本发明专利技术公布了一种风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置及切换方法。其中包括PWM变换器、LC滤波器、切换装置、串联耦合变压器、旁路开关、脉冲控制单元、风力发电机和电网公共连接点。补偿系统在风电机组变流器造成较大程度的低次谐波电流，或者电网要求风力发电机组具有一定的无功功率调节能力的情况下，实现三相线路中谐波和无功电流补偿。补偿系统在电网故障造成电压跌落的情况下，实现风电机组的低电压故障穿越运行。本补偿系统能够实现有源滤波器电路和低电压穿越电路之间切换，两种电路共用PWM变换器主电路模块，减小了装置的体积，节约了装置的成本，提高了设备的利用率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风力发电
，涉及一种风力机组的串联型低电压穿越控制、并联型有源滤波器以及两种工作模式的自动切换方法。
技术介绍
风能作为洁净无污染的新能源，大力发展风电行业对于节能减排和低碳经济等具有很重要的意义。当今世界在风电装机容量快速增长的同时，风电技术也取得了长足进步，特别是风力发电机组本身，由20世纪90年代的定桨距、恒速技术，发展到今天被广泛应用的变桨距、变速技术，而且单机容量不断刷新纪录。过去为了保护风电机组，风电场一般通过频繁切机来躲避电网故障对风电机组的影响。随着风电机组的装机容量越来越大，传统的风电机组自我保护将对电网的安全稳定运行造成重大的影响，特别是在电力系统出现扰动和故障的情况下，其对电力系统的影响越发突出，严重故障将导致电网电压崩溃。出于电力系统安全运行的角度考虑，各国对风电机组制造商提出了更多新的要求，先后出台了风电并网标准，其中风电 机组的电能质量和低电压穿越是很重要的两个方面。一方面，风电全功率并网变流器的网侧进线电抗器电感量一般较小，其工作开关频率较低，这导致并网变流器中出现较大程度的低次谐波电流，恶化了整个发电系统的输出电能质量，另外，部分发电机组如感应发电机组的功率因数较低，电网也对发电机组无功调节具有一定的要求，采用有源滤波器可以很好地解决上述需求。与串联型有源滤波器相比，并联型有源滤波器具有投切方便灵活以及各种保护简单的优点，并且能够更好地补偿电流谐波和机组无功功率。另一方面，在电网故障导致发电机并网连接点电压跌落时，需要采用必要的措施，防止风电机组因过电流或者过电压触发保护而脱网，有效降低风电机组机械传动系统和电气系统的冲击，从而具备低压穿越能力。专利CN101860043B “串联型风力发电低电压穿越控制装置及控制方法”公开了一种串联型风力发电机组低电压穿越控制装置，脉冲控制单元可调节PWM变换器补偿电网上的电压跌落，将发电机端电压维持在一定的水平，从而实现低电压穿越，但该方案仅能实现低电压穿越，不能解决电网谐波和无功问题；文献CN103441504A “具有自充电功能的串联补偿低电压穿越装置及控制方法”公开了一种串联补偿低电压穿越装置和控制方法，利用三相标准变换器实现对直流母线电容电压的自充电启动，但该方案仅能实现低电压穿越工作模式；文献CN103390901A “风电机组综合串联补偿电压穿越装置及控制方法”公开了一种风电机组综合串联补偿电压穿越装置，在电网故障期间引起机端电压跌落、电网由于无功过剩引起机端电压升高以及电网谐波含量过大情况下，分别实现低电压穿越、高电压穿越和谐波补偿，避免风力发电机组的脱网和谐波的不良影响，但该方案没有采用切换装置，仅通过改变控制策略实现不同控制要求，对不同工作模式的效果不能做到同时最优，尤其对谐波和无功电流的补偿效果较差。文献CN103248052A“一种三相并联型有源电力滤波器的饱和切换控制方法”公开了一种三相并联型有源电力滤波器的饱和切换控制方法，通过建立切换系统模型，在饱和切换规则作用下，实现对电网谐波电流的补偿。但该方案仅能实现有源滤波器工作模式。文献CN101651347B “一种并联型有源电力滤波器”公开了一种并联型有源电力滤波器，在有源滤波器交流输入端与负载电路间接入三相滤波电感，能够降低补偿侧三相电感大小，提高滤波器电流跟踪能力。但该方案仅能治理电网谐波污染，不能解决低电压穿越问题。由于电网的低电压故障发生概率较低，单独设置风电机组的低电压穿越补偿装置极不经济，为此，本专利技术将低电压穿越工作模式和有源滤波器工作模式电路通过切换装置集成到同一平台上，通过共享产生补偿电压或电流的PWM变换器的主电路，从而提高了材料的利用率，减小了补偿装置的体积，降低了成本。在电网正常情况下，切换装置自动切换至有源滤波器模式，补偿系统作为并联型有源滤波器工作，实现三相线路中谐波和无功电流补偿；在电网低电压故障情况下，切换装置自动切换至串联型低电压补偿模式，辅助实现风电机组的低电压故障穿越运行。
技术实现思路
技术问题:本专利技术提供一种利用一台PWM变换器实现低电压穿越和有源滤波补偿功能，在补偿谐波电流和无功电流方面具有更好的性能，能可靠实现风电机组的低电压故障穿越，减小了补偿装置的体积，节约了成本的风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置，同时提供两种基于该装置的风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置的模式切换方法，分别实现上述装置从并联型有源滤波器模式切换到串联型低电压穿越模式，以及从串联型低电压穿越模式切换到并联型有源滤波器模式。 技术方案:本专利技术的风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置，包括PWM变换器、LC滤波器、切换装置、串联耦合变压器、旁路开关、脉冲控制单元、风力发电机和电网公共连接点。其中，PWM变换器的三相输出连接到LC滤波器的一端，所述的LC滤波器另一端与切换装置的输入端连接，切换装置的输出分成三相且每相有两个输出端，每相的一个输出端A3、B3、C3端口接入到电网公共连接点，另一个输出端A4、B4、C4端口接入到串联耦合变压器的原边一端，串联耦合变压器的原边另一端三相短接，串联耦合变压器的副边两端跨接在电网公共连接点和风力发电机端口之间，旁路开关跨接在串联耦合变压器的副边两端，脉冲控制单元通过信号线分别与PWM变换器、切换装置和旁路开关连接，旁路开关采用双向晶闸管。本专利技术装置的优选方案中，切换装置包括三个静态切换开关和三个快速切换开关，所述的静态切换开关采用双向晶闸管，所述快速切换开关由两个相同的晶闸管共阳极连接组成，并且每个晶闸管都反向并联有一个续流二极管，每个静态切换开关，以及每个快速切换开关均对应一相线路，同相的静态切换开关和快速切换开关在输入端并联后共同连接到LC滤波器的一相端口上,静态切换开关的输出端作为切换装置一相的一个输出端与串联耦合变压器的原边一端连接，快速切换开关输出端作为切换装置一相的另一个输出端与电网公共连接点的一相端口连接。 本专利技术的风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置的切换方法，将上述装置从并联型有源滤波器模式切换到串联型低电压穿越控制模式，包括顺序执行以下步骤: ①装置初始工作状态为并联型有源滤波器模式，实时采集电网公共连接点的电压，设定低电压门槛值为0.9倍的额定电压，一旦检测到电网公共连接点的电压值低于所述低电压门槛值，脉冲控制单元停止向PWM变换器和旁路开关输出触发脉冲，并联型有源滤波器模式停止； ②在电压过零点之前，利用外部强迫换流回路切断快速切换开关，对快速切换开关的电流进行采样，当三个切断快速切换开关的电流都为零时，确认快速切换开关实现关断，此时PWM变换器与电网断开连接； ③脉冲控制单元触发闭合静态切换开关，使PWM变换器通过切换装置的一组输出端A4、B4和C4端口与串联耦合变压器接通； ④对旁路开关的电流的大小和方向进行采样，z=a，b,c,a, b, c代表电路的三相。根据电流ix的方向，脉冲控制单元驱动PWM变换器产生与电流ix方向相反、幅值恒定的电压，施加到串联耦合变压器的原边并感应到副边，叠加到旁路开关两端； ⑤检测旁路开关的电流ix,当电流ix减小到零时，旁路开关就实现断开，PWM变换器停止输出反向电压，开始输出低电压补偿本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置，其特征在于：该装置包括PWM变换器（1）、LC滤波器（2）、切换装置（3）、串联耦合变压器（4）、旁路开关（5）、脉冲控制单元（6）、风力发电机（7）和电网公共连接点（8）；其中，PWM变换器（1）的三相输出连接到LC滤波器（2）的一端，所述的LC滤波器（2）另一端与切换装置（3）的输入端连接，切换装置（3）的输出分成三相且每相有两个输出端，每相的一个输出端A3、B3、C3端口接入到电网公共连接点（8），另一个输出端A4、B4、C4端口接入到串联耦合变压器（4）的原边一端，串联耦合变压器（4）的原边另一端三相短接，串联耦合变压器（4）副边两端跨接在电网公共连接点（8）和风力发电机（7）端口之间，旁路开关（5）跨接在串联耦合变压器（4）的副边两端，脉冲控制单元（6）通过信号线分别与PWM变换器（1）、切换装置（3）和旁路开关（5）连接，所述的旁路开关（5）采用双向晶闸管。
【技术特征摘要】
1.一种风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置，其特征在于:该装置包括PWM变换器(I)、LC滤波器(2)、切换装置(3)、串联耦合变压器(4)、旁路开关(5)、脉冲控制单元(6 )、风力发电机(7 )和电网公共连接点(8 );其中，PWM变换器(I)的三相输出连接到LC滤波器(2)的一端，所述的LC滤波器(2)另一端与切换装置(3)的输入端连接，切换装置(3)的输出分成三相且每相有两个输出端，每相的一个输出端A3、B3、C3端口接入到电网公共连接点(8 )，另一个输出端A4、B4、C4端口接入到串联耦合变压器(4 )的原边一端，串联耦合变压器(4)的原边另一端三相短接，串联耦合变压器(4)副边两端跨接在电网公共连接点(8)和风力发电机(7)端口之间，旁路开关(5)跨接在串联耦合变压器(4)的副边两端，脉冲控制单元(6)通过信号线分别与PWM变换器(I)、切换装置(3)和旁路开关(5)连接，所述的旁路开关(5)采用双向晶闸管。2.根据权利要求1所述的可自动切换的风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置，其特征在于:所述切换装置(3)包括三个静态切换开关(9)和三个快速切换开关(10)，所述的静态切换开关(9)采用双向晶闸管，所述快速切换开关(10)由两个相同的晶闸管共阳极连接组成，并且每个晶闸管都反向并联有一个续流二极管；每个静态切换开关(9)，以及每个快速切换开关(10)均对应一相线路，同相的静态切换开关(9)和快速切换开关(10)在输入端并联后共同连接到LC滤波器(2)的一相端口上，静态切换开关(9)的输出端作为切换装置(3) —相的一个输出端与串联耦合变压器(4)的原边一端连接，快速切换开关(10)输出端作为切换装置(3)—相的另一个输出端与电网公共连接点(8)的一相端口连接。3.一种风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置的模式切换方法，其特征在于，该方法将权利要求1或2所述装置从并联型有源滤波器模式切换到串联型低电压穿越模式，包括以下步骤: ①装置初始工作状态为并联型有源滤波器模式，实时采集电网公共连接点(8)的电压，设定低电压门槛值为0.9倍的额定电压，一旦检测到电网公共连接点(8)的电压值低于所述低电压门槛值，脉...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建忠，张欣，熊良根，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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