一種風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越綜合調(diào)控裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體的來說，是一種風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越綜合調(diào) 控裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)電壓跌落時，由于受變換器通流能力的限制，網(wǎng)側(cè)逆變器注入電網(wǎng)功率減小。 而此刻機(jī)側(cè)整流器的功率并沒有改變，造成直流側(cè)的過電壓。如果維持直流側(cè)電壓穩(wěn)定，貝U 必然造成逆變器過電流。過電壓和過電流都將導(dǎo)致電力電子器件的損壞，為了保護(hù)變換器 不被損壞，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將在電壓跌落時退出運(yùn)行。電網(wǎng)穿透率小時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在電壓 跌落時退出運(yùn)行還是可W接受的。然而，隨著風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大，若風(fēng)電機(jī)組在電壓 跌落時仍然采取被動保護(hù)式脫網(wǎng)，則會增加整個系統(tǒng)的恢復(fù)難度，甚至使故障更加嚴(yán)重，最 終導(dǎo)致系統(tǒng)其他機(jī)組全部解列。目前在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展領(lǐng)先的一些國家，如丹麥、德國等 己相繼制定了新的電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則，定量給出了風(fēng)電系統(tǒng)離網(wǎng)的條件（如最低電壓跌落深度 和跌落持續(xù)時間），只有當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落低于規(guī)定曲線W后才允許風(fēng)力機(jī)脫網(wǎng)，當(dāng)電壓在凹 陷部分時，發(fā)電機(jī)應(yīng)提供無功功率。該就要求風(fēng)電系統(tǒng)具有較強(qiáng)的低電壓穿越能力，能方便 地為電網(wǎng)提供無功支持。因此必須研究低電壓穿越的措施，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓跌落時風(fēng)力發(fā)電 機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 基于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出了一種風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越綜合調(diào)控裝 置。
[0004] 風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越系統(tǒng)主要工作模塊有=部分，電網(wǎng)、低電壓穿越綜合調(diào)控裝 置、風(fēng)電機(jī)組。直流能源供給裝置與逆變器直壓側(cè)和耗能電阻模塊相連，為兩者提供穩(wěn)定的 直壓。
[0005] 低電壓穿越系統(tǒng)當(dāng)檢測到電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落故障后，綜合調(diào)控裝置馬上投入使 用。逆變器從直流儲能裝置處獲得穩(wěn)定的直壓，通過逆變產(chǎn)生補(bǔ)償電壓，再經(jīng)過濾波器串聯(lián) 接入系統(tǒng)。補(bǔ)償電壓與原電網(wǎng)跌落后的電壓相加，與電網(wǎng)正常運(yùn)行時電壓相等，使風(fēng)機(jī)端保 持正常運(yùn)行；同時固定電容器補(bǔ)償無功，耗能電阻負(fù)責(zé)消耗電壓暫降時風(fēng)機(jī)端發(fā)出的有功 功率。
[0006] 風(fēng)力機(jī)運(yùn)行中，在忽略尾流損失、葉尖損失和輪穀損失（即認(rèn)為葉片 根端在r=0處）后，風(fēng)輪吸收的風(fēng)功率主要受S個因素的影響：風(fēng)速V，獎距角 P和葉尖速比5^。
[0007] 風(fēng)力機(jī)吸收的功率IVr為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越綜合調(diào)控裝置，其特征在于，風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越系統(tǒng)包 括：電網(wǎng)、低電壓穿越綜合調(diào)控裝置和風(fēng)電機(jī)組，低電壓穿越系統(tǒng)當(dāng)檢測到電網(wǎng)發(fā)生電壓跌 落故障后，逆變器從直流儲能裝置處獲得穩(wěn)定的直壓，通過逆變產(chǎn)生補(bǔ)償電壓，再經(jīng)過濾波 器串聯(lián)接入系統(tǒng)，補(bǔ)償電壓與原電網(wǎng)跌落后的電壓相加，與電網(wǎng)正常運(yùn)行時電壓相等，使風(fēng) 機(jī)端保持正常運(yùn)行；同時固定電容器補(bǔ)償無功，耗能電阻負(fù)責(zé)消耗電壓暫降時風(fēng)機(jī)端發(fā)出 的有功功率。
2. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越綜合調(diào)控裝置，其特征在于，風(fēng)力機(jī)吸收 的功率Rot為 式中： Hw 一風(fēng)機(jī)吸收的風(fēng)功率，w; P一空氣密度，kg/m3 r一風(fēng)機(jī)半徑，m V-風(fēng)速，m/s Cp(P . λ)一風(fēng)能利用系數(shù) k 一葉尖速比，是葉尖速度與風(fēng)速之比，λ =ωΓ/ν β-槳距角，半徑r處葉片旋轉(zhuǎn)平面與槳葉截面弦長之間的夾角。
3. 如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越綜合調(diào)控裝置，其特征在于，在Crowbar電 路中，采用常規(guī)的二極管整流器，二極管整流器的平均輸出電壓V cb與其輸入的線電壓Vr,llKe 之間的關(guān)系為
Crowbar電路中二極管整流電路的負(fù)載等效為阻性負(fù)載，即 式中，iA-Crowbar電路整流輸出電流
Vcb 一 Crowbar電路整流輸出電壓 Rrtj - Crowbar電路耗能電阻阻值 ^r.phese 一轉(zhuǎn)子相電壓 轉(zhuǎn)子線電壓 HZeb - Crowbar電路等效耗能電阻阻值 Crowbar電路工作流程如下： 當(dāng)機(jī)端電壓跌落到〇. 8pu以下時： (1) 故障發(fā)生瞬間，檢測到電網(wǎng)電壓跌落，網(wǎng)側(cè)變換器LVRT控制啟動； (2) Crowbar保護(hù)啟動，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器閉鎖； (3) 短路故障切除； (4) 網(wǎng)側(cè)變換器LVRT控制退出； (5) 故障切除后1-2個周波后，Crowbar保護(hù)解除，轉(zhuǎn)子側(cè)換流器解鎖； (6) DFIG機(jī)組恢復(fù)正常控制， 當(dāng)機(jī)端電壓并未降落至〇. 8pu以下，則略去上述步驟中第二步和第五步，只保留網(wǎng)側(cè) 變換器的LVRT控制策略，同時利用DFIG自身的控制能力恢復(fù)至穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
4. 如權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越綜合調(diào)控裝置，其特征在于，主要控制策 略可以分為兩部分：第一部分是電壓補(bǔ)償，第二部分是有功消耗， 電壓補(bǔ)償，首先從風(fēng)機(jī)端電壓處提取相位，作為參考電壓波形的相位，然后給一個標(biāo)準(zhǔn) 正弦波，再賦予這個正弦波一個幅值，這個幅值是電壓暫降電壓的幅值，這樣就形成了串聯(lián) 補(bǔ)償參考電壓，它與實(shí)際補(bǔ)償電壓進(jìn)行比較，所得誤差經(jīng)過PI環(huán)節(jié)放大，最后與三角波進(jìn) 行比較得到電壓補(bǔ)償控制信號發(fā)送給IGBT，通過上述控制可以得到一個新的實(shí)際電壓補(bǔ)償 值，通過反饋繼續(xù)與參考電壓值進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制，使實(shí)際電壓補(bǔ)償值不斷向參考值 靠攏，直到完全相同，PI控制環(huán)節(jié)上下限為1，三角波正負(fù)幅值也為1， 有功功率消耗控制，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生電壓暫降故障時，風(fēng)機(jī)母線斷開與電網(wǎng)的連接，風(fēng)機(jī) 發(fā)出的有功直接經(jīng)過低電壓穿越綜合調(diào)控裝置，在直壓側(cè)耗能電阻處進(jìn)行消耗，并且通過 IGBT控制，調(diào)控IGBT控制信號，控制電阻通斷時間，進(jìn)行有功精確消耗，耗能電阻IGBT控制 信號主要由高、低電平脈沖信號與三角波比較得到，設(shè)在故障時，高電平信號與三角波進(jìn)行 對比，隨著高電平大小的變化，可以控制通斷的時間，當(dāng)高電平信號大小一直為1時，控制 信號一直為1，IGBT持續(xù)開通，耗能電阻以滿功率消耗有功；當(dāng)高電平信號大小減小時，與 三角波比較后就會出現(xiàn)脈沖調(diào)制信號，不再是滿功率工作，隨著有功大小變化而進(jìn)行控制， 調(diào)整高電平信號大小。
5. 如權(quán)利要求4所述的風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越綜合調(diào)控裝置，其特征在于，還包括直流 側(cè)保護(hù)電路，與crowbar電路協(xié)同工作，在直流側(cè)增加斬波電路，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時，轉(zhuǎn)子 側(cè)過流，此時投入卸荷負(fù)載，消耗掉直流側(cè)多余的能量，則可以保持電壓穩(wěn)定，進(jìn)一步在直 流側(cè)增加斬波電路進(jìn)行耗能吸收，同時，在直流側(cè)還采用能量存儲設(shè)備，將故障期間的過剩 能量儲存起來，并在故障結(jié)束后將這些能量送入電網(wǎng)， 在交流電路中提出了一種剎車阻抗，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，風(fēng)電機(jī)端串聯(lián)上剎車阻抗，短 路電流流經(jīng)剎車阻抗，吸收電網(wǎng)故障時不能傳遞到電網(wǎng)的一部分過剩功率，從而提升機(jī)端 電壓、防止轉(zhuǎn)子失速，通過多個開關(guān)與剎車阻抗并聯(lián)的結(jié)構(gòu)串聯(lián)接入風(fēng)機(jī)輸電線路中，正常 運(yùn)行時，開關(guān)閉合，剎車阻抗不進(jìn)行工作，在電網(wǎng)故障或低電壓運(yùn)行時，根據(jù)風(fēng)電機(jī)的輸出 參數(shù)選擇需要采用的剎車阻抗數(shù)量，從而打開相應(yīng)的開關(guān)進(jìn)行功率吸收。
6.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越綜合調(diào)控裝置，其特征在于，電網(wǎng)電壓跌 落后，限制逆變器電流不變以保護(hù)其安全運(yùn)行：
式中Utlf為電壓跌落后的電網(wǎng)電壓，uV為電網(wǎng)額定電壓，Pf為跌落后逆變器輸出有功功 率，P為電網(wǎng)電壓跌落前逆變器輸出的有功功率，M為逆變器輸出電流，通過控制機(jī)側(cè)整流 器減少發(fā)電機(jī)輸出功率4，使得Pg = Pf，即可保持直流側(cè)功率平衡，限制直流電壓升高，實(shí)現(xiàn) 風(fēng)電系統(tǒng)的低電壓穿越。
【專利摘要】低電壓穿越系統(tǒng)當(dāng)檢測到電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落故障后，綜合調(diào)控裝置馬上投入使用。逆變器從直流儲能裝置處獲得穩(wěn)定的直壓，通過逆變產(chǎn)生補(bǔ)償電壓，再經(jīng)過濾波器串聯(lián)接入系統(tǒng)。補(bǔ)償電壓與原電網(wǎng)跌落后的電壓相加，與電網(wǎng)正常運(yùn)行時電壓相等，使風(fēng)機(jī)端保持正常運(yùn)行；同時固定電容器補(bǔ)償無功，耗能電阻負(fù)責(zé)消耗電壓暫降時風(fēng)機(jī)端發(fā)出的有功功率。
【IPC分類】H02J3-38
【公開號】CN104836257
【申請?zhí)枴緾N201510293146
【發(fā)明人】楊德昌, 耿光飛
【申請人】中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年6月2日