双馈风力发电系统低电压穿越装置制造方法及图纸

一种双馈风力发电系统低电压穿越装置，风力机通过增速齿轮箱连接双馈感应电机，双馈感应电机的定子绕组通过变压器接入电网，双馈感应电机的转子绕组通过背靠背变流器和变压器接入电网；背靠背变流器由网侧、机侧变流器之间通过稳压电容C3连接组成，网侧变流器三相接线端与变压器连接，机侧变流器三相接线端与双馈感应电机转子绕组连接；Crowbar保护电路连接于双馈感应电机转子绕组和机侧变流器之间的三相电路上；检测器用于检测电网电压信号，并将检测数据实时发送给控制器；控制器用于控制机侧变流器、Crowbar保护电路的切入与切出。该装置在电网电压跌落期间能够使风电机组保持不脱网运行，有效地维护了电力系统的稳定。

Low voltage crossing device for doubly fed wind power generation system

A double fed induction motor is connected by a doubly fed induction motor through a speed increasing gear box. The stator winding of the doubly fed induction motor is connected to the grid through a transformer. The rotor winding of the doubly fed induction motor is connected to the power grid through back to back converter and transformer. The back to back converter is changed from the side to the side and the side of the machine. The flow device is composed of the voltage stable capacitor C3 connection, the three-phase junction terminal of the network side converter is connected with the transformer, the three-phase terminal of the side converter is connected with the doubly fed induction motor rotor winding, and the Crowbar protection circuit is connected to the three-phase circuit between the doubly fed induction motor rotor winding and the machine side converter; the detector is used for the detection of electricity. The network voltage signal is sent to the controller in real time, and the controller is used to control the cut-in and cut-out of the machine side converter and Crowbar protection circuit. The device can keep the wind turbines running without disconnection during the period of voltage sag and effectively maintain the stability of the power system.

【技术实现步骤摘要】
双馈风力发电系统低电压穿越装置
本技术涉及一种风力发电装置，具体是一种双馈风力发电系统低电压穿越装置，属于风力发电

技术介绍
随着并网风电机组的增加，其与电网的相互影响也日渐显著。当电网电压发生跌落故障时，如果不加以控制，可能会造成风电机组和变流器的损坏，并对电网产生功率冲击，带来电力系统的暂态不稳定，严重情况下风电机组甚至会脱网运行导致系统全面瘫痪，危害电网上的其他设备甚至造成用户损失。因此，要求并网风力发电系统必须具有低电压穿越能力。目前我国风电场广泛采用双馈风电机组，其风机与电机转子之间通过增速齿轮箱连接，发电机定子绕组通过变压器与电网相连，转子绕组通过背靠背变流器和变压器与电网相连。双馈风电机组在电气性能上具有一系列的优点：一方面由于双馈感应发电机转子和定子间的电磁关系，变流器只需供给转差功率就可以调节风力发电机的转速，实现对风能的最大捕获，大大减小了风力发电系统变流器的额定容量，在成本上很有吸引力；另一方面发电系统可以通过改变励磁电流的幅值和相位实现独立调节发电机输出的有功、无功功率，可以保证定子输出电压和频率的恒定，还可以保证风电机组运行于单位功率因数，减小电力系统损耗。缺点是：其一变流器的容量限制了机组自身承受过电压和过电流能力，当电网电压发生跌落故障时，转子回路会产生过电压、过电流，不对称故障会使过电压、过电流更加严重，过电流会损害变流器，过电压会损坏发电机的转子绕组；其二转子能量流经机侧变流器之后，一部分被网侧变流器传递给电网，剩下的给直流电容充电，导致直流侧电压快速上升，损害直流侧电容。因此在电网电压跌落瞬间以及电网电压恢复瞬间，为确保风电机组能够安全、平稳的渡过，本技术采用Crowbar保护电路和直流侧卸荷电路相结合的方法来实现系统的低电压穿越。Crowbar保护电路旁路机侧变流器，为转子侧电流提供一条通路，也为双馈风电机组所捕获的多余能量提供释放的通道，保护了变流器、定转子绕组以及直流电容。Crowbar保护电路采用配有强迫换流功能的IGBT等可关断器件，可以在其动作后的任意时刻断开转子回路的Crowbar保护电路，使风电机组在不脱离电网的情况下，机侧变流器可以很快重新开始工作，向电网提供有功和无功支撑，满足电网运营商对风力发电的新要求。直流侧卸荷电路用于进一步释放多余能量，保护直流电容，当直流侧电压上升到限定值时，投入卸荷电路，当直流侧电压下降到限定值时，切出卸荷电路，投入和切出通过滞环比较器实现。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本技术提供一种双馈风力发电系统低电压穿越装置，该装置在电网电压跌落期间能够维持风电机组的不间断并网运行，并向电网提供无功功率补偿以促进电网电压恢复，能够有效保护双馈感应电机转子绕组和变流器不被转子回路过电流冲击，极大地提高了风电机组整体安全性和可靠性。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种双馈风力发电系统低电压穿越装置，包括风力机、齿轮箱、双馈感应电机、变压器、电网、网侧变流器、机侧变流器、检测器、控制器和Crowbar保护电路；风力机的输出端通过增速齿轮箱连接双馈感应电机，所述双馈感应电机的定子绕组通过变压器接入电网，所述双馈感应电机的转子绕组通过背靠背变流器和变压器接入电网；所述背靠背变流器由网侧变流器、机侧变流器及连接在网侧变流器和机侧变流器之间的稳压电容C3连接组成；所述网侧变流器三相接线端与变压器连接；所述机侧变流器三相接线端与双馈感应电机转子绕组连接；Crowbar保护电路连接于双馈感应电机转子绕组和机侧变流器之间的三相电路上；所述检测器用于检测电网的电压信号，并将检测到的低电压故障信号实时发送给控制器；所述控制器用于控制机侧变流器和Crowbar保护电路；用于根据所接收到的故障电压信号判断是否满足低压穿越条件，当满足条件时，停发机侧变流器脉冲，同时发出触发信号开通Crowbar保护电路中的绝缘栅双极晶体管IGBT1，快速释放双馈感应电机转子绕组中的暂态冲击电流；当电网故障切除后，控制器发出信号先切出Crowbar保护电路，以减少双馈感应电机处于鼠笼机运行状态时从电网吸收的无功功率，使电网电压更好地恢复；再重发机侧变流器脉冲，使机侧变流器重新投入运行，并网发电。进一步，所述Crowbar保护电路包括三相二极管整流桥UR、放电电阻R1、绝缘栅双极晶体管IGBT1、二极管D1和缓冲电路；三相二极管整流桥UR由三路二极管并联电路组成；三路二极管并联电路的一端通过放电电阻R1与绝缘栅双极晶体管IGBT1的集电极连接，三路二极管并联电路的另一端与绝缘栅双极晶体管IGBT1的发射极连接，二极管D1反向并联在绝缘栅双极晶体管IGBT1的发射极和集电极之间；每路二极管并联电路由两个串联的二极管组成，且两个二极管之间形成连接节点；三路二极管并联电路中的三个连接节点分别与双馈感应电机转子绕组和机侧变流器之间的三相电路相连接；绝缘栅双极晶体管IGBT1的栅极与控制器连接。进一步，为了便于吸收绝缘栅双极晶体管IGBT1关断瞬间的能量，保护IGBT1，所述缓冲电路包括缓冲电阻R2、二极管D2和电容C1；缓冲电阻R2与二极管D2的并联电路的一端与绝缘栅双极晶体管IGBT1的集电极连接，缓冲电阻R2与二极管D2的另一端通过电容C1与绝缘栅双极晶体管IGBT1的发射集连接。进一步，为了进一步释放多余能量，保护直流侧电容，还包括直流侧卸荷电路，所述直流侧卸荷电路包括放电电阻R3、绝缘栅双极晶体管IGBT2和二极管D3；放电电阻R3的一端与绝缘栅双极晶体管IGBT2的集电极连接，放电电阻R3的另一端与稳压电容C3的正极连接；二极管D3反向并联在绝缘栅双极晶体管IGBT2的发射极和集电极之间；绝缘栅双极晶体管IGBT2的发射极与稳压电容C3的负极连接。进一步，所述网侧变流器在电网电压正常以及发生跌落时均负责维持直流侧电压的稳定，并在发生电网电压跌落时作为静止无功补偿器向电网发送无功功率以维持电网的稳定。本技术在严重的电网电压跌落的故障下，可以在保证双馈感应电机和变流器自身安全的基础上，实现风电机组的不脱网运行。通过控制器来控制切入切出机侧变流器或Crowbar保护电路，能够在电网电压跌落和恢复时有效抑制转子侧的过电压和过电流，对变流器、直流侧电容和转子绕组提供了保护，且能够在电网电压跌落期间向电网提供无功功率补偿，以促进电网电压恢复，维护电力系统的稳定，极大地提高了风电机组整体安全性和可靠性。附图说明图1是本技术电路结构示意图；图2是本技术中Crowbar保护电路的电路图；图3是本技术中直流侧卸荷电路的电路图；图4是本技术中第一驱动电路的电路原理图；图5是本技术中直流侧卸荷电路控制框图。图中：1、电网，2、变压器，3、网侧变流器，4、机侧变流器，5、双馈感应电机，6、齿轮箱，7、风力机，8、检测器，9、控制器，10、Crowbar保护电路，11、直流侧卸荷电路。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明。如图1、图2和图3所示，一种双馈风力发电系统低电压穿越装置，包括风力机7、齿轮箱6、双馈感应电机5、网侧变流器3、机侧变流器4、检测器8、控制器9和Crowbar保护电路10；所述风力机7的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双馈风力发电系统低电压穿越装置，包括检测器(8)、控制器(9)和Crowbar保护电路(10)，风力机(7)的输出端通过齿轮箱(6)连接双馈感应电机(5)，所述双馈感应电机(5)的定子绕组通过变压器(2)接入电网(1)；所述双馈感应电机(5)的转子绕组通过背靠背变流器和变压器(2)接入电网(1)；所述背靠背变流器由网侧变流器(3)、机侧变流器(4)及连接在网侧变流器(3)和机侧变流器(4)之间的稳压电容C3连接组成；所述网侧变流器(3)三相接线端与变压器(2)连接；所述机侧变流器(4)三相接线端与双馈感应电机(5)转子绕组连接；Crowbar保护电路(10)连接于双馈感应电机(5)转子绕组和机侧变流器(4)之间的三相电路上；所述检测器(8)用于检测电网(1)的低电压故障信号，并将故障信号实时发送给控制器(9)；所述控制器(9)用于控制机侧变流器(4)和Crowbar保护电路(10)；用于根据所接收到的电网(1)的电压信号判断是否满足低压穿越条件，当满足条件时，停发机侧变流器(4)脉冲，同时切入Crowbar保护电路(10)；当电网故障恢复后，先切出Crowbar保护电路(10)，再控制机侧变流器(4)重新启动，开始工作。...

【技术特征摘要】
1.一种双馈风力发电系统低电压穿越装置，包括检测器(8)、控制器(9)和Crowbar保护电路(10)，风力机(7)的输出端通过齿轮箱(6)连接双馈感应电机(5)，所述双馈感应电机(5)的定子绕组通过变压器(2)接入电网(1)；所述双馈感应电机(5)的转子绕组通过背靠背变流器和变压器(2)接入电网(1)；所述背靠背变流器由网侧变流器(3)、机侧变流器(4)及连接在网侧变流器(3)和机侧变流器(4)之间的稳压电容C3连接组成；所述网侧变流器(3)三相接线端与变压器(2)连接；所述机侧变流器(4)三相接线端与双馈感应电机(5)转子绕组连接；Crowbar保护电路(10)连接于双馈感应电机(5)转子绕组和机侧变流器(4)之间的三相电路上；所述检测器(8)用于检测电网(1)的低电压故障信号，并将故障信号实时发送给控制器(9)；所述控制器(9)用于控制机侧变流器(4)和Crowbar保护电路(10)；用于根据所接收到的电网(1)的电压信号判断是否满足低压穿越条件，当满足条件时，停发机侧变流器(4)脉冲，同时切入Crowbar保护电路(10)；当电网故障恢复后，先切出Crowbar保护电路(10)，再控制机侧变流器(4)重新启动，开始工作。2.根据权利要求1所述的一种双馈风力发电系统低电压穿越装置，其特征在于，所述Crowbar保护电路(10)包括三相二极管整流桥UR、放电电阻R1、绝缘栅双极晶体管IGBT1、二极管D1和缓冲电路；三相二极管整流桥UR由三路二极管并联电路组成；三路二极管并联电路的一端通过放电电阻R1与绝缘栅双极晶体管I...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐曼，谭国俊，韩韬，方磊，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32