CN102299526A - 一种双馈式风力发电机组低电压穿越控制方法及***装置 - Google Patents
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Abstract
一种双馈式风力发电机组低电压穿越控制方法及***装置，在电网电压跌落时，根据电网跌落程度的不同，通过crowbar电路装置中IGBT分级投切不同数量的能耗电阻，来减小crowbar装置投入和切出时所吸收的无功，从而减小crowbar装置投入和切出时的无功波动，来实现风机的低电压穿越功能。所述的crowbar装置中的IGBT，在需要的时刻开通，保护变流器并旁路掉电机；在故障解除的时刻，又可关断，使crowbar电路从电机回路中切出，使风电机组快速转入到发电状态，帮助机组实现低电压穿越的功能。具有控制简单，可靠，可以保证风机安全、可靠的实现低电压穿越，而且采用了离线式UPS供电装置，与在线式UPS相比，增加了可靠性，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种输配电的控制方法及装置，尤其是指一种用于双馈式风力发电***中低电压穿越功能的控制方法及***装置；属于风力发电技术领域。
技术背景
并网风机数量、容量的与日递增，风电在电力***中的比重越来越大，并网风机的安全可靠运行变得至关重要，并网风机的电能质量和低电压穿越功能是电力公司及业主及考衡量考核风机的硬性指标。如果低电压穿越处理不好，将会引发风电机组大面积停机，给电网造成巨大冲击，甚至导致电网崩溃。
从风机自身来看，当电网电压跌落发生时，由于此时风机捕获的风能经过风力发电机转换的电能无法向电网输送，这样就会导致风力发电机的定子出现过流冲击，同时根据电磁感应关系，电机转子也会相应出现过压和过流冲击，变流器中间直流母线升高，特别是双馈式风力发电***，其变频器容量为机组容量的1/3左右，如不采取措施，将对变流器的安全构成严重威胁，所以在故障发生期间，必须耗掉部分风机捕获的风能。
目前，对于电网电压出短时严重跌落情况，大都采用故障期间在发电机转子侧crowbar装置来耗能及旁路网侧变流器。
通常，crowbar电路由二极管整流桥及晶闸管、耗能电阻组成，二极管整流桥将电机转子的三相输出整流成直流，在检测到转子出现过电压的候，触发晶闸管，投入crowbar电路。电机转子、二极管整流器、晶闸管及能耗电阻组成一个回路，实现故障时对发电机及变频器的保护。
采用晶闸管投切crowbar电路有个弊端，晶闸管触发后，不能自行关断，其关断只能依靠外电路电压的反向。此种crowbar电路触发后，需要等待一段时间，并把电机的定子从电网断开，待晶闸管由于外电路的变化而关断后，电机及变流器实施再次并网并发动。这种crowbar电路只能实现变流器的保护，并不能完成风电机组的低电压穿越。
此种crowbar电路装置不能实现低电压穿越，原因在于晶闸管不能自行关断，只能依靠外电路的反向，来实现关断。
另外，crowbar电路装置的投切会从电网吸收大量无功，从而引起无功的大幅波动，不利于电网恢复，随着并网风机数量及单机容量的增加，crowbar电路装置的投切过程吸收无功会使电网恶化。
当前一些用于风机***实现低电压穿越功能的电路装置，其设计过程中没有考虑到电网电压跌落期间仍需运行设备的供电，风机正常运行过程中，设备工作用电来源于电网，电网故障将导致支持设备低电压穿越运行的供电装置不能正常供电，从而导致机组的低电压穿越功能无法正常实现。
还有一些厂家设计过程中考虑到了电网电压跌落期间仍需运行设备的供电，选取了在线UPS, 在线式UPS开机后逆变器始终处于工作状态，因此在市电异常转电池放电时没有中断时间，即0中断，但是在线式UPS在风机正常运行时，又增加一个新的故障点，对风机的安全可靠运行不利，同时在线式UPS价格昂贵。
综上所述，现有的双馈式风力发电***中低电压穿越技术仍存在一些问题，需要对此加以改进。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有双馈式风力发电***中低电压穿越技术所存在的问题，提出一种可以保证风机安全、可靠的实现低抵押穿越功能的用于双馈式风力发电***中低电压穿越功能的控制方法及***装置。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的，一种用于双馈式风力发电***中低电压穿越的控制方法，在电网电压跌落时，根据电网跌落程度的不同，通过crowbar电路装置中IGBT分级投切不同数量的能耗电阻，来减小crowbar装置投入和切出时所吸收的无功，从而减小crowbar装置投入和切出时的无功波动，来实现风机的低电压穿越功能。
所述的crowbar装置中的IGBT，在需要的时刻开通，保护变流器并旁路掉电机；在故障解除的时刻，又可关断，使crowbar电路从电机回路中切出，使风电机组快速转入到发电状态，帮助机组实现低电压穿越的功能。
所述的IGBT分级投切是在crowbar电路装置中的不控整流电路旁设置一耗能电路，且耗能电路由多个IGBT与耗能电阻串联后并联组合构成；当电网电压跌落发生期间，根据电网电压跌落程度的不同，投切不同个数的耗能电阻，以减小crowbar装置投入和切出时所吸收的无功，从而减小crowbar装置投入和切出时的无功波动，来实现风机的低电压穿越功能。
另外，所述的crowbar电路装置在电网电压跌落时采用离线式UPS供电装置给crowbar电路装置、转子电流检测装置、crowbar电路中的IGBT控制装置、风机控制装置供电，与在线式UPS相比，增加了可靠性，降低了成本。
根据上述方法所提出的一种用于双馈式风力发电***中低电压穿越功能的***装置，包括两个背靠背风机变流器，crowbar电路装置，转子电流检测装置，crowbar电路的IGBT控制装置和风机控制装置；所述crowbar电路装置包括布控整流电路及耗能电路，其作用为电网电压跌落发生期间，耗掉部分风机无法向电网输送的能量，保护发电机及变流器中的电力电子器件，从而保证风机在电网电压跌落期间不脱网安全运行。
所述的不控整流电路是由三相两个一组串联的二极管，并联组合构成。
所述耗能电路包括3个IGBT器件、3个阻值相同的耗能电阻；其中3个IGBT器件相互并联连接组合在一起，且每一个IGBT器件串接一个耗能电阻；耗能电路连接在发电机转子上。
所述转子电流检测装置，crowbar电路的IGBT控制装置和风机控制装置旁设有UPS供电装置，UPS供电装置采用的离线式UPS供电装置，其作用在于采用离线式UPS供电装置给crowbar电路装置、转子电流检测装置、crowbar电路中的IGBT控制装置、风机控制装置供电，保证电网电压跌落时机组低电压穿越功能的实现。
本发明的优点在于：在crowbar电路中设置能耗电路，通过对IGBT的分段分级投切不同数量的能耗电阻，来减小crowbar装置投入和切出时所吸收的无功，从而减小crowbar装置投入和切出时的无功波动，来实现风机的低电压穿越功能。具有控制简单，可靠，可以保证风机安全、可靠的实现低电压穿越，而且采用了离线式UPS供电装置，与在线式UPS相比，增加了可靠性，降低了成本。
附图说明
图1为本发明中用于双馈式风力发电***中低电压穿越功能的电路装置图；
图2为本发明涉及到的crowbar装置电路图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
通过附图可以看出，本发明装置涉及一种用于双馈式风力发电***中低电压穿越的控制方法，在电网电压跌落时，根据电网跌落程度的不同，通过crowbar电路装置中IGBT分级投切不同数量的能耗电阻，来减小crowbar装置投入和切出时所吸收的无功，从而减小crowbar装置投入和切出时的无功波动，来实现风机的低电压穿越功能。
所述的crowbar装置中的IGBT，在需要的时刻开通，保护变流器并旁路掉电机；在故障解除的时刻，又可关断，使crowbar电路从电机回路中切出，使风电机组快速转入到发电状态，帮助机组实现低电压穿越的功能。
所述的IGBT分级投切是在crowbar电路装置中的不控整流电路旁设置一耗能电路，且耗能电路由多个IGBT与耗能电阻串联后并联组合构成；当电网电压跌落发生期间，根据电网电压跌落程度的不同，投切不同个数的耗能电阻，以减小crowbar装置投入和切出时所吸收的无功，从而减小crowbar装置投入和切出时的无功波动，来实现风机的低电压穿越功能。
另外，所述的crowbar电路装置在电网电压跌落时采用离线式UPS供电装置给crowbar电路装置、转子电流检测装置、crowbar电路中的IGBT控制装置、风机控制装置供电，与在线式UPS相比，增加了可靠性，降低了成本。
附图1给出了本发明的一个具体实施方案，从附图1可以看出，本发明为一种用于双馈式风力发电***中低电压穿越功能的电路装置，其各功能模块具体连接如图1所示：一台双馈式风力发电机9通过升压变压器10连接到电网12，一个由转子侧变换器1和网侧变换器2组成的背靠背变流器连接在双馈电机的转子与电网之间，一套crowbar装置3连接到发电机转子，转子电流检测单元5用来检测发电机转子电流，一套风机控制***4和IGBT控制单元6用来故障时控制crowbar电路装置的投切。在各检测或控制单元旁接有一用于电网故障时以上所述装置工作供电的离线式UPS供电装置7，其作用在于采用离线式UPS供电装置给crowbar电路装置、转子电流检测装置、crowbar电路中的IGBT控制装置、风机控制装置供电，保证电网电压跌落时机组低电压穿越功能的实现。在网侧变换器2与升压变压器10之间旁接有一网侧继电器8；在转子侧变换器1与双馈式风力发电机9之间串接有一转子继电器11。
附图2给出了本发明涉及到的crowbar装置电路，crowbar装置电路中至少包括一个不控整流电路31和一个耗能电路32，所述的不控整流电路31是由三相两个一组串联的二极管311并联组合构成。
所述耗能电路32包括3个IGBT器件321、3个阻值相同的耗能电阻322；其中3个IGBT器件321相互并联连接组合在一起，且每一个IGBT器件321串接一个耗能电阻322；耗能电路32并接在不控整流电路31旁。
本发明的工作原理是：在电网电压跌落时，根据电网跌落程度的不同，转子电流检测单元5检测转子电流值送给风机控制单元4，风机控制单元4根据发电机9转子的过流程度，来给IGBT控制单元9信号，控制crowbar电路是否投入，以及投入耗能电阻的个数，投入crowbar电路的同时，封锁网侧变换器IGBT触发脉冲，在电网恢复时，转子电流检测单元检测转子电流值送给风机控制单元，风机控制单元根据发电机转子的过流程度，来给IGBT触发装置信号，控制投入的crowbar电路是否切出，切出crowbar电路的同时，解除网侧变换器IGBT触发脉冲的封锁，即通过crowbar电路装置中IGBT投入相同阻值的能耗电阻个数，来减小crowbar装置投入和切出时所吸收的无功，从而减小crowbar装置投入和切出时的无功波动，来实现风机的低电压穿越功能。该crowbar装置采用IGBT在需要的时刻开通，保护变流器并旁路掉电机；在故障解除的时刻，又可关断，使crowbar电路从电机回路中切出，使风电机组快速转入到发电状态，帮助机组实现低电压穿越的功能。另外，该装置在电网电压跌落时全过程采用离线式UPS供电装置给crowbar电路装置、转子电流检测装置、crowbar电路中IGBT控制装置、风机控制装置供电，与在线式UPS相比，增加了可靠性，降低了成本。
Claims (8)
1.一种双馈式风力发电机组低电压穿越控制方法，其特征在于：在电网电压跌落时，根据电网跌落程度的不同，通过crowbar电路装置中IGBT分级投切不同数量的能耗电阻，来减小crowbar装置投入和切出时所吸收的无功，从而减小crowbar装置投入和切出时的无功波动，来实现风机的低电压穿越功能。
2.如权利要求1所述的双馈式风力发电机组低电压穿越控制方法，其特征在于：所述的crowbar装置中的IGBT，在需要的时刻开通，保护变流器并旁路掉电机；在故障解除的时刻，又可关断，使crowbar电路从电机回路中切出，使风电机组快速转入到发电状态，帮助机组实现低电压穿越的功能。
3.如权利要求2所述的双馈式风力发电机组低电压穿越控制方法，其特征在于：所述的IGBT分级投切是在crowbar电路装置中的不控整流电路旁设置一耗能电路，且耗能电路由多个IGBT与耗能电阻串联后并联组合构成；当电网电压跌落发生期间，根据电网电压跌落程度的不同，投切不同个数的耗能电阻，以减小crowbar装置投入和切出时所吸收的无功，从而减小crowbar装置投入和切出时的无功波动，来实现风机的低电压穿越功能。
4.如权利要求3所述的双馈式风力发电机组低电压穿越控制方法，其特征在于：所述的crowbar电路装置在电网电压跌落时采用离线式UPS供电装置给crowbar电路装置、转子电流检测装置、crowbar电路中的IGBT控制装置、风机控制装置供电。
5.根据权利要求1所述双馈式风力发电机组低电压穿越控制方法所提出的一种双馈式风力发电机组低电压穿越控制***装置，包括两个背靠背风机变流器，crowbar电路装置，转子电流检测装置，crowbar电路的IGBT控制装置和风机控制装置；其特征在于：所述crowbar电路装置包括不控整流电路及耗能电路。
6.如权利要求5所述的双馈式风力发电机组低电压穿越控制***装置，其特征在于：所述的不控整流电路是由三个两个一组串联的二极管，并联组合构成。
7.如权利要求6所述的双馈式风力发电机组低电压穿越控制***装置，其特征在于：所述耗能电路包括3个IGBT器件、3个阻值相同的耗能电阻；其中3个IGBT器件相互并联连接组合在一起，且每一个IGBT器件串接一个耗能电阻；耗能电路并接在不控整流电路旁。
8.如权利要求6所述的双馈式风力发电机组低电压穿越控制***装置，其特征在于：所述转子电流检测装置，crowbar电路的IGBT控制装置和风机控制装置旁设有UPS供电装置，UPS供电装置采用的离线式UPS供电装置。
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