双馈型风电变流器低电压穿越拓扑结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种双馈型风电变流器低电压穿越的拓扑结构，采用由转子侧变流器、中间直流环节，以及用于稳定中间直流环节电压的网侧变流器构成的电压源背靠背变流器结构，其特征是在转子侧变流器中设置一三角形结构，三角形结构中每个支路是由双向可控硅和电阻串联连接，三角形结构中的三个顶点分别与转子侧变流器的三个交流输出点相连接。本实用新型专利技术采用在双馈电机转子侧变流器中增加由双向可控硅构成的三角形结构，通过三角形结构中的可控硅与双馈电机转子侧变流器桥臂开关的配合控制，形成主动式撬棒和协同控制两种工作模式，增加对双馈电机转子电流的处理能力，较好地实现了双馈型风力发电机的低电压穿越功能。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于风力发电领域，尤其是一种双馈型风力发电机低电压穿越的变流器拓扑结构。
技术介绍
双馈型风力发电机是目前兆瓦级变速恒频风力发电机的主流机型，随着风电电网穿透率的提高，风力发电机的低电压穿越(LVRT)功能是当前风力发电机的必备功能。如德国E. ON Netz电网公司在2006年颁布的并网导则(Grid code for high and extra high voltage)，国家电网公司企业标准O1/GDW392-2009)等都对风力发电机的LVRT功能提出了具体要求。因双馈型风力发电机中双馈电机的特殊驱动拓扑结构，使其背靠背驱动变流器难以满足LVRT时的电流容量需求，这也使得LVRT问题成为双馈型风力发电机的技术瓶颈问题。LVRT所带来的挑战性及其解决的迫切性，使得双馈型风电变流器的LVRT问题成为当前研究的热点问题。附加硬件的LVRT变流器拓扑变化主要有转子回路附件硬件和定子回路附加硬件两类转子回路附加硬件主要有配置撬棒(Crowbar)电路方案 (蒋雪冬，赵舫.应对电网电压骤降的双馈感应风力发电机Crowbar控制策略.电网技术，2008，32 (1 :84-89;周维来，孙敬华，张哲等.一种双馈风电变流器Crowbar 保护装置，200910072960)，以及2009年3月发表在电力系统会议与展览上的串联阻抗网络方案(ffenzhong Gao, Geffang, JiaxinNing. Development of low voltage ride-through control strategy for wind power generation using real time digital simulator. Proceedings of IEEE PSCE, Seattle, USA, Mar. 15-18，2009 1-6)等；而定子回路附加硬件主要有2005年11月发表在欧洲电力电子与应用会议上的串联电力电子幵关方案(Andreas Dittrich，Alexander Stoev. Comparison of fault ride-through strategies for wind turbines with DFIM generators. Proceedings of European Conference onPower Electronics and Applications，Dresden，Germany, Nov. 11—14， 2005 :1-8.)，发表在电气与电子工程师协会工业应用期刊第45卷第5期上的串联变流器方案(Patrick S. Flannery, and Giri Venkataramanan. Unbalancedvoltage sag ride-through of a doubly fed induction generator wind turbine with series grid-side converter. IEEE Transactions onlndustry Applications,2009,45(5) 1879-1887)以及发表在电气与电子工程师协会能量转换期刊第25卷第4期上的增设无源阻抗网络方案(Xiangwu Yan, Giri Venkataramanan, Patrick S. Flannery, Yang Wang, et al. Voltage-sag tolerance of DFIG wind turbine with a series grid side passive-impedance network. IEEE Transactions on EnergyConversion,2010,25(4) 1048-1056.)等。配置Crowbar电路的转子回路附加硬件解决方案是当前研究较多的一种LVRT拓扑方案。其中，被动式撬棒(Passive Crowbar)是较早用于风电变流器在电网故障时自我保护的硬件设备，但这种自我保护方式无法实现LVRT。随着风电并网要求的提高，使得定子脱网不能接受，采用IGBT等全控器件构成的主动式撬棒(Active Crowbar)成为近年研究LVRT的技术方案之一。但撬棒的高耐冲击电流需求使得IGBT等全控器件的设计困难、 成本较高，而且撬棒动作期间，因DFIG处于不控状态而引发的无功功率问题、电磁转矩冲击问题等使其难以满足日趋苛刻的风电并网导则。如德国电网公司E. ON Netz规定在电网电压变化超过士 10%时，风电机组必须提供电压控制，并要求电压每跌落风电机组的无功电流要增加2%，且必要时应能提供100%额定电流的无功功率输出。为克服配置撬棒电路方案存在的不足，近年来其它更为复杂的附加硬件方案的研究日益活跃。如转子回路串电阻或阻感网络的转子回路附加硬件方案，力图在电网故障时限制转子电流进而抑制撬棒动作，但附设硬件的快速投入控制问题、参数设计问题等限制了其应用；定子回路附加串联电力电子开关的定子回路附加硬件方案，力图在电网故障时短暂脱网以克服无功功率吸收和电磁转矩冲击问题，但快速电力电子开关的设计问题及其对稳态运行效率的影响同样限制了其应用；串联变流器或附加无源阻抗网络的定子回路附加硬件方案，理论上具有较好的LVRT潜力，但其所需附加硬件过多、成本较高、设计较为困难。纵观这些附加硬件的解决方案，虽然能克服撬棒电路存在的不足，但所附加的硬件越来越复杂，且成本影响越来越大。
技术实现思路
本技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种成本低、结构简单、可靠性高的双馈型风电变流器低电压穿越拓扑结构，以期提高双馈型风电变流器的低电压穿越性能。本技术解决技术问题采用如下技术方案本技术双馈型风电变流器低电压穿越拓扑结构，是采用由转子侧变流器、中间直流环节，以及用于稳定中间直流环节电压的网侧变流器构成的电压源背靠背变流器结构，其结构特点是在所述转子侧变流器中设置一三角形结构，所述三角形结构中每个支路是由双向可控硅SCR和电阻串联连接，所述三角形结构中的三个顶点分别与转子侧变流器的三个交流输出点相连接。本技术双馈型风电变流器低电压穿越拓扑结构的特点也在于所述三角形结构中电阻的阻值为零或不为零。所述三角形结构包括具有等效电气性能的其它电路结构。本技术具有主动式撬棒模式和协同动作模式两种工作模式。本技术通过在双馈电机转子侧变流器附加由可控硅构成的三角形结构，一方面可利用转子侧变流器开关动作对三角形结构可控硅的强迫换流实施低成本、高可靠的主动式撬棒功能，另一方面可通过三角形结构中可控硅与转子侧变流器桥臂开关的协同动作起到等效增加转子侧变流器电流控制能力的功能。与已有技术相比，本技术的有益效果体现在1、本技术采用低成本、高可靠性的半控型电力电子器件可控硅SCR实现了主动式撬棒(Active Crowbar)的功能；2、本技术通过三角型结构中的可控硅与双馈电机转子侧变流器桥臂协同动作，能够等效增加转子侧变流器的电流承载力，从而改善低电压穿越性能；3、本技术拓扑结构成本低、可靠性高、结构简单，可广泛应用于双馈本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种双馈型风电变流器低电压穿越拓扑结构，采用由转子侧变流器（Ｍ）、中间直流环节，以及用于稳定中间直流环节电压的网侧变流器（Ｎ）构成的电压源背靠背变流器结构，其特征是在所述转子侧变流器（Ｍ）中设置一三角形结构，所述三角形结构中每个支路是由双向可控硅ＳＣＲ和电阻串联连接，所述三角形结构中的三个顶点分别与转子侧变流器（Ｍ）的三个交流输出点相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨淑英，张兴，谢震，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：实用新型
国别省市：34