风力发电机组高低电压穿越装置及其系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种风力发电机组高低电压穿越装置及其系统，装置包括：高低压穿越电路、斩波电路和控制单元。高低压穿越电路连接在变流器与发电机之间，斩波电路连接在变流器的直流母线上，控制单元连接在变流器的直流母线上，控制单元还与高低压穿越电路和斩波电路相连。高低压穿越电路进一步包括全控型电力电子开关器件电路和耗能电阻。全控型电力电子开关器件电路进一步包括斩波管和续流管，斩波管和续流管串联，所述斩波管与耗能电阻并联。本实用新型专利技术结构简单，成本极低，易于安装和维护，使风力发电机组同时具备高低电压穿越能力，使风力发电机在电力系统故障期间，保持了网侧变流器的持续运行，为电网故障的快速恢复提供了强有力的支持。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
风力发电机组高低电压穿越装置及其系统
本技术涉及风力发电领域，尤其是涉及一种应用于风力发电机组的高、低电压穿越装置及其系统。
技术介绍
在世界提倡绿色能源的今天，风力发电作为一种可再生的新能源得到了飞速的发展，同时风力发电在电网供电所占的比例也在不断的提高。在风力发电机组运行过程中，电网故障可能会导致电网电压突然上升或跌落，从而导致风力发电设备短时出现过压、过流或转速上升等现象，使大量风力发电机组脱网，且使电力系统的稳定性变差。因此，风力发电机组的并网质量及运行的稳定性非常重要。现在并网风机要求通过国家电科院的低电压穿越测试已成一项国家强制标准，所以低电压穿越的设备基本每台风机都必须具备，但高电压穿越由于没有国家强制要求，所以具备高电压穿越功能的设备较少，研究也少。基于双馈型变流器的双馈风力发电机组，通过控制转子电流来控制整机功率，定子直接与电网相连。当电网电压发生突然升高或跌落时，其转子端会出现过压、过流，并使连接网侧变流器和机侧变流器的母线电压升高，这会对变流器的安全构成严重威胁，如不采取措施会导致变流器损坏，降低电网的稳定性。当电网电压出现跌落时，双馈风力发电机在额定电压下稳态运行时，其定子磁链矢量幅值恒定且以同步速旋转。同时，磁链感应出一个直流电流分量，该电流会感应出一个反作用磁场，以保持磁链不能突变。由于定子电阻和定子绕组漏感的存在，使得该直流电流分量会以指数形式衰减，直到磁链矢量幅值过渡到对应的低电压运行时的幅值为止。因此，定子磁链中的直流分量是导致低电压穿越技术难以实现的根本原因。由于双馈风力发电机转子转速及转差率较高，从而引起转子侧过电压。而且由于定子电阻和绕组间漏感较小，定子磁链直流分量只能通过该漏感耦合，导致定、转子侧过电流，转子侧也存在磁链过渡过程，使其过电流更加严重。为了保护特殊工况(如高、低电压穿越)下的风力发电机和变流器，目前，在双馈风力发电机组中一般都装有低电压穿越装置，即在瞬态故障下一般使用转子电流旁路措施来保护发电机转子和变流器。较多采用的就是主动式crowbar电路，其原理是把被动式crowbar电路的晶闸换成全控型电力电子器件，当电网发生故障时，控制机侧变流器关闭，同时开通crowbar电路,把发电机转子侧的能量消耗掉。当电网恢复时，控制crowbar电路关闭，并开启机侧变流器，对电网提供无功支持，帮助电网快速恢复，从而实现低电压穿越功能。为了实现转子电流旁路措施，现在多采用全控型电力电子器件作为受控开关，但随着风机容量的增加，对全控型电力电子器件提出了更高的容量要求。并且，随着旁路电流的变大，由于电路中存在的杂散电容、电感等，对低电压穿越装置的性能要求也越来越高。在现有技术当中，由徐州中矿大传动与自动化有限公司、北京洲能科技发展有限公司于2012年02月07日申请，并于2012年04月11日公开，公布号为CN102412597A的中国专利技术专利申请，公开了一种双馈风力发电系统低电压穿越控制方法和装置，适用于大功率风力发电领域。其方法实现由跌落检测部分、跌落判断部分和触发动作部分来完成，如附图1所示，其装置包括双向变流器、变流器控制器和有源撬棒(Crowbar)模块。该专利技术申请采用Crowbar电路来实现对低电压穿越的控制，有效防止了二次过流，有利于电网的恢复，穿越能力强、效果好。但是，该专利技术申请在应用到大容量风力机组时，采取多Crowbar并联的方式，增加了控制难度和系统的复杂性。同时，其只能应对低电压穿越，当风机进行高电压穿越时，还需要另外一套设备。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种风力发电机组高低电压穿越装置及其系统，使风力发电机组同时具备高、低电压穿越能力，使风力发电机在电力系统故障期间，保持了网侧变流器的持续运行，并且可以较快地使机侧变流器重新启动，为电网故障的快速恢复提供了强有力的支持。为了实现上述技术目的，本技术具体提供了一种风力发电机组高低电压穿越装置的技术实现方案，一种风力发电机组高低电压穿越装置，包括:高低压穿越电路、斩波电路和控制单元，所述高低压穿越电路连接在变流器与发电机之间，所述斩波电路连接在所述变流器的直流母线上，所述控制单元连接在所述变流器的直流母线上，所述控制单元还与所述高低压穿越电路和所述斩波电路相连。所述高低压穿越电路进一步包括全控型电力电子开关器件电路和耗能电阻。所述全控型电力电子开关器件电路进一步包括斩波管和续流管，所述斩波管和续流管串联，所述斩波管与所述耗能电阻并联；当包括电网电压突然跌落在内的故障导致所述变流器的直流母线电压或所述发电机的转子电流上升到一定阀值时，所述全控型电力电子开关器件电路的斩波管导通，所述全控型电力电子开关器件电路的续流管关断，从而使所述发电机的转子和所述变流器产生旁路，将能量消耗于所述耗能电阻，使风力发电机组实现低电压穿越；当所述变流器的直流母线电压或所述发电机的转子电流恢复到一定阀值时，所述全控型电力电子开关器件电路的斩波管关断，所述全控型电力电子开关器件电路的续流管导通，对所述耗能电阻进行续流，从而可以启动所述变流器的机侧变流器；当包括电网电压骤升在内的故障导致所述变流器的直流母线电压或所述发电机的转子电流上升到一定阀值时，所述控制单元控制所述斩波电路导通，释放所述直流母线上的能量，从而降低所述直流母线上的电压，使风力发电机组实现高电压穿越。优选的，所述高低压穿越电路还包括三相不控整流器、吸收电路和全控型电力电子开关器件吸收电路，所述三相不控整流器、吸收电路、全控型电力电子开关器件电路、全控型电力电子开关器件吸收电路和耗能电阻依次相连；所述三相不控整流器用于对来自所述变流器输出端和所述发电机转子侧的三相交流电压进行整流处理；所述吸收电路包括并联的电阻Rl和电容Cl，用于对经过所述三相不控整流器整流的输出电压中的谐波进行滤波处理；所述全控型电力电子开关器件吸收电路，用于吸收所述全控型电力电子开关器件电路中斩波管和续流管在开关过程中产生的谐波。优选的，所述全控型电力电子开关器件吸收电路包括两组相互串联的吸收子电路，所述两组吸收子电路各自并联在所述斩波管和续流管的两端。优选的，所述吸收子电路采用电阻和电容串联支路或单独的电容支路或电阻与二极管并联后再与电容串联的支路。优选的，所述高低压穿越电路包括两组以上的全控型电力电子开关器件电路，所述两组以上的全控型电力电子开关器件电路相互并联，在所述全控型电力电子开关器件电路的两端均并联有所述全控型电力电子开关器件吸收电路。优选的，所述全控型电力电子开关器件电路采用包括但不限于绝缘栅极双极型晶体管或集成门极换流晶闸管或可关断晶闸管在内的开关控制部件作为全控型电力电子开关器件。所述全控型电力电子开关器件电路包括三个以上的全控型电力电子开关器件，所述三个以上的全控型电力电子开关器件相互串联。优选的，在风力发电机组实现低电压穿越的过程中，启动所述变流器的网侧变流器，并调节所述网侧变流器的功率因数，从而向所述电网提供无功支持。优选的，所述斩波电路包括第一开关管、第二开关管、斩波电阻和斩波电容。所述第一开关管与第二开关管串联，所述斩波电容并联在所述第一开关管与第二开关管串联电路的两端，所述斩波电阻并联在所述第一开关管的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于，包括：高低压穿越电路（100）、斩波电路（101）和控制单元（102），所述高低压穿越电路（100）连接在变流器（103）与发电机（105）之间，所述斩波电路（101）连接在所述变流器（103）的直流母线上，所述控制单元（102）连接在所述变流器（103）的直流母线上，所述控制单元（102）还与所述高低压穿越电路（100）和所述斩波电路（101）相连；所述高低压穿越电路（100）进一步包括全控型电力电子开关器件电路（400）和耗能电阻（600）；所述全控型电力电子开关器件电路（400）进一步包括斩波管（401）和续流管（402），所述斩波管（401）和续流管（402）串联，所述斩波管（401）与所述耗能电阻（600）并联；当包括电网（104）电压突然跌落在内的故障导致所述变流器（103）的直流母线电压或所述发电机（105）的转子电流上升到一定阀值时，所述全控型电力电子开关器件电路（400）的斩波管（401）导通，所述全控型电力电子开关器件电路（400）的续流管（402）关断，从而使所述发电机（105）的转子和所述变流器（103）产生旁路，将能量消耗于所述耗能电阻（600），使风力发电机组实现低电压穿越；当所述变流器（103）的直流母线电压或所述发电机（105）的转子电流恢复到一定阀值时，所述全控型电力电子开关器件电路（400）的斩波管（401）关断，所述全控型电力电子开关器件电路（400）的续流管（402）导通，对所述耗能电阻（600）进行续流，从而可以启动所述变流器（103）的机侧变流器（1032）；当包括电网（104）电压骤升在内的故障导致所述变流器（103）的直流母线电压或所述发电机（105）的转子电流上升到一定阀值时，所述控制单元（102）控制所述斩波电路（101）导通，释放所述直流母线上的能量，从而降低所述直流母线上的电压，使风力发电机组实现高电压穿越。...

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于，包括:高低压穿越电路(100)、斩波电路(101)和控制单元(102)，所述高低压穿越电路(100)连接在变流器(103)与发电机(105)之间，所述斩波电路(101)连接在所述变流器(103)的直流母线上，所述控制单元(102)连接在所述变流器(103)的直流母线上，所述控制单元(102)还与所述高低压穿越电路(100)和所述斩波电路(101)相连；所述高低压穿越电路(100)进一步包括全控型电力电子开关器件电路(400 )和耗能电阻(600 );所述全控型电力电子开关器件电路(400 )进一步包括斩波管(401)和续流管(402)，所述斩波管(401)和续流管(402)串联，所述斩波管(401)与所述耗能电阻(600)并联； 当包括电网(104)电压突然跌落在内的故障导致所述变流器(103)的直流母线电压或所述发电机(105)的转子电流上升到一定阀值时，所述全控型电力电子开关器件电路(400 )的斩波管(401)导通，所述全控型电力电子开关器件电路(400 )的续流管(402 )关断，从而使所述发电机(105)的转子和所述变流器(103)产生旁路，将能量消耗于所述耗能电阻(600)，使风力发电机组实现低电压穿越； 当所述变流器(103)的直流母线电压或所述发电机(105)的转子电流恢复到一定阀值时，所述全控型电力电子开关器件电路( 400 )的斩波管(401)关断，所述全控型电力电子开关器件电路(400)的续流管(402)导通，对所述耗能电阻(600)进行续流，从而可以启动所述变流器(103)的机侧变流器(1032)； 当包括电网(104)电压骤升在内的故障导致所述变流器(103)的直流母线电压或所述发电机(105)的转子电流上升到一定阀值时，所述控制单元(102)控制所述斩波电路(101)导通，释放所述直流母线上的能量，从而降低所述直流母线上的电压，使风力发电机组实现高电压穿越。2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于:所述高低压穿越电路(100)还包括三相不控整流器(200)、吸收电路(300)和全控型电力电子开关器件吸收电路(500)，所述三相不控整流器(200)、吸收电路(300)、全控型电力电子开关器件电路(400 )、全控型电力电子开关器件吸收电路(500 )和耗能电阻(600 )依次相连； 所述三相不控整流器(200 )用于对来自所述变流器(103 )输出端和所述发电机(105 )转子侧的三相交流电压进行整流处理； 所述吸收电路(300)包括并联的电阻Rl和电容Cl，用于对经过所述三相不控整流器(200)整流的输出电压中的谐波进行滤波处理； 所述全控型电力电子开关器件吸收电路(500)，用于吸收所述全控型电力电子开关器件电路(400)中斩波管(401)和续流管(402)在开关过程中产生的谐波。3.根据权利要求2所述的一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于:所述全控型电力电子开关器件吸收电路(500)包括两组相互串联的吸收子电路，所述两组吸收子电路各自并联在所述斩波管(401)和续流管(402 )的两端。4.根据权利要求3所述的一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于:所述吸收子电...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗成，盛建科，胡佑群，刘志星，王跻，邢云龙，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：实用新型
国别省市：