過開通V1、V4、V5便可強(qiáng)迫可控硅②和③關(guān)斷。
[0027]7)圖4為雙饋電機(jī)在跌落深度為80%的對(duì)稱電網(wǎng)故障下的Crowbar保護(hù)電路三相電流波形，從圖中可以看出投入Crowbar保護(hù)電路一段時(shí)間后，通過轉(zhuǎn)子側(cè)變流器橋臂的開關(guān)管的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Crowbar保護(hù)電路中導(dǎo)通的可控硅的強(qiáng)迫關(guān)斷，進(jìn)而通過這種控制方法，以半控型器件可控硅實(shí)現(xiàn)了常規(guī)以全控器件才能實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路功能。
【權(quán)利要求】
1.一種雙饋式風(fēng)電變流器Crowbar保護(hù)電路，雙饋式風(fēng)電變流器結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、中間直流環(huán)節(jié)及網(wǎng)側(cè)變流器構(gòu)成，其特征在于=Crowbar保護(hù)電路由三相雙向可控硅依次連接組成的三角形結(jié)構(gòu)串接三相保護(hù)電阻構(gòu)成，Crowbar保護(hù)電路的三相輸出端與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相交流輸出端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋式風(fēng)電變流器Crowbar保護(hù)電路，其特征在于:所述的三相雙向可控硅部分中，每相為雙向可控硅器件(TRIAC)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋式風(fēng)電變流器Crowbar保護(hù)電路，其特征在于:所述的三相雙向可控硅部分中，每相為為兩個(gè)可控硅反并聯(lián)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種雙饋式風(fēng)電變流器Crowbar保護(hù)電路，其特征在于:所述三角形結(jié)構(gòu)包括具有等效電氣性能的其它電路結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK203933037SQ201320828135
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】楊淑英, 孫燈悅, 陳劉偉, 張興 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)