专利名称：一种恒速恒频风电机组低电压穿越装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统领域，具体涉及ー种恒速恒频风电机组低电压穿越装置。
技术背景随着风カ发电技术的快速发展和世界各国在政策上对可再生能源发电的重视，风力发电进入了快速发展期。风电机组单机容量、风电场规模以及风カ发电在电力系统中所占的份额都逐渐増大。大規模的风カ发电并入电网对电网的规划、建设、运行调度、分析控制、经济运行和电能质量均产生了一定的影响。为了促进风电场的有序开发，保证电カ系统 的安全稳定运行，欧洲、北美、澳大利亚等地区的ー些电カ协会或电网公司都制定了风电场并网技术导则，我国也在2006年颁布了有关的国家标准和国家电网公司风电场接入电カ系统技术规定。各国的风电场并网技术规定涉及到ー些共性问题，包括功率控制、无功电压控制、低电压穿越能力等，对风电机组并网技术提出了具体要求，其中风电机组具备低电压穿越能力是对风电机组并网技术的巨大挑战，因此迫切需要ー种装置来解决目前在风电并网技术领域存在的问题。目前，针对恒速恒频异步风电机组的低电压穿越装置还比较少，有ー些学者提出了一种基于动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer, DVR)原理的恒速恒频异步风电机组低电压穿越装置。如附图I所示，在风电机组与电网系统之间串联接入ー套DVR装置，此装置主要包括以下模块模块I是充电回路交流电源(或不配备此部分)，模块2是DVR背靠背H桥换流器，模块3是放电IGBT缓冲吸收回路，模块4是DVR输出低通滤波器。当风电机组正常并网运行时，通过控制模块2里面的两个上桥臂IGBT常通或者两个下桥臂IGBT常通与续流ニ极管一起形成交流通路，使得换流器输出零电压，电网系统与风电机组通过开关器件直接交換有功和无功，其他部分不參与工作。一旦发生电网系统电压暂降，DVR的工作状态立刻改变，完全补偿电网系统电压跌落值，也就是实现风电机组机端电压不变，依然維持在正常工作电压。这样就不会使风电机组欠压保护动作，从而成功实现低电压穿越。在这种方案中，由电流与电压參考方向不难发现，在电网系统故障时整个风电机组发出的有功功率有很大部分都流入了 DVR回路，从而引起DVR直流电压的升高，需要通过合适的控制对换流器直流母线电压放电，通常采用脉宽调制方式(PWM)控制放电IGBT来实现，最終这些有功功率通过与电容器并联的放电电阻消耗。电网系统故障恢复后，DVR装置停止补偿电压工作状态，继续工作在模块2中的IGBT与续流ニ极管所构成的交流通路模式。通过这样的工作流程实现风电机组低电压穿越。基于DVR的这种方案有较多缺点。第一，正常工作状态电カ电子器件始终要工作在风电机组额定输出电流下，这样对IGBT的器件要求很高，成本会骤然升高，而这ー缺点是这种串联DVR方案所无法克服的；第二，仅从适用的电カ电子器件个数上也不难发现，这种DVR的控制方案使用全控器件IGBT较多，这必然会导致控制系统的复杂以及装置成本的提高；第三，这种控制方式需要换流器建立稳定的直流电压，而换流器直流电压的建立需要有ー个独立的直流充电回路或者在电网系统发生故障时依靠风电机组发出的有功来建立，前者会大大增加这套装置的成本与占地面积，后者则会使控制复杂，并且两者又都需要在风电机组向DVR装置 馈入有功时通过放电回路抑制过电压，維持直流电压稳定，这样一来直流稳压控制的难度又有所増加。以上这几点都说明了基于DVR原理的低电压穿越装置在装置成本、控制复杂性、工程改造实施难度等方面存在较多的不足与欠缺
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种恒速恒频风电机组低电压穿越装置，可保证系统稳态情况下风电机组的正常并网运行，系统电压暂降期间风能的快速消耗及故障恢复后风电机组有功潮流输送的恢复，满足风电场、风电机组并网的技术要求。所述电压跌落故障是指当电网三相电压任ー相电压小于Vl时的现象称为系统压跌落故障；系统电压恢复是指三相电压恢复到幅值V2时，认为系统电压恢复。Vl小于V2，具体幅值由现场实际应用确定。本实用新型提供的一种恒速恒频风电机组低电压穿越装置，其改进之处在于，在电网系统和风电机组之间串联接入开关；在所述开关和风电机组之间并联接入串联的接触器和无功补偿模块；在所述接触器和无功补偿模块之间并联接入有功吸收回路。其中，所述无功补偿模块包括并联电容器组。其中，所述有功吸收回路包括电抗器、三相不可控整流桥和放电电路；所述电抗器与所述三相不可控整流桥串联后与所述放电电路并联。其中，所述有功吸收回路包括电抗器、放电电阻、三相不可控整流桥、放电IGBT和IGBT缓冲吸收电路；所述电抗器依次与所述放电电阻和所述三相不可控整流桥串联，所述三相不可控整流桥依次与所述放电IGBT及IGBT缓冲吸收电路并联。其中，在所述接触器和所述无功补偿模块之间并联接入避雷器。其中，所述开关与所述放电电阻置于同一风道内。其中，所述放电电路包括放电电阻、放电IGBT、IGBT缓冲吸收电路和续流ニ极管；所述放电电阻和所述续流ニ极管并联后与所述放电IGBT串联；所述放电IGBT与所述IGBT缓冲吸收电路并联。其中，所述IGBT缓冲吸收电路包括电阻、电容和ニ极管；所述电阻和所述电容串联，所述ニ极管与所述电阻并联。其中，所述IGBT缓冲吸收电路包括电阻、电容和ニ极管；所述电阻和所述电容串联，所述ニ极管与所述电阻并联。与现有技术比，本实用新型的有益效果为本实用新型避免了风电机组的频繁投切。本实用新型所用全控器件较少，成本较低。本实用新型控制系统简单易实现。本实用新型工作时，不需要独立外加充电电源。本实用新型装置占地很小，通常不超过一个屏柜的位置，利于对现有机组的改造。本实用新型的装置所用的电カ电子器件成本低，降低了成套装置的综合造价，兼顾经济性与实用性，具有较好的应用前景。[0022]本实用新型的接触器控制避雷器、无功补偿模块和有功吸收电路是否投入到整个系统中，如果避雷器、无功补偿模块和有功吸收电路出现故障，可通过断开接触器将此部分退出系统，增强了系统的安全性。本实用新型安装低电压穿越综合调控装置后，起到了抑制电网系统电压暂降给风电机组带来的影响。同时增强风电厂的供电可靠性，更能減少同一风电机组内的风机由于电网系统电压暂降而被迫全部切除的情况，具有很强的实用性，将带来很大的经济效益。
图I为现有的低电压穿越装置图2为本实用新型提供的低电压穿越装置结构图一图3为本实用新型提供的低电压穿越装置结构图ニ图4为本实用新型提供的低电压穿越装置结构图三图5为本实用新型提供的对低电压穿越装置控制流程图。图中，I为开关，2为吸收电路，3为无功补偿模块，4为避雷器，5为风电机组，R为放电电阻，Rl为电阻。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进ー步的详细说明。实施例一如图2所示，本实施例的低电压穿越装置是在电网系统和风电机组之间串联接入开关；在开关和风电机组之间并联接入串联的接触器和无功补偿模块；在接触器和无功补偿模块之间并联接入有功吸收回路。开关为电子式开关或机械式开关，电子式开关包括反并联晶闸管或者反并联GT0。机械式开关包括机械式快速开关等。本实施例以反并联晶闸管阀为例，用于在电网系统出现电压暂降故障时切断风电机组向电网系统馈入有功的通道，并在电网系统电压恢复后快速将风电机组与电网系统连通。无功补偿模块为并联电容器组，用于补偿风电机组正常运行时需要的无功功率。有功吸收回路用于吸收当电网系统电压暂降、所述开关断开后，风电机组发出的有功功率。具体的，如图2所示，三相电网的端线设为A、B和C，在风电机组和电网系统之间、靠近电网系统的地方串联反并联晶闸管阀，晶闸管阀包括3组反并联晶闸管，分别串联在端线A、B和C上。在反并联晶闸管阀和风电机组之间并联接入三相接触器，通过动カ线Al、BI和Cl连接。三相接触器另一端与动カ线A2、B2和C2连接。无功补偿电容器组连接到动カ线A2、B2和C2上。无功补偿电容器组包括3组电容，3组电容并联接于动カ线A2、B2和C2上。在接触器和无功补偿电容器组之间并联接入有功吸收回路，通过动カ线A3、B3和C3连接。有功吸收回路包括电抗器、三相不可控整流桥和放电电路；3个电抗器，每个电抗器ー边与三相不可控整流桥串联后，与所述放电电路并联，另ー边与动カ线A3、B3和C3连接。本实施例所说的放电电路包括放电电阻R、续流ニ极管、放电IGBTjP IGBT缓冲吸收电路；放电电阻R和续流ニ极管并联后与放电IGBT串联，放电IGBT及IGBT缓冲吸收电路并联。放电电阻R旁边的续流ニ极管是为了抑制回路中杂散电感产生的过电压，提供续流通路，续流ニ极管阴极与正母线相连，阳极与IGBT集电极相连。一旦故障检测回路检测到电网系统电压恢复，反并联晶闸管立即投入，IGBT立刻闭锁使有功吸收电路停止有功吸收。本实施例所说的IGBT缓冲吸收电路包括电阻R1、电容和ニ极管；电阻Rl和电容串联，ニ极管与所述电阻Rl并联。缓冲吸收电路有效抑制了放电IGBT关断浪涌电压与开通冲击电流。低电压穿越装置的电子开关器件可采用风冷散热方案，有功吸收部分的放电电阻可置于同一风道内，无需单独配置散热措施；或者采用热管散热方式。本实施例对低电压穿越装置的控制方法示意图如图5所示，具体包括如下步骤(I)所述接触器闭合；
·[0039](2)判断电网系统是否出现电压暂降故障，若没有出现故障，则闭合所述开关，电网系统和风电机组之间连通；若出现电压暂降故障，进行步骤⑶；(3)断开所述开关，控制器控制放电IGBT导通，有功吸收回路吸收风电机组发出的有功功率；无功补偿模块补偿风电机组正常运行时需要的无功功率；若检测到电网系统三相电压恢复，进行步骤(4)；(4)闭合所述开关，闭锁放电IGBT，禁止有功吸收回路工作，恢复风电机组和电网系统之间的能量交換通道。对放电IGBT的解锁控制，是根据检测到的电网系统电压跌落深度产生相应的PWM放电触发脉冲，使风电机组发出的有功功率消耗在放电电阻R上，确保机端电压幅值满足并网条件。因电网系统电压暂降故障期间时间通常非常短暂(几十毫秒左右)，风电机组惯性较大，风电机组转速变化非常小，几乎为同步转速，在电网系统电压恢复后，风电机组可以重新向电网系统输送有功功率。通过这样的过程可以使风电机组顺利穿越低电压状态。实施例ニ本实施例与实施例一基本相同，区别点在于本实施例的有功吸收回路具有另ー种形式，如图3所示。即包括电抗器、三相不可控整流桥、放电电阻、放电IGBT和IGBT缓冲吸收电路；3个电抗器，每个电抗器依次与所述放电电阻和所述三相不可控整流桥串联，所述三相不可控整流桥与所述放电IGBT并联，所述放电IGBT与所述IGBT缓冲吸收电路并联。对装置的控制方法和实施例——样。实施例三为了抑制风电机组机端过电压，本实施例在实施例一或实施例ニ的基础之上在接触器和并联电容器之间并联接入避雷器，如图4 (以实施例一的有功吸收回路形式为例)所示。当风电机组机端过电压时，避雷器与地连接，避免风电机组机端过电压，将硬件烧坏。避雷器放置电路中，通过动カ线A2、B2、C2与三相接触器连接。无功补偿电容器和有功吸收回路通过动カ线A3、B3、C3与动カ线A2、B2、C2连接。对于电路其他控制方法，均与实施例一或实施例二相同。最后应该说明的是结合上述实施例仅说明本实用新型的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到本领域技术人员可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者等同替换， 但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
权利要求1.一种恒速恒频风电机组低电压穿越装置，其特征在于，在电网系统和风电机组之间串联接入开关；在所述开关和风电机组之间并联接入串联的接触器和无功补偿模块；在所述接触器和无功补偿模块之间并联接入有功吸收回路。
2.如权利要求I所述的低电压穿越装置，其特征在于，所述无功补偿模块包括并联电容器组。
3.如权利要求I所述的低电压穿越装置，其特征在于，所述有功吸收回路包括电抗器、三相不可控整流桥和放电电路；所述电抗器与所述三相不可控整流桥串联后与所述放电电路并联。
4.如权利要求I所述的低电压穿越装置，其特征在于，所述有功吸收回路包括电抗器、放电电阻、三相不可控整流桥、放电IGBT和IGBT缓冲吸收电路；所述电抗器依次与所述放电电阻和所述三相不可控整流桥串联，所述三相不可控整流桥依次与所述放电IGBT及IGBT缓冲吸收电路并联。
5.如权利要求I所述的低电压穿越装置，其特征在于，在所述接触器和所述无功补偿模块之间并联接入避雷器。
6.如权利要求I所述的低电压穿越装置，其特征在于，所述开关与所述放电电阻置于同一风道内。
7.如权利要求3所述的低电压穿越装置，其特征在于，所述放电电路包括放电电阻、放电IGBT、IGBT缓冲吸收电路和续流ニ极管；所述放电电阻和所述续流ニ极管并联后与所述放电IGBT串联；所述放电IGBT与所述IGBT缓冲吸收电路并联。
8.如权利要求4所述的低电压穿越装置，其特征在于，所述IGBT缓冲吸收电路包括电阻、电容和ニ极管；所述电阻和所述电容串联，所述ニ极管与所述电阻并联。
9.如权利要求7所述的低电压穿越装置，其特征在于，所述IGBT缓冲吸收电路包括电阻、电容和ニ极管；所述电阻和所述电容串联，所述ニ极管与所述电阻并联。
专利摘要本实用新型公开了一种恒速恒频风电机组低电压穿越装置，包括在电网和风电机组之间串联接入开关；在电网和风电机组之间并联接入接触器和无功补偿模块；在接触器和无功补偿模块之间并联接入吸收回路。当系统出现电压跌落故障时，断开开关在切断风电机组向系统馈入有功的通道，这时无功补偿模块补偿风电机组正常运行时需要的无功功率，并且吸收回路吸收风电机组故障时发出的有功功率。本实用新型起到了抑制系统电压暂降给风电机组带来的影响。同时增加风电厂发电的供电可靠性，降低由于系统发生故障对风电机组设备产生的冲击，更能减少风电机组同时全部切除的情况，将带来很大的经济效益。
文档编号H02J3/38GK202424197SQ20112054831
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者李志伟, 杨武帝, 武丹, 渠学景, 王学军, 王柯, 王轩, 赵士硕, 韩天绪 申请人:中国电力科学研究院, 中电普瑞科技有限公司