專利名稱：一種雙饋式風力發電機組低電壓穿越控制方法及系統裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種輸配電的控制方法及裝置，尤其是指一種用于雙饋式風力發電系統中低電壓穿越功能的控制方法及系統裝置；屬于風力發電技術領域。
背景技術：
并網風機數量、容量的與日遞增，風電在電力系統中的比重越來越大，并網風機的安全可靠運行變得至關重要，并網風機的電能質量和低電壓穿越功能是電力公司及業主及考衡量考核風機的硬性指標。如果低電壓穿越處理不好，將會引發風電機組大面積停機，給電網造成巨大沖擊，甚至導致電網崩潰。從風機自身來看，當電網電壓跌落發生時，由于此時風機捕獲的風能經過風力發電機轉換的電能無法向電網輸送，這樣就會導致風力發電機的定子出現過流沖擊，同時根據電磁感應關系，電機轉子也會相應出現過壓和過流沖擊，變流器中間直流母線升高，特別是雙饋式風力發電系統，其變頻器容量為機組容量的1/3左右，如不采取措施，將對變流器的安全構成嚴重威脅，所以在故障發生期間，必須耗掉部分風機捕獲的風能。目前，對于電網電壓出短時嚴重跌落情況，大都采用故障期間在發電機轉子側 crowbar裝置來耗能及旁路網側變流器。通常，crowbar電路由二極管整流橋及晶閘管、耗能電阻組成，二極管整流橋將電機轉子的三相輸出整流成直流，在檢測到轉子出現過電壓的候，觸發晶閘管，投入crowbar 電路。電機轉子、二極管整流器、晶閘管及能耗電阻組成一個回路，實現故障時對發電機及變頻器的保護。采用晶閘管投切crowbar電路有個弊端，晶閘管觸發后，不能自行關斷，其關斷只能依靠外電路電壓的反向。此種crowbar電路觸發后，需要等待一段時間，并把電機的定子從電網斷開，待晶閘管由于外電路的變化而關斷后，電機及變流器實施再次并網并發動。這種crowbar電路只能實現變流器的保護，并不能完成風電機組的低電壓穿越。此種crowbar電路裝置不能實現低電壓穿越，原因在于晶閘管不能自行關斷，只能依靠外電路的反向，來實現關斷。另外，crowbar電路裝置的投切會從電網吸收大量無功，從而引起無功的大幅波動，不利于電網恢復，隨著并網風機數量及單機容量的增加，crowbar電路裝置的投切過程吸收無功會使電網惡化。當前一些用于風機系統實現低電壓穿越功能的電路裝置，其設計過程中沒有考慮到電網電壓跌落期間仍需運行設備的供電，風機正常運行過程中，設備工作用電來源于電網，電網故障將導致支持設備低電壓穿越運行的供電裝置不能正常供電，從而導致機組的低電壓穿越功能無法正常實現。還有一些廠家設計過程中考慮到了電網電壓跌落期間仍需運行設備的供電，選取了在線UPS，在線式UPS開機后逆變器始終處于工作狀態，因此在市電異常轉電池放電時沒有中斷時間，即0中斷，但是在線式UPS在風機正常運行時，又增加一個新的故障點，對風機的安全可靠運行不利，同時在線式UPS價格昂貴。綜上所述，現有的雙饋式風力發電系統中低電壓穿越技術仍存在一些問題，需要對此加以改進。
發明內容
本發明的目的在于，針對現有雙饋式風力發電系統中低電壓穿越技術所存在的問題，提出一種可以保證風機安全、可靠的實現低抵押穿越功能的用于雙饋式風力發電系統中低電壓穿越功能的控制方法及系統裝置。本發明的目的是通過下述技術方案實現的，一種用于雙饋式風力發電系統中低電壓穿越的控制方法，在電網電壓跌落時，根據電網跌落程度的不同，通過crowbar電路裝置中IGBT分級投切不同數量的能耗電阻，來減小crowbar裝置投入和切出時所吸收的無功， 從而減小crowbar裝置投入和切出時的無功波動，來實現風機的低電壓穿越功能。所述的crowbar裝置中的IGBT，在需要的時刻開通，保護變流器并旁路掉電機；在故障解除的時刻，又可關斷，使crowbar電路從電機回路中切出，使風電機組快速轉入到發電狀態，幫助機組實現低電壓穿越的功能。所述的IGBT分級投切是在crowbar電路裝置中的不控整流電路旁設置一耗能電路，且耗能電路由多個IGBT與耗能電阻串聯后并聯組合構成；當電網電壓跌落發生期間， 根據電網電壓跌落程度的不同，投切不同個數的耗能電阻，以減小crowbar裝置投入和切出時所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時的無功波動，來實現風機的低電壓穿越功能。另外，所述的crowbar電路裝置在電網電壓跌落時采用離線式UPS供電裝置給 crowbar電路裝置、轉子電流檢測裝置、crowbar電路中的IGBT控制裝置、風機控制裝置供電，與在線式UPS相比，增加了可靠性，降低了成本。根據上述方法所提出的一種用于雙饋式風力發電系統中低電壓穿越功能的系統裝置，包括兩個背靠背風機變流器，crowbar電路裝置，轉子電流檢測裝置，crowbar電路的 IGBT控制裝置和風機控制裝置；所述crowbar電路裝置包括布控整流電路及耗能電路，其作用為電網電壓跌落發生期間，耗掉部分風機無法向電網輸送的能量，保護發電機及變流器中的電力電子器件，從而保證風機在電網電壓跌落期間不脫網安全運行。所述的不控整流電路是由三相兩個一組串聯的二極管，并聯組合構成。所述耗能電路包括3個IGBT器件、3個阻值相同的耗能電阻；其中3個IGBT器件相互并聯連接組合在一起，且每一個IGBT器件串接一個耗能電阻；耗能電路連接在發電機轉子上。所述轉子電流檢測裝置，crowbar電路的IGBT控制裝置和風機控制裝置旁設有 UPS供電裝置，UPS供電裝置采用的離線式UPS供電裝置，其作用在于采用離線式UPS供電裝置給crowbar電路裝置、轉子電流檢測裝置、crowbar電路中的IGBT控制裝置、風機控制裝置供電，保證電網電壓跌落時機組低電壓穿越功能的實現。本發明的優點在于在crowbar電路中設置能耗電路，通過對IGBT的分段分級投切不同數量的能耗電阻，來減小crowbar裝置投入和切出時所吸收的無功，從而減小 crowbar裝置投入和切出時的無功波動，來實現風機的低電壓穿越功能。具有控制簡單，可靠，可以保證風機安全、可靠的實現低電壓穿越，而且采用了離線式UPS供電裝置，與在線式UPS相比，增加了可靠性，降低了成本。
圖1為本發明中用于雙饋式風力發電系統中低電壓穿越功能的電路裝置圖； 圖2為本發明涉及到的crowbar裝置電路圖。
具體實施例方式下面將結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的描述。通過附圖可以看出，本發明裝置涉及一種用于雙饋式風力發電系統中低電壓穿越的控制方法，在電網電壓跌落時，根據電網跌落程度的不同，通過crowbar電路裝置中IGBT 分級投切不同數量的能耗電阻，來減小crowbar裝置投入和切出時所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時的無功波動，來實現風機的低電壓穿越功能。所述的crowbar裝置中的IGBT，在需要的時刻開通，保護變流器并旁路掉電機；在故障解除的時刻，又可關斷，使crowbar電路從電機回路中切出，使風電機組快速轉入到發電狀態，幫助機組實現低電壓穿越的功能。所述的IGBT分級投切是在crowbar電路裝置中的不控整流電路旁設置一耗能電路，且耗能電路由多個IGBT與耗能電阻串聯后并聯組合構成；當電網電壓跌落發生期間， 根據電網電壓跌落程度的不同，投切不同個數的耗能電阻，以減小crowbar裝置投入和切出時所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時的無功波動，來實現風機的低電壓穿越功能。另外，所述的crowbar電路裝置在電網電壓跌落時采用離線式UPS供電裝置給 crowbar電路裝置、轉子電流檢測裝置、crowbar電路中的IGBT控制裝置、風機控制裝置供電，與在線式UPS相比，增加了可靠性，降低了成本。附圖1給出了本發明的一個具體實施方案，從附圖1可以看出，本發明為一種用于雙饋式風力發電系統中低電壓穿越功能的電路裝置，其各功能模塊具體連接如圖1所示 一臺雙饋式風力發電機9通過升壓變壓器10連接到電網12，一個由轉子側變換器1和網側變換器2組成的背靠背變流器連接在雙饋電機的轉子與電網之間，一套crowbar裝置3 連接到發電機轉子，轉子電流檢測單元5用來檢測發電機轉子電流，一套風機控制系統4和 IGBT控制單元6用來故障時控制crowbar電路裝置的投切。在各檢測或控制單元旁接有一用于電網故障時以上所述裝置工作供電的離線式UPS供電裝置7，其作用在于采用離線式 UPS供電裝置給crowbar電路裝置、轉子電流檢測裝置、crowbar電路中的IGBT控制裝置、 風機控制裝置供電，保證電網電壓跌落時機組低電壓穿越功能的實現。在網側變換器2與升壓變壓器10之間旁接有一網側繼電器8 ；在轉子側變換器1與雙饋式風力發電機9之間串接有一轉子繼電器11。附圖2給出了本發明涉及到的crowbar裝置電路，crowbar裝置電路中至少包括一個不控整流電路31和一個耗能電路32，所述的不控整流電路31是由三相兩個一組串聯的二極管311并聯組合構成。所述耗能電路32包括3個IGBT器件321、3個阻值相同的耗能電阻322 ；其中3個IGBT器件321相互并聯連接組合在一起，且每一個IGBT器件321串接一個耗能電阻322 ； 耗能電路32并接在不控整流電路31旁。 本發明的工作原理是在電網電壓跌落時，根據電網跌落程度的不同，轉子電流檢測單元5檢測轉子電流值送給風機控制單元4，風機控制單元4根據發電機9轉子的過流程度，來給IGBT控制單元9信號，控制crowbar電路是否投入，以及投入耗能電阻的個數，投入crowbar電路的同時，封鎖網側變換器IGBT觸發脈沖，在電網恢復時，轉子電流檢測單元檢測轉子電流值送給風機控制單元，風機控制單元根據發電機轉子的過流程度，來給IGBT 觸發裝置信號，控制投入的crowbar電路是否切出，切出crowbar電路的同時，解除網側變換器IGBT觸發脈沖的封鎖，即通過crowbar電路裝置中IGBT投入相同阻值的能耗電阻個數，來減小crowbar裝置投入和切出時所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時的無功波動，來實現風機的低電壓穿越功能。該crowbar裝置采用IGBT在需要的時刻開通，保護變流器并旁路掉電機；在故障解除的時刻，又可關斷，使crowbar電路從電機回路中切出，使風電機組快速轉入到發電狀態，幫助機組實現低電壓穿越的功能。另外，該裝置在電網電壓跌落時全過程采用離線式UPS供電裝置給crowbar電路裝置、轉子電流檢測裝置、crowbar電路中IGBT控制裝置、風機控制裝置供電，與在線式UPS相比，增加了可靠性， 降低了成本。
權利要求
1.一種雙饋式風力發電機組低電壓穿越控制方法，其特征在于在電網電壓跌落時， 根據電網跌落程度的不同，通過crowbar電路裝置中IGBT分級投切不同數量的能耗電阻， 來減小crowbar裝置投入和切出時所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時的無功波動，來實現風機的低電壓穿越功能。
2.如權利要求1所述的雙饋式風力發電機組低電壓穿越控制方法，其特征在于所述的crowbar裝置中的IGBT，在需要的時刻開通，保護變流器并旁路掉電機；在故障解除的時刻，又可關斷，使crowbar電路從電機回路中切出，使風電機組快速轉入到發電狀態，幫助機組實現低電壓穿越的功能。
3.如權利要求2所述的雙饋式風力發電機組低電壓穿越控制方法，其特征在于所述的IGBT分級投切是在crowbar電路裝置中的不控整流電路旁設置一耗能電路，且耗能電路由多個IGBT與耗能電阻串聯后并聯組合構成；當電網電壓跌落發生期間，根據電網電壓跌落程度的不同，投切不同個數的耗能電阻，以減小crowbar裝置投入和切出時所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時的無功波動，來實現風機的低電壓穿越功能。
4.如權利要求3所述的雙饋式風力發電機組低電壓穿越控制方法，其特征在于所述的crowbar電路裝置在電網電壓跌落時采用離線式UPS供電裝置給crowbar電路裝置、轉子電流檢測裝置、crowbar電路中的IGBT控制裝置、風機控制裝置供電。
5.根據權利要求1所述雙饋式風力發電機組低電壓穿越控制方法所提出的一種雙饋式風力發電機組低電壓穿越控制系統裝置，包括兩個背靠背風機變流器，crowbar電路裝置，轉子電流檢測裝置，crowbar電路的IGBT控制裝置和風機控制裝置；其特征在于所述 crowbar電路裝置包括不控整流電路及耗能電路。
6.如權利要求5所述的雙饋式風力發電機組低電壓穿越控制系統裝置，其特征在于 所述的不控整流電路是由三個兩個一組串聯的二極管，并聯組合構成。
7.如權利要求6所述的雙饋式風力發電機組低電壓穿越控制系統裝置，其特征在于 所述耗能電路包括3個IGBT器件、3個阻值相同的耗能電阻；其中3個IGBT器件相互并聯連接組合在一起，且每一個IGBT器件串接一個耗能電阻；耗能電路并接在不控整流電路旁。
8.如權利要求6所述的雙饋式風力發電機組低電壓穿越控制系統裝置，其特征在于 所述轉子電流檢測裝置，crowbar電路的IGBT控制裝置和風機控制裝置旁設有UPS供電裝置，UPS供電裝置采用的離線式UPS供電裝置。
全文摘要
一種雙饋式風力發電機組低電壓穿越控制方法及系統裝置，在電網電壓跌落時，根據電網跌落程度的不同，通過crowbar電路裝置中IGBT分級投切不同數量的能耗電阻，來減小crowbar裝置投入和切出時所吸收的無功，從而減小crowbar裝置投入和切出時的無功波動，來實現風機的低電壓穿越功能。所述的crowbar裝置中的IGBT，在需要的時刻開通，保護變流器并旁路掉電機；在故障解除的時刻，又可關斷，使crowbar電路從電機回路中切出，使風電機組快速轉入到發電狀態，幫助機組實現低電壓穿越的功能。具有控制簡單，可靠，可以保證風機安全、可靠的實現低電壓穿越，而且采用了離線式UPS供電裝置，與在線式UPS相比，增加了可靠性，降低了成本。
文檔編號H02J3/38GK102299526SQ201110267179
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者佘岳, 劉志星, 劉憾宇, 宋建秀, 曹國榮, 胡嬋娟, 臧曉笛, 谷勝 申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司