CN201682292U - 一种基于低电压穿越的斩波装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于低电压穿越的斩波装置，该装置设置在变流器中，其包含串联连接的斩波电阻装置和功率开关器件，以及与斩波电阻装置和功率开关器件并联连接的直流链接装置。本实用新型设有斩波电阻装置，可确保发电机组低电压穿越时，电力***稳定运行，提高电网电压稳定性，吸收电路中的电流，消耗直流电容的充电功率，限制直流侧电压，保护直流链接装置；变流器的转子侧电路里接入若干二极管，能够减少转子侧电路较大的电流对发电机的和变流器的暂态冲击危害，提高电网电压稳定性；将直流侧过压保护装置电路的元器件接入到变流器中，合并成一个变流器附带的低电压穿越的斩波装置，降低***成本，并提高了控制的快速性和稳定性。

Description

一种基于低电压穿越的斩波装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于电气技术领域的斩波装置，具体涉及一种基于低电压穿越的斩波装置。

背景技术

目前，并网风力发电是近十年来国际上发展速度最快的可再生能源技术。并网风力发电机与传统的并网发电设备最大的区别在于其在电网故障期间并不能维持电网的电压和频率，这对电力***的稳定性非常不利。电网故障是电网的一种非正常运行形式，主要有输电线路短路或断路这两种表现形式。如三相对地，单相对地以及线间短路或断路等，它们会引起电网电压幅值的剧烈变化。

双馈式变速恒频风电机组是目前国内外风电机组的主流机型，其发电设备为双馈感应发电机，当出现电网故障时，现有的保护原则是将双馈感应发电机立即从电网中脱网以确保机组的安全。随着风电机组单机容量的不断增大和风电场规模的不断扩大，风电机组与电网间的相互影响已日趋严重。一旦电网发生故障迫使大面积风电机组因自身保护而脱网，将严重影响电力***的运行稳定性。因此，随着接入电网的双馈感应发电机容量的不断增加，电网对其要求越来越高，通常情况下要求发电机组在电网故障出现电压跌落的情况下不脱网运行(fault ride-through)，并在故障切除后能尽快帮助电力***恢复稳定运行，也就是说，要求风电机组具有一定低电压穿越(lowvoltage ride-through)能力。在电网电压跌落情况下，风电机组中的双馈感应发电机会导致转子侧过流，同时转子侧电流的迅速增加会导致转子励磁变流器直流侧电压升高，发电机励磁变流器的电流以及有功和无功都会产生振荡。这是因为双馈感应发电机在电网电压瞬间跌落的情况下，定子磁链不能跟随定子端电压突变，从而会产生直流分量，由于积分量的减小，定子磁链几乎不发生变化，而转子继续旋转，会产生较大的滑差，这样便会引起转子绕组的过压和过流。

现有用以使风电机组具有低电压穿越能力的技术方案，是在电网电路中设置绝缘栅双极型晶体管型直流侧过压保护装置电路，如图1所示，转子绕组11和转子侧变流器12并联连接多个桥臂，每个桥臂包含两个串联连接的二极管，直流侧串入一个绝缘栅双极型晶体管型器件和一个吸收电阻R，该多个二极管、一个绝缘栅双极型晶体管型器件和一个吸收电阻R组成一个独立设置的直流侧过压保护装置电路。其缺点在于：

1.电网故障时，虽然转子侧变流器和转子绕组得到了保护，但单独的一个绝缘栅双极型晶体管型直流侧过压保护装置电路增加了***成本；

2.绝缘栅双极型晶体管型直流侧过压保护装置电路的投切操作会对电网***产生暂态冲击，造成损坏电网***的风险。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于低电压穿越的斩波装置，能够减少转子侧较大的电流对发电机的和变流器的危害，提高电网电压稳定性和降低***成本。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于低电压穿越的斩波装置，其特征是，该装置设置在变流器中，该基于低电压穿越的斩波装置包含串联连接的斩波电阻装置和功率开关器件，以及与斩波电阻装置和功率开关器件并联连接的直流链接装置。

上述的变流器还包含分别与基于低电压穿越的斩波装置并联连接的网侧电路和转子侧电路。

上述的基于低电压穿越的斩波装置通过所述的网侧电路与电网***连接。

上述的基于低电压穿越的斩波装置通过所述的转子侧电路与发电机连接。

上述的变流器还包含与电网***连接的电压互感器，以及与功率开关器件电路连接的控制电路。

上述的转子侧电路包含有并联连接的三条桥臂；该三条桥臂上各串联连接有若干个二极管；该三条桥臂分别连接发电机的三相输出。

电网发生故障电压跌落时，变流器的控制电路控制使变流器短路，用转子侧电路中的二极管导通大的暂态过电流，保护转子侧电路中的绝缘栅双极型晶体管，并保证发电机不脱网，相当于一个普通异步发电机工作。同时控制电路开通功率开关器件，导通斩波电阻装置，该斩波电阻装置维持直流链接装置的电压稳定，保证发电机机组低电压穿越工作。当电网故障消除时，变流器的控制电路停关断功率开关器件，切除斩波电阻装置，使发电机恢复正常运行状态。

本实用新型基于低电压穿越的斩波装置和现有的保护电路相比，其优点在于，本实用新型设有斩波电阻装置，可确保发电机组低电压穿越时，电力***稳定运行，提高电网电压稳定性；

本实用新型设有斩波电阻装置，吸收电路中的电流，消耗直流电容的充电功率，限制直流侧电压，保护直流链接装置；

本实用新型中，变流器的转子侧电路里接入若干二极管，能够减少转子侧电路较大的电流对发电机的和变流器的暂态冲击危害，提高电网电压稳定性；

本实用新型将传统的低电压穿越的直流侧过压保护装置电路的元器件，接入到变流器中，将两个独立的装置合并成一个变流器附带的低电压穿越的斩波装置，降低***成本，并提高了控制的快速性和稳定性。

附图说明

图1为现有技术的直流侧过压保护装置电路的电路图；

图2为本实用新型基于低电压穿越的斩波装置的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

如图2所示，本实用新型基于低电压穿越的斩波装置，其包含串联连接的斩波电阻装置R1和功率开关器件V1，以及与斩波电阻装置R1和功率开关器件V1并联连接的直流链接装置C1。

本实用新型中斩波电阻装置R1采用一个电阻，直流链接装置C1采用一个电容，功率开关器件V1采用一个绝缘栅双极型晶体管作为功率开关器件。该直流链接装置C1作用是维持直流侧电压的稳定，为变流器21的转子侧电路212和网侧电路211的有功功率传输提供桥梁，为变流器21实现其控制策略提供保障。绝缘栅双极型晶体管的作用是进行电流的变换，可以进行将交流电变换为直流电的整流，或者进行将直流电变换成交流电的逆变。

本实用新型基于低电压穿越的斩波装置设置在变流器21中，两个装置合并成一个附带的低电压穿越的斩波装置的变流器21；该变流器21还包含分别与本实用新型基于低电压穿越的斩波装置并联连接的网侧电路211和转子侧电路212，与电网***连接的电压互感器，以及控制电路。该电压互感器还与控制电路电路连接。

网侧电路211包含三条并联连接的桥臂，每条桥臂上串联有两个绝缘栅双极型晶体管。本实用新型基于低电压穿越的斩波装置通过该网侧电路211与电网***连接。

基于低电压穿越的斩波装置通过转子侧电路212连接发电机G，该发电机G的三相输出分别为A、B和C。转子侧电路212包含六条并联连接的桥臂A1、A2、B1、B2、C1和C2。其中A1、B1和C1上各设有两个串联连接的二极管，而A2、B2和C2上各设有两个串联连接的绝缘栅双极型晶体管。A1、B1和C1上的器件与A2、B2和C2上的器件，其设置方向相反。该转子侧电路212中，每条桥臂上串联设置的两个电子器件之间设有一个连接点。A1和A2的连接点与发电机G的A相输出连接；B1和B2的连接点与发电机G的B相输出连接；而C1和C2的连接点与发电机G的C相输出连接。

发电机G采用双馈感应发电机，双馈感应发电机的工作方式为，当发电机G转速低于同步速时，发电机G处于亚同步速状态，此时变流器21向转子绕组提供交流励磁，发电机G从变流器21获得部分电磁功率，这部分电磁功率与转子旋转获得的功率一起，从发电机G定子发出电能给电网；当发电机G转速超过同步速时，发电机G处于超同步速状态，变流器21能量流向逆向，此时发电机G同时由定子和转子发出电能给电网；当发电机G转速等于同步速时，变流器21向转子绕组提供直流励磁。双馈感应发电机通过控制变流器21中的绝缘栅双极型晶体管触发端的周期，改变发电机G转子绕组中电流的频率，从而保持发电机G定子侧的电流频率不变，实现变速恒频控制。

变流器21的控制电路分别与网侧电路211和转子侧电路212中所包含的各绝缘栅双极型晶体管，以及功率开关器件V1的基极连接，该基极即为绝缘栅双极型晶体管的触发端，该控制电路通过向该触发端发送触发脉冲，以控制各绝缘栅双极型晶体管的关断和导通。

发电机G还与电网***连接，该发电机G与电网***之间串联连接有一并网断路器22，并网断路器是发电机G的定子并网开关，它设置在变流器21的并网柜内。当风力状况符合并网条件时，变流器21的检测元件检测发电机G空载时的电压、相位和频率与电网的电压、相位和频率一致后，闭合并网断路器22，发电机G从同步模式切换到发电模式，使发电机G并入电网，当风力状况不符合并网条件时，变流器21的控制电路设置转子变流器的转矩给定为0，功率因数为1，当变流器21的检测元件检测到零电压和零电流通过并网断路器22，则断开并网断路器22，使发电机G从电网断开。

本实用新型的运作流程如下：

当电网发生故障，电网电压跌落到国家电网规定的标准15％时，由于发电机G的定子磁链不能跟随定子电压的变化，使转子产生较大的滑差，导致发电机G的转子绕组的过压和过流。变流器21的电压互感器检测到电网电压出现故障，其控制电路控制变流器21脱载，并自动执行放弃指令，停止向转子侧电路212中A2、B2和C2桥臂上的绝缘栅双极型晶体管的触发端发送触发脉冲，从而关断这些绝缘栅双极型晶体管，导通转子侧电路212中桥臂A1、B1和C1上的二极管，使转子侧电路212短路，将电网电路短路引起的冲击电流经该二极管导通流过，用二极管导通大的暂态过电流，保护了转子侧电路212中的绝缘栅双极型晶体管，同时保证此时的发电机G不脱网并低电压穿越，相当于一个普通异步发电机工作。

同时，控制电路向功率开关器件V1触发端发送触发脉冲，从而开通功率开关器件V1，导通斩波电阻装置R1，该斩波电阻装置R1吸收变流器转子侧电路212中的电流，降低直流链接装置C1上直流母线电压U_DC，消耗直流链接装置C1的充电功率，维持直流链接装置C1的电压稳定，并保持在正常工作所允许的范围内，保证发电机G机组低电压穿越工作。

当电网电压根据低电压穿越的标准逐渐恢复，即电网故障消除时，变流器21的电压互感器检测到电网电压恢复，以及检测到直流母线电压U_DC在额定工作范围。变流器21的控制电路停止向功率开关器件V1触发端发送触发脉冲，从而关断功率开关器件V1，切除斩波电阻装置R1，使发电机G恢复正常运行状态。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种基于低电压穿越的斩波装置，其特征在于，该装置设置在变流器(21)中，所述的基于低电压穿越的斩波装置包含串联连接的斩波电阻装置(R1)和功率开关器件(V1)，以及与所述斩波电阻装置(R1)和所述功率开关器件(V1)并联连接的直流链接装置(C1)。

2.如权利要求1所述的基于低电压穿越的斩波装置，其特征在于，所述变流器(21)还包含分别与所述基于低电压穿越的斩波装置并联连接的网侧电路(211)和转子侧电路(212)。

3.如权利要求2所述的基于低电压穿越的斩波装置，其特征在于，所述的基于低电压穿越的斩波装置通过所述的网侧电路(211)与电网***连接。

4.如权利要求2所述的基于低电压穿越的斩波装置，其特征在于，所述的基于低电压穿越的斩波装置通过所述的转子侧电路(212)与发电机(G)连接。

5.如权利要求3所述的基于低电压穿越的斩波装置，其特征在于，所述变流器(21)还包含与所述电网***连接的电压互感器，以及与所述功率开关器件(V1)的触发端电路连接的控制电路。

6.如权利要求4所述的基于低电压穿越的斩波装置，其特征在于，所述的转子侧电路(212)包含有并联连接的桥臂A1、B1和C1；所述的各条桥臂上串联连接有若干个二极管；所述各条桥臂分别连接发电机(G)的三相输出。 

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