具备可靠低电压穿越能力的双馈变流器制造技术

本发明专利技术涉及一种新颖的具备完美可靠低电压穿越能力的双馈变流器，所述的双馈变流器由快速并网开关GK、直流卸荷单元DBU、定子Crowbar、辅助供电电源快速切换单元APS、网侧功率模块GSC、转子侧功率模块RSC、并网断路器K1及控制器KZQ等。这种双馈变流器设有A端口、B端口、C端口和D端口，其中A端口与双馈风力发电机定子连接，B端口与电网连接，C端口与双馈发电机转子连接，D端口与双馈发电机组的主控系统供电电源连接；定子Crowbar的AC端与双馈发电机定子连接，直流卸荷单元与GSC和RSC的公共直流母线连接；双馈变流器各部分的工作状态均由控制器KZQ发出的信号控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设计一种具备完美低电压穿越功能的双馈风力发电机组变流器的装置和控制方法，适用于双馈风力发电机组。
技术介绍
随着风力发电的迅速发展，风电装机容量不断增大，在发电容量中所占的比例也不断提高。当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性。有研究表明，当风力发电机具有低电压穿越(LowVoltage Ride Through，LVRT)能力时，能提高整个电力系统的稳定性。因此世界上风电装机比例较大的国家，如丹麦、德国、美国等颁布的风电并网规定中，都要求风电机组都具备LVRT能力，保证电力系统发生故障后风电机组能够不间断并网运行。·尽管各国对风电机组低电压穿越能力的要求各不相同，但都包含如下几个方面的内容，以我国颁布的风电场接入电力系统技术规定(Q/GDW 392-2009)为例 a)风电场必须具有在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行625ms的低电压穿越能力； b)风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行；c)风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90%时，风电场必须不间断并网运行。如附图I所示，目前市场上绝大多数的双馈变流器目前可以通过在转子侧加入有源Crowbar (Active Crowbar)或直流母线加Chopper来使其具备LVRT能力，存在以下缺点一是控制比较复杂，穿越过程中需要从电网吸收无功功率，风场电压在恢复时存在的高电压仍会使双馈变流器故障脱网，特别在风场电压不对称跌落时不容易顺利穿越。二是这种方案还需要风力发电机组主控系统和变桨系统的密切配合，要实现整个机组的低电压顺利穿越是一件很复杂的事情。三是这种方案在电网电压跌落会对机械传动系统造成较大的转矩冲击和震荡，影响机械部分的使用寿命甚至导致损坏。因此设计一种能够保证双馈风力发电机组能够在任何电压跌落情况下都能够顺利穿越的双馈变流器，对于电网和机组的稳定运行有着十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前传统双馈变流器在电网电压跌落进行低电压穿越时冲击转矩大、可靠性差等问题，提供一种新颖的使双馈风电机组具有完美低电压穿越能力的双馈变流器和其控制方法，适用于各种双馈发电机组。本专利技术是这样实现的一种具备可靠低电压穿越能力的双馈变流器，其特征在于，包括定子侧Crowbar SC、PWM整流功率模块GSC、机侧逆变功率模块RSC、直流卸荷单元DBU、并网断路器K1、并网快速开关GK、辅助电源供电切换单元APS和控制器KZQ，所述的辅助电源供电切换单元APS由两个三相双向交流开关AW组成；双馈变流器设有A端口、B端口、C端口、D端口，其中A端口直接与双馈发电机的定子连接，B端口直接与电网连接，C端口直接与双馈发电机的转子连接，D端口与双馈风力发电机组的主控系统的供电电源接口连接； 定子侧Crowbar SC、辅助电源供电切换单元APS的一端以及并网快速开关GK的一端通过A端口直接与双馈发电机的定子连接；辅助电源供电切换单元APS的另一端由B端口与电网侧连接，辅助电源供电切换单元APS中两个三相双向交流开关AW的之间的D端口与双馈发电机组的主控系统供电电源连接；PWM整流功率模块GSC的交流侧与通过B端口与电网连接，机侧逆变功率模块RSC的交流侧由C端口与双馈发电机的转子连接，PWM整流功率模块GSC与机侧逆变功率模块RSC之间为公共直流母线，直流卸荷单元DBU位于公共直流母线上；并网快速开关GK和网断路器Kl串接在A端口与B端口之间； 所述的定子侧Crowbar SC,PWM整流功率模块GSC和机侧逆变功率模块RSC、直流卸荷单元DBU、并网断路器K1、并网快速开关GK、辅助电源供电切换单元APS的工作状态均受控于控制器KZQ。在本专利技术中，并网快速开关GK包括晶闸管或其他功率器件组合后的双向交流开关DW，配有快速关断电路，通过控制器KZQ进行电流检测和保护，所述的快速关断电路由可控硅、电感和电容组成，其中，由可控硅与电容串联支路再与电感串联形成快速关断电路，或由可控硅组成桥式整流电路，输出端与串联的电感电容连接后形成快速关断电路。在本专利技术中，定子侧Crowbar SC采用三相双向可控硅或其他功率器件构成的双向交流开关DW与功率电阻R组成；或采用三相不控整流桥ZL与直流卸荷单元DBU组成；或采用上述两种结构的复合形式。在本专利技术中，所述的直流卸荷单元DBU由IGBT模块与功率电阻R组成，所述的直流卸荷单元DBU同时连接在GSC和RSC的直流母线正负极之间。在本专利技术中，所述辅助电源供电切换单元APS的三相双向交流开关AW采用电气开关或由功率半导体构成的三相STS。在本专利技术中，所述的电气开关为电磁开关或由伺服电机控制的机械开关。本专利技术的工作原理是当电网正常工作时，并网前禁止使能定子侧Crowbar，启动网侧变流器GSC和转子侧变流器RSC后，先合上并网断路器Kl，且将辅助供电电源切换单元APS的输入端电源切换到电网供电，双馈变流器处于定子电压并网控制模式。当控制并网断路器两侧的定子电压幅值、频率、相位与电网电压一致时合上快速并网开关GK，此时双馈变流器进入并网功率控制模式。并网稳定一段时间后将辅助供电电源切换单元APS的输入端电源切换至定子侧供电。当电网电压发生跌落故障时，双馈变流器控制器KZQ将快速检测到电网电压跌落，在Ims内立即切断快速并网开关GK，使电网故障和双馈发电机隔离，转子侧RSC控制策略将快速切换为定子电压控制模式，使定子电压的幅值和电网电压跌落前相同，频率及相位跟随当前电网电压的变化，由于辅助供电电源切换单元APS输入电源已经为定子侧供电，所以在电网电压跌落时主控系统、变桨系统、偏航系统的供电电压仍保持正常，不受外部电网电压影响。同时网侧变流器GSC将根据跌落程度发出一定大小的无功电流，支持电网电压快速恢复。定子侧Crowbar的控制将根据主控下发的功率命令进行控制，使传动链不受任何冲击，传输的功率保持平稳变化。当电网电压恢复时，双馈变流器控制器KZQ检测到电网电压恢复到正常时，禁止定子侧Crowbar。转子侧变流器RSC控制定子电压与当前电网的幅值、频率、相位一致后，合上快速并网开关GK，转子侧变流器RSC控制模式由定子电压控制模式切换为并网功率控制模式，风力发电机组的有功功率可以快速恢复到跌落前的正常水平。按照我国颁布的风电场接入电力系统技术规定(Q/GDW 392-2009)，风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行。双馈变流器会记录故障的持续时间，如果持续时间超过3s，双馈变流器将停止运行，同时风力发电机也可以脱网。如果持续时间在3s以内，双馈变流器检测到电压恢复之后，转子侧变流器将使定子电压跟踪电网电压，一旦满足并网条件，双馈变流器将使能并网快速开关GK，同时Crowbar电路迅速退出运行，使风机并入电网的有功功率快速恢复。在电网电压跌落故障期间，对于风力发电机来讲，根本感受不到电网已经发生故障了，仍然按照之前的工作模式，输出的有功功率保持故障前的数值不变。主控系统和变桨系统仍然按照之前的状态工作，机械传动系统没有任何冲击。在保证可靠穿越的前提下，不·本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备可靠低电压穿越能力的双馈变流器，其特征在于，包括定子侧Crowbar？SC、PWM整流功率模块GSC、机侧逆变功率模块RSC、直流卸荷单元DBU、并网断路器K1、并网快速开关GK、辅助电源供电切换单元APS和控制器KZQ，所述的辅助电源供电切换单元APS由两个三相双向交流开关AW组成；双馈变流器设有A端口、B端口、C端口、D端口，其中A端口直接与双馈发电机的定子连接，B端口直接与电网连接，C端口直接与双馈发电机的转子连接，？D端口与双馈风力发电机组的主控系统的供电电源接口连接；定子侧Crowbar？SC、辅助电源供电切换单元APS的一端以及并网快速开关GK的一端通过A端口直接与双馈发电机的定子连接；辅助电源供电切换单元APS的另一端由B端口与电网侧连接，辅助电源供电切换单元APS中两个三相双向交流开关AW的之间的D端口与双馈发电机组的主控系统供电电源连接；PWM整流功率模块GSC的交流侧与通过B端口与电网连接，机侧逆变功率模块RSC的交流侧由C端口与双馈发电机的转子连接，PWM整流功率模块GSC与机侧逆变功率模块RSC之间为公共直流母线，直流卸荷单元DBU位于公共直流母线上；并网快速开关GK？和网断路器K1串接在A端口与B端口之间；所述的定子侧Crowbar？SC、PWM整流功率模块GSC和机侧逆变功率模块RSC、直流卸荷单元DBU、并网断路器K1、并网快速开关GK、辅助电源供电切换单元APS的工作状态均受控于控制器KZQ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王中，廖恩荣，黄晓辉，李志国，辛志远，
申请(专利权)人：南京飓能电控自动化设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：