專(zhuān)利名稱(chēng)：具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種具備完美低電壓穿越功能的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的裝置和控制方法，適用于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)力發(fā)電的迅速發(fā)展，風(fēng)電裝機(jī)容量不斷增大，在發(fā)電容量中所占的比例也不斷提高。當(dāng)電力系統(tǒng)中風(fēng)電裝機(jī)容量比例較大時(shí)，電力系統(tǒng)故障導(dǎo)致電壓跌落后，風(fēng)電場(chǎng)切除會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。有研究表明，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有低電壓穿越(LowVoltage Ride Through，LVRT)能力時(shí)，能提高整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此世界上風(fēng)電裝機(jī)比例較大的國(guó)家，如丹麥、德國(guó)、美國(guó)等頒布的風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)定中，都要求風(fēng)電機(jī)組都具備LVRT能力，保證電力系統(tǒng)發(fā)生故障后風(fēng)電機(jī)組能夠不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。·盡管各國(guó)對(duì)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的要求各不相同，但都包含如下幾個(gè)方面的內(nèi)容，以我國(guó)頒布的風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定(Q/GDW 392-2009)為例
a)風(fēng)電場(chǎng)必須具有在電壓跌至20%額定電壓時(shí)能夠維持并網(wǎng)運(yùn)行625ms的低電壓穿越能力；
b)風(fēng)電場(chǎng)電壓在發(fā)生跌落后3s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)必須保持并網(wǎng)運(yùn)行；
c)風(fēng)電場(chǎng)升壓變高壓側(cè)電壓不低于額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)必須不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。如附圖I所示，目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)的雙饋?zhàn)兞髌髂壳翱梢酝ㄟ^(guò)在轉(zhuǎn)子側(cè)加入有源Crowbar (Active Crowbar)或直流母線加Chopper來(lái)使其具備LVRT能力，存在以下缺點(diǎn)一是控制比較復(fù)雜，穿越過(guò)程中需要從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，風(fēng)場(chǎng)電壓在恢復(fù)時(shí)存在的高電壓仍會(huì)使雙饋?zhàn)兞髌鞴收厦摼W(wǎng)，特別在風(fēng)場(chǎng)電壓不對(duì)稱(chēng)跌落時(shí)不容易順利穿越。二是這種方案還需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的密切配合，要實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)組的低電壓順利穿越是一件很復(fù)雜的事情。三是這種方案在電網(wǎng)電壓跌落會(huì)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)造成較大的轉(zhuǎn)矩沖擊和震蕩，影響機(jī)械部分的使用壽命甚至導(dǎo)致?lián)p壞。因此設(shè)計(jì)一種能夠保證雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在任何電壓跌落情況下都能夠順利穿越的雙饋?zhàn)兞髌?，?duì)于電網(wǎng)和機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前傳統(tǒng)雙饋?zhàn)兞髌髟陔娋W(wǎng)電壓跌落進(jìn)行低電壓穿越時(shí)沖擊轉(zhuǎn)矩大、可靠性差等問(wèn)題，提供一種新穎的使雙饋風(fēng)電機(jī)組具有完美低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌骱推淇刂品椒?，適用于各種雙饋發(fā)電機(jī)組。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌?，其特征在于，包括定子?cè)Crowbar SC、PWM整流功率模塊GSC、機(jī)側(cè)逆變功率模塊RSC、直流卸荷單元DBU、并網(wǎng)斷路器K1、并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK、輔助電源供電切換單元APS和控制器KZQ，所述的輔助電源供電切換單元APS由兩個(gè)三相雙向交流開(kāi)關(guān)AW組成；雙饋?zhàn)兞髌髟O(shè)有A端口、B端口、C端口、D端口，其中A端口直接與雙饋發(fā)電機(jī)的定子連接，B端口直接與電網(wǎng)連接，C端口直接與雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，D端口與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控系統(tǒng)的供電電源接口連接；
定子側(cè)Crowbar SC、輔助電源供電切換單元APS的一端以及并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK的一端通過(guò)A端口直接與雙饋發(fā)電機(jī)的定子連接；輔助電源供電切換單元APS的另一端由B端口與電網(wǎng)側(cè)連接，輔助電源供電切換單元APS中兩個(gè)三相雙向交流開(kāi)關(guān)AW的之間的D端口與雙饋發(fā)電機(jī)組的主控系統(tǒng)供電電源連接；PWM整流功率模塊GSC的交流側(cè)與通過(guò)B端口與電網(wǎng)連接，機(jī)側(cè)逆變功率模塊RSC的交流側(cè)由C端口與雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，PWM整流功率模塊GSC與機(jī)側(cè)逆變功率模塊RSC之間為公共直流母線，直流卸荷單元DBU位于公共直流母線上；并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK和網(wǎng)斷路器Kl串接在A端口與B端口之間；
所述的定子側(cè)Crowbar SC,PWM整流功率模塊GSC和機(jī)側(cè)逆變功率模塊RSC、直流卸荷
單元DBU、并網(wǎng)斷路器K1、并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK、輔助電源供電切換單元APS的工作狀態(tài)均受控于控制器KZQ。在本發(fā)明中，并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK包括晶閘管或其他功率器件組合后的雙向交流開(kāi)關(guān)DW，配有快速關(guān)斷電路，通過(guò)控制器KZQ進(jìn)行電流檢測(cè)和保護(hù)，所述的快速關(guān)斷電路由可控硅、電感和電容組成，其中，由可控硅與電容串聯(lián)支路再與電感串聯(lián)形成快速關(guān)斷電路，或由可控硅組成橋式整流電路，輸出端與串聯(lián)的電感電容連接后形成快速關(guān)斷電路。在本發(fā)明中，定子側(cè)Crowbar SC采用三相雙向可控硅或其他功率器件構(gòu)成的雙向交流開(kāi)關(guān)DW與功率電阻R組成；或采用三相不控整流橋ZL與直流卸荷單元DBU組成；或采用上述兩種結(jié)構(gòu)的復(fù)合形式。在本發(fā)明中，所述的直流卸荷單元DBU由IGBT模塊與功率電阻R組成，所述的直流卸荷單元DBU同時(shí)連接在GSC和RSC的直流母線正負(fù)極之間。在本發(fā)明中，所述輔助電源供電切換單元APS的三相雙向交流開(kāi)關(guān)AW采用電氣開(kāi)關(guān)或由功率半導(dǎo)體構(gòu)成的三相STS。在本發(fā)明中，所述的電氣開(kāi)關(guān)為電磁開(kāi)關(guān)或由伺服電機(jī)控制的機(jī)械開(kāi)關(guān)。本發(fā)明的工作原理是當(dāng)電網(wǎng)正常工作時(shí)，并網(wǎng)前禁止使能定子側(cè)Crowbar，啟動(dòng)網(wǎng)側(cè)變流器GSC和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC后，先合上并網(wǎng)斷路器Kl，且將輔助供電電源切換單元APS的輸入端電源切換到電網(wǎng)供電，雙饋?zhàn)兞髌魈幱诙ㄗ与妷翰⒕W(wǎng)控制模式。當(dāng)控制并網(wǎng)斷路器兩側(cè)的定子電壓幅值、頻率、相位與電網(wǎng)電壓一致時(shí)合上快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK，此時(shí)雙饋?zhàn)兞髌鬟M(jìn)入并網(wǎng)功率控制模式。并網(wǎng)穩(wěn)定一段時(shí)間后將輔助供電電源切換單元APS的輸入端電源切換至定子側(cè)供電。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落故障時(shí)，雙饋?zhàn)兞髌骺刂破鱇ZQ將快速檢測(cè)到電網(wǎng)電壓跌落，在Ims內(nèi)立即切斷快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK，使電網(wǎng)故障和雙饋發(fā)電機(jī)隔離，轉(zhuǎn)子側(cè)RSC控制策略將快速切換為定子電壓控制模式，使定子電壓的幅值和電網(wǎng)電壓跌落前相同，頻率及相位跟隨當(dāng)前電網(wǎng)電壓的變化，由于輔助供電電源切換單元APS輸入電源已經(jīng)為定子側(cè)供電，所以在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)的供電電壓仍保持正常，不受外部電網(wǎng)電壓影響。同時(shí)網(wǎng)側(cè)變流器GSC將根據(jù)跌落程度發(fā)出一定大小的無(wú)功電流，支持電網(wǎng)電壓快速恢復(fù)。定子側(cè)Crowbar的控制將根據(jù)主控下發(fā)的功率命令進(jìn)行控制，使傳動(dòng)鏈不受任何沖擊，傳輸?shù)墓β时３制椒€(wěn)變化。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)，雙饋?zhàn)兞髌骺刂破鱇ZQ檢測(cè)到電網(wǎng)電壓恢復(fù)到正常時(shí)，禁止定子側(cè)Crowbar。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC控制定子電壓與當(dāng)前電網(wǎng)的幅值、頻率、相位一致后，合上快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC控制模式由定子電壓控制模式切換為并網(wǎng)功率控制模式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有功功率可以快速恢復(fù)到跌落前的正常水平。按照我國(guó)頒布的風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定(Q/GDW 392-2009)，風(fēng)電場(chǎng)電壓在發(fā)生跌落后3s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)必須保持并網(wǎng)運(yùn)行。雙饋?zhàn)兞髌鲿?huì)記錄故障的持續(xù)時(shí)間，如果持續(xù)時(shí)間超過(guò)3s，雙饋?zhàn)兞髌鲗⑼Ｖ惯\(yùn)行，同時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)也可以脫網(wǎng)。如果持續(xù)時(shí)間在3s以?xún)?nèi)，雙饋?zhàn)兞髌鳈z測(cè)到電壓恢復(fù)之后，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器將使定子電壓跟蹤電網(wǎng)電壓，一旦滿(mǎn)足并網(wǎng)條件，雙饋?zhàn)兞髌鲗⑹鼓懿⒕W(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK，同時(shí)Crowbar電路迅速退出運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)并入電網(wǎng)的有功功率快速恢復(fù)。在電網(wǎng)電壓跌落故障期間，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)講，根本感受不到電網(wǎng)已經(jīng)發(fā)生故障了，仍然按照之前的工作模式，輸出的有功功率保持故障前的數(shù)值不變。主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)仍然按照之前的狀態(tài)工作，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有任何沖擊。在保證可靠穿越的前提下，不·僅避免了傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，而且基本不需要修改主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)程序，大大簡(jiǎn)化了整個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高了低電壓穿越過(guò)程的可靠性。采用本發(fā)明中的這種雙饋?zhàn)兞髌髦螅p饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)將具有以下優(yōu)點(diǎn)完美的低電壓穿越能力和高電壓穿越能力，包含零電壓跌落和電網(wǎng)跳閘等在內(nèi)的對(duì)稱(chēng)及不對(duì)稱(chēng)故障均能可靠穿越；
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)還在于對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行無(wú)影響，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)無(wú)影響，大大避免電網(wǎng)故障對(duì)軸系產(chǎn)生的扭曲、振蕩等影響，提高風(fēng)機(jī)的使用壽命；實(shí)施時(shí)無(wú)需對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控制器和變槳控制器做較大的改動(dòng)，能快速實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越能力；故障后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠很快恢復(fù)到之前的工作狀態(tài)，滿(mǎn)足電網(wǎng)對(duì)低電壓穿越的要求。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于本發(fā)明在故障期間仍然可以給電網(wǎng)提供無(wú)功支持；故障期間主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)的供電電源不會(huì)中斷，不會(huì)引起報(bào)警等引起機(jī)組停機(jī)動(dòng)作。綜前所述，采用附圖2所示的雙饋?zhàn)兞髌鹘Y(jié)構(gòu)，除了可以使雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具備完美的低電壓穿越能力外，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、避免機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。


圖I是傳統(tǒng)雙饋?zhàn)兞髌鹘Y(jié)構(gòu)示意 圖2本發(fā)明實(shí)施例涉及的具備可靠低電壓穿越功能的雙饋?zhàn)兞髌鹘Y(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)裝置GK的一種結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)裝置GK的另一種結(jié)構(gòu)示意 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中定子側(cè)Crowbar的第一種結(jié)構(gòu)示意 圖6是本發(fā)明實(shí)施例中定子側(cè)Crowbar的第二種結(jié)構(gòu)示意 圖7是本發(fā)明實(shí)施例中定子側(cè)Crowbar的第三種結(jié)構(gòu)示意 圖8是本發(fā)明實(shí)施例中輔助供電電源快速切換單元APS的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2給出了這種具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌鞯慕Y(jié)構(gòu)示意圖，適合于各種類(lèi)型的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。附圖3、圖4給出了這種雙饋?zhàn)兞髌鹘Y(jié)構(gòu)中重要的支持可靠低電壓穿越能力的快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK的兩種形式。附圖5、6、7給出了定子側(cè)Crowbar SC的三種不同形式。附圖8是輔助供電電源快速切換單元APS的結(jié)構(gòu)圖。這種新的雙饋?zhàn)兞髌魉鶐?lái)的優(yōu)點(diǎn)在這些結(jié)構(gòu)圖中都可以體現(xiàn)出來(lái)。
具體實(shí)施例方式附圖非限制性地公開(kāi)了本發(fā)明實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。以圖2為例，說(shuō)明這種新的雙饋?zhàn)兞髌鞯?b>具體實(shí)施方式
。圖2在目前的常見(jiàn)傳統(tǒng)的雙饋?zhàn)兞髌魃霞尤肓丝焖俨⒕W(wǎng)開(kāi)關(guān)GK、定子側(cè)Crowbar、
輔助供電電源快速切換單元APS等，其電網(wǎng)正常情況下的控制策略和普通雙饋?zhàn)兞髌饕粯樱煌氖请娋W(wǎng)故障時(shí)的控制策略與現(xiàn)有的變流器有些區(qū)別，其算法簡(jiǎn)單可靠。本發(fā)明的整個(gè)工作過(guò)程如下當(dāng)電網(wǎng)正常工作時(shí)，并網(wǎng)前禁止使能定子側(cè)CrowbarSC，啟動(dòng)網(wǎng)側(cè)變流器GSC和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC后，控制器KZQ先合上并網(wǎng)斷路器Kl，且將輔助供電電源切換單元APS的輸入端電源切換到電網(wǎng)供電，雙饋?zhàn)兞髌魈幱诙ㄗ与妷翰⒕W(wǎng)控制模式。當(dāng)控制并網(wǎng)斷路器兩側(cè)的定子電壓幅值、頻率、相位與電網(wǎng)電壓一致時(shí)合上快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK，此時(shí)雙饋?zhàn)兞髌鬟M(jìn)入并網(wǎng)功率控制模式。并網(wǎng)穩(wěn)定一段時(shí)間后將輔助供電電源切換單元APS的輸入端電源切換至定子側(cè)供電。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落故障時(shí)，雙饋?zhàn)兞髌骺刂破鱇ZQ將快速檢測(cè)到電網(wǎng)電壓跌落，在Ims內(nèi)立即切斷快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK，使電網(wǎng)故障和雙饋發(fā)電機(jī)隔離，轉(zhuǎn)子側(cè)RSC控制策略將快速切換為定子電壓控制模式，使定子電壓的幅值和電網(wǎng)電壓跌落前相同，頻率及相位跟隨當(dāng)前電網(wǎng)電壓的變化，由于輔助供電電源切換單元APS輸入電源已經(jīng)為定子側(cè)供電，所以在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)的供電電壓仍保持正常，不受外部電網(wǎng)電壓影響。同時(shí)網(wǎng)側(cè)變流器GSC將根據(jù)跌落程度發(fā)出一定大小的無(wú)功電流，支持電網(wǎng)電壓快速恢復(fù)。定子側(cè)Crowbar的控制將根據(jù)主控下發(fā)的功率命令進(jìn)行控制，使傳動(dòng)鏈不受任何沖擊，傳輸?shù)墓β时３制椒€(wěn)變化。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)，雙饋?zhàn)兞髌鳈z測(cè)到電網(wǎng)電壓恢復(fù)到正常時(shí)，禁止定子側(cè)Crowbar。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC控制定子電壓與當(dāng)前電網(wǎng)的幅值、頻率、相位一致后，合上快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC控制模式由定子電壓控制模式切換為并網(wǎng)功率控制模式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有功功率可以快速恢復(fù)到跌落前的正常水平。圖2中的快速并網(wǎng)開(kāi)關(guān)GK由雙向交流開(kāi)關(guān)DW、二相關(guān)斷電路、觸發(fā)控制電路等組成，其中強(qiáng)制關(guān)斷電路均為二相獨(dú)立關(guān)斷電路，每相強(qiáng)制關(guān)斷電路由電感、可控娃和電容組成，利用電容上的反向電壓施加在導(dǎo)通的晶閘管上來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制快速關(guān)斷的目的。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落深度超過(guò)容許范圍時(shí)，主控制器啟動(dòng)強(qiáng)制關(guān)斷電路關(guān)斷可控硅，關(guān)斷時(shí)間大約為lms，使雙饋發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)故障分離，避免了雙饋發(fā)電機(jī)定子側(cè)及轉(zhuǎn)子側(cè)的電磁暫態(tài)過(guò)程。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器RSC從功率控制模式切換到定子電壓控制模式，使其定子電壓為電網(wǎng)正常工作時(shí)的電壓，這一過(guò)程可以在Ims左右完成。強(qiáng)制關(guān)斷電路有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式一種如圖3所不，各相關(guān)斷電路Q(chēng)a、Qb> Qc均采用一個(gè)電容和電感以及單相可控硅全橋組成，直接與快速開(kāi)關(guān)的兩端并聯(lián)，施加在快速開(kāi)關(guān)的晶閘管上反壓的方向由單相可控硅橋來(lái)實(shí)現(xiàn)切換。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是電容數(shù)量少；另一種如圖4所示，每相關(guān)斷電路Q(chēng)al、QbU Qcl均由兩個(gè)相反電壓的電容和一個(gè)電感及可控硅組成，反壓方向不需要通過(guò)可控硅橋來(lái)切換，只需要通過(guò)可控硅導(dǎo)通來(lái)選擇相應(yīng)電壓方向的電容便可以在導(dǎo)通的快速開(kāi)關(guān)晶閘管兩端施加反壓而使之關(guān)斷。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是可控硅的數(shù)量較少。圖2中所述的定子側(cè)Crowbar在電網(wǎng)正常時(shí)定子側(cè)Crowbar將一直處于禁止模式，在電網(wǎng)電壓故障期間，定子側(cè)Crowbar的控制將根據(jù)主控下發(fā)的功率給定值來(lái)進(jìn)行。定子側(cè)Crowbar電路提供風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功功率的釋放通道，網(wǎng)側(cè)變頻器GSC提供支持電網(wǎng)電壓恢復(fù)所需要的無(wú)功功率。定子Crowbar以保持雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有功功率平穩(wěn)變化為控制目標(biāo)?？梢圆捎靡韵氯N結(jié)構(gòu)形式
在圖5中第一種結(jié)構(gòu)中以控制雙向交流開(kāi)關(guān)DW的通斷來(lái)控制功率電阻R所吸收的功
率；控制器KZQ通過(guò)控制雙向交流開(kāi)關(guān)DW的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)功率電阻所消耗的功率。三相雙向交流開(kāi)關(guān)DW由SCR、IGBT等可關(guān)斷半導(dǎo)體器件組成，并與A端口連接。在圖6中第二種結(jié)構(gòu)中是由A端口的交流經(jīng)過(guò)不控整流后通過(guò)直流Chopper單元DBU來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)有功功率的消耗。直流Chopper單元DBU由IGBT與功率電阻R串聯(lián)組成。直流Chopper單元DBU以PWM方式控制IGBT的開(kāi)關(guān)，改變等效電阻的大小。當(dāng)主控下發(fā)的有功功率給定變大時(shí)，PWM占空比增大，等效電阻變小，DBU電路吸收的功率增大；當(dāng)主控下發(fā)的有功功率給定變小時(shí)，PWM占空比減小，等效電阻變大，DBU電路吸收的功率減小。因此故障期間通過(guò)控制DBU電路的占空比達(dá)到雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功功率的平衡。DBU單元的功率電阻R需要根據(jù)風(fēng)機(jī)的功率和故障穿越的時(shí)間要求來(lái)選取。這種結(jié)構(gòu)的定子側(cè)Crowbar的A端口通過(guò)阻容濾波電路濾除PWM變頻器產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)諧波，使得輸出電壓的THD滿(mǎn)足風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作的要求，由于不控整流橋在工作的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諧波電流，從頻譜上看，主要是5、7、11、13等奇次諧波，這些諧波會(huì)影響雙饋?zhàn)兞髌鬏敵龅碾妷嘿|(zhì)量，因此本實(shí)例中還可以加入濾波器LB來(lái)濾除。另外該結(jié)構(gòu)的定子Crowbar公共直流母線端口還可以與網(wǎng)側(cè)變流器GSC和機(jī)側(cè)變流器RSC之間的公共直流母線相連接以防止直流母線電壓過(guò)低。附圖7中第三種結(jié)構(gòu)是第一種和第二種結(jié)構(gòu)的疊加，是前兩種的混合形式，不再描述。 圖2中的輔助供電電源快速切換單元APS是為了保證電網(wǎng)電壓跌落器件保持主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)等供電電源保持穩(wěn)定，如圖8所示，APS的輸入與A端口和B端口連接，輸出為D端口，D端口為主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)等供電電源端口。APS是由雙向交流開(kāi)關(guān)AW組成，其中雙向交流開(kāi)關(guān)AW有兩種不同的形式，第一種形式是基于接觸器或斷路器等機(jī)械開(kāi)關(guān)組成，其控制簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。第二種形式是采用晶閘管等功率器件組成的靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)STS，其優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)切換，不需要外部控制。
在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)之前，輔助供電電源切換至電網(wǎng)提供。并網(wǎng)之后輔助供電電源切換至雙饋發(fā)電機(jī)定子側(cè)提供，電網(wǎng)故障時(shí)由于定子電壓保持不變，所以輔助供電單元的輸出電壓仍然保持不變，主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)等供電電壓在電網(wǎng)故障時(shí)仍可以保持不變，避免了發(fā)生報(bào)警造成系統(tǒng)停機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌?，其特征在于，包括定子?cè)Crowbar SC、PWM整流功率模塊GSC、機(jī)側(cè)逆變功率模塊RSC、直流卸荷單元DBU、并網(wǎng)斷路器Kl、并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK、輔助電源供電切換單元APS和控制器KZQ，所述的輔助電源供電切換單元APS由兩個(gè)三相雙向交流開(kāi)關(guān)AW組成； 雙饋?zhàn)兞髌髟O(shè)有A端口、B端口、C端口、D端口，其中A端口直接與雙饋發(fā)電機(jī)的定子連接，B端口直接與電網(wǎng)連接，C端口直接與雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，D端口與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控系統(tǒng)的供電電源接口連接； 定子側(cè)Crowbar SC、輔助電源供電切換單元APS的一端以及并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK的一端通過(guò)A端口直接與雙饋發(fā)電機(jī)的定子連接；輔助電源供電切換單元APS的另一端由B端口與電網(wǎng)側(cè)連接，輔助電源供電切換單元APS中兩個(gè)三相雙向交流開(kāi)關(guān)AW的之間的D端口與雙饋發(fā)電機(jī)組的主控系統(tǒng)供電電源連接；PWM整流功率模塊GSC的交流側(cè)與通過(guò)B端口與電網(wǎng)連接，機(jī)側(cè)逆變功率模塊RSC的交流側(cè)由C端口與雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，PWM整流功率模塊GSC與機(jī)側(cè)逆變功率模塊RSC之間為公共直流母線，直流卸荷單元DBU位于公共直流母線上；并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK和網(wǎng)斷路器Kl串接在A端口與B端口之間； 所述的定子側(cè)Crowbar SC,PWM整流功率模塊GSC和機(jī)側(cè)逆變功率模塊RSC、直流卸荷單元DBU、并網(wǎng)斷路器K1、并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK、輔助電源供電切換單元APS的工作狀態(tài)均受控于控制器KZQ。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌鳎涮卣髟谟?，并網(wǎng)快速開(kāi)關(guān)GK包括晶閘管或其他功率器件組合后的雙向交流開(kāi)關(guān)DW，配有快速關(guān)斷電路，通過(guò)控制器KZQ進(jìn)行電流檢測(cè)和保護(hù)，所述的快速關(guān)斷電路由可控硅、電感和電容組成，其中，由可控硅與電容串聯(lián)支路再與電感串聯(lián)形成快速關(guān)斷電路，或由可控硅組成橋式整流電路，輸出端與串聯(lián)的電感電容連接后形成快速關(guān)斷電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌鳎涮卣髟谟?，定子?cè)Crowbar SC采用三相雙向可控硅或其他功率器件構(gòu)成的雙向交流開(kāi)關(guān)DW與功率電阻R組成；或采用三相不控整流橋ZL與直流卸荷單元DBU組成；或采用上述兩種結(jié)構(gòu)的復(fù)合形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求f3之一所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌?，其特征在于，所述的直流卸荷單元DBU由IGBT模塊與功率電阻R組成，所述的直流卸荷單元DBU同時(shí)連接在GSC和RSC的直流母線正負(fù)極之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌?，其特征在于，所述輔助電源供電切換單元APS的三相雙向交流開(kāi)關(guān)AW采用電氣開(kāi)關(guān)或由功率半導(dǎo)體構(gòu)成的三相STS。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌鳎涮卣髟谟?，所述的電氣開(kāi)關(guān)為電磁開(kāi)關(guān)或由伺服電機(jī)控制的機(jī)械開(kāi)關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新穎的具備完美可靠低電壓穿越能力的雙饋?zhàn)兞髌?，所述的雙饋?zhàn)兞髌饔煽焖俨⒕W(wǎng)開(kāi)關(guān)GK、直流卸荷單元DBU、定子Crowbar、輔助供電電源快速切換單元APS、網(wǎng)側(cè)功率模塊GSC、轉(zhuǎn)子側(cè)功率模塊RSC、并網(wǎng)斷路器K1及控制器KZQ等。這種雙饋?zhàn)兞髌髟O(shè)有A端口、B端口、C端口和D端口，其中A端口與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子連接，B端口與電網(wǎng)連接，C端口與雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接，D端口與雙饋發(fā)電機(jī)組的主控系統(tǒng)供電電源連接；定子Crowbar的AC端與雙饋發(fā)電機(jī)定子連接，直流卸荷單元與GSC和RSC的公共直流母線連接；雙饋?zhàn)兞髌鞲鞑糠值墓ぷ鳡顟B(tài)均由控制器KZQ發(fā)出的信號(hào)控制。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102790406SQ20121027810
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者廖恩榮, 李志國(guó), 王中, 辛志遠(yuǎn), 黃曉輝 申請(qǐng)人:南京颶能電控自動(dòng)化設(shè)備制造有限公司