一种风力发电机电网故障穿越装置及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种风力发电机电网故障穿越装置及其方法，包括开关单元、维持单元、第一检测电路和控制单元，所述开关单元与维持单元并联后串接在风力发电机和电网接入点之间，所述控制单元接收第一检测电路的检测信号，并向开关单元和维持单元输出控制信号。本发明公开的风力发电机电网故障穿越装置及其方法，不需要改造现有的风力发电机，只需要将本发明公开的装置串联到风力发电机和电网接入点之间，就能使风力发电机具有电网故障穿越能力，改造方便；适用于失速型风力发电机、双馈型风力发电机、直驱型风力发电机等各种风力发电机，适用范围广。
【专利说明】—种风力发电机电网故障穿越装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风力发电领域，特别是指一种风力发电机电网故障穿越装置及其方法。
【背景技术】
[0002]风力发电已经成为新能源发电的主要方式之一，而中国陆地上的风能主要集中在西北、华北和东北，为尽可能多的利用风能，同时减少对城市生活的影响，绝大多数的风力发电设备设在偏远地区，但是偏远地区的电网较弱，容易发生各种短时间电网故障，例如电网电压骤降或者电压突然升高等。一旦出现短时间电网故障，就会使风力发电机故障停机，因此，时而发生的电网短时间故障导致风力发电机无法连续运行，严重影响了风力发电机的效率，为了使风力发电机能够连续运行，需要使风力发电机具备短时间电网故障穿越的能力。
[0003]为了使风力发电机具备短时间电网故障穿越能力，目前常采用的方案是改造现有风力发电机的控制系统，但是，这种改造方案的过程复杂，需要同时对风力发电机的变流器、控制器等进行改造，改造周期长，费用高，且针对失速型风力发电机、双馈型风力发电机和直驱型风力发电机等都要各自进行改造。另外，还有一种基于动态电压调节器(DVR)的改造方式，但是，这种方式所用的拓扑结构复杂，需要增加其他附加设备，设备体积大，且补偿功能(比如频率变化、功率等级)受到限制。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述问题，提供了一种改造方便、适用范围广的风力发电机电网故障穿越装置及其方法。
[0005]为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案:
[0006]一种风力发电机电网故障穿越装置，包括开关单元、维持单元、第一检测电路和控制单元，所述开关单元与维持单元并联后串接在风力发电机和电网接入点之间，所述控制单元接收第一检测电路的检测信号，并向开关单元和维持单元输出控制信号。
[0007]上述的风力发电机电网故障穿越装置，其中，所述开关单元包括开关电路，所述开关电路包括功率开关Tl和功率开关T2，且功率开关Tl和功率开关T2反向并联连接。
[0008]上述的风力发电机电网故障穿越装置，其中，所述功率开关Tl和功率开关T2为半控型开关，且所述开关单元还包括与开关电路并联的谐振电路。
[0009]上述的风力发电机电网故障穿越装置，其中，所述谐振电路包括依次串联的电容Cl、电阻R2、电感LI和晶闸管T3。
[0010]上述的风力发电机电网故障穿越装置，其中，所述功率开关Tl和功率开关T2为全控型开关。
[0011]上述的风力发电机电网故障穿越装置，其中，所述维持单元包括相互串联的整流电路和逆变电路，且所述整流电路和逆变电路之间还连接卸放电路和电容C。[0012]本发明还提供一种风力发电机电网故障穿越装置的电网故障穿越方法，包括以下步骤:
[0013]第一检测电路检测电网频率和电网电压；
[0014]控制单元根据第一检测电路的检测信号判断电网是否故障；
[0015]若电网正常，控制单元输出控制信号使开关单元处于闭合状态，并控制维持单元停止工作；
[0016]若电网故障，控制单元输出控制信号使开关单元处于关断状态，并控制维持单元输出与正常电网相同的信号；
[0017]控制单元根据第一检测电路的检测信号判断电网是否平衡；
[0018]若电网平衡，控制单元输出控制信号使维持单元向电网输送有功功率；
[0019]若电网不平衡，控制单元输出控制信号使维持单元中向电网输送无功功率。
[0020]上述的风力发电机电网故障穿越装置的电网故障穿越方法，其中，电网故障是指电网频率波动值>5%电网额定频率或电网电压波动值>10%电网额定电压。
[0021]与现有技术相比，本发明的优点在于:不需要改造现有的风力发电机，只需要将本发明公开的装置串联到风力发电机和电网接入点之间，就能使风力发电机具有电网故障穿越能力，改造方便；适用于失速型风力发电机、双馈型风力发电机、直驱型风力发电机等各种风力发电机，适用范围广。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本发明风力发电机电网故障穿越装置的结构示意图；
[0024]图2为本发明风力发电机电网故障穿越装置的电路示意图；
[0025]图3为本发明风力发电机电网故障穿越装置的电网故障穿越方法的流程图。
[0026]其中:1.控制单元，2.第一检测电路，3.第二检测电路，4.维持单元，41.整流电路，42.卸放电路，43.逆变电路，5.开关单元，51.谐振电路，52.开关电路，6.电网接入点，
7.风力发电机。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]如图1所示，本发明提供的风力发电机电网故障穿越装置，包括开关单元5、维持单元4、第一检测电路2和控制单元I，所述开关单元I与维持单元4并联后串接在风力发电机7和电网接入点6之间，第一检测电路2检测电网频率、电网电压和电网电流，控制单元I接收第一检测电路2的检测信号，并根据接收到的检测信号向开关单元5和维持单元4输出控制信号。另外，本发明提供的装置还设有检测风力发电机功率和电流的第二检测电路3。
[0029]如图2所示，开关单元5包括开关电路52，开关电路52包括功率开关Tl和功率开关T2，且功率开关Tl和功率开关T2反向并联连接；所述功率开关Tl和功率开关T2可以为全控型开关或半控型开关。若功率开关Tl和功率开关T2为半控型开关，开关单元5还应包括与开关电路52并联的谐振电路51，且谐振电路51包括依次串联的电容Cl、电阻R2、电感LI和晶闸管T3。由于谐振电路51用于在半控型开关关断时，使其电流瞬时为零并维持一段时间，因此电容Cl、电阻R2和电感LI的参数值应与开关电路52的开关速度匹配。维持单元4包括相互串联的整流电路41和逆变电路43，整流电路41为包含3个桥臂的三相桥式整流电路，逆变电路43为包含3个桥臂的三相桥式逆变电路，且所述整流电路41和逆变电路43之间还连接卸放电路42和电容C，卸放电路42由功率半导体器件S和电阻R组成。另外，为消除谐波，整流电路41的输入侧设有由电感L2和电容C2组成的LC滤波电路；所述逆变电路43的输出侧设有由电感L3和电容C3组成的LC滤波电路，或者由电感L3、电容C3和电阻R3组成的LRC滤波电路。
[0030]本发明提供的风力发电机电网故障穿越装置的电网故障穿越方法，如图3所示，第一检测电路2检测电网频率、电网电压和电网电流，并向控制单元I输出检测信号，控制单元I接收第一检测电路2的检测信号，并根据该检测信号来判断电网是否故障。若电网频率波动值>5%电网额定频率(50Hz)或电网电压波动值>10%电网额定电压(中国风力发电的电网额定电压一般为690V)，则判定电网故障；否则，判定电网正常。若电网正常，控制单元I输出控制信号使开关单元5处于闭合状态，并控制维持单元5停止工作，于是风力发电机7经开关单元5与电网连接点6连接后向电网输送电能。若电网故障，控制单元I输出控制信号使开关单元5处于关断状态，使风力发电机7与电网连接点6通过开关单元5的连接断开，并控制维持单元4中的逆变电路43输出与正常电网相同的信号。接着，控制单元I根据第一检测电路2的检测信号判断电网是否平衡，当电网不平衡度大于8%时，判定电网不平衡；否则判定电网平衡。若电网平衡，控制单元I控制维持单元4向电网输送有功功率，并使风力发电机7产生的电能输送到电网，实现了风力发电机7连续运行；若电网不平衡，控制单元I控制维持单元4向电网输送无功功率，这时风力发电机7产生的电能虽然不输送到电网，但是实现了风力发电机7连续运行，提高了风力发电机7的运行效率。这样，即使电网发生时常发生短时间故障，风力发电机7在电网故障时正常连续运行，实现电网故障穿越。
[0031]另外，当第一检测电路2检测到的电网电流异常，或者第二检测电路3检测到的风力发电机7的功率或电流异常，控制单元I将控制本发明提供的装置停止工作。
[0032]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:不需要改造现有的风力发电机7，只需要将本发明公开的装置串联到风力发电机7和电网接入点6之间，就能使风力发电机7具有电网故障穿越能力，改造方便；适用于失速型风力发电机、双馈型风力发电机、直驱型风力发电机等各种风力发电机，适用范围广。
[0033]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种风力发电机电网故障穿越装置，其特征在于，包括开关单元、维持单元、第一检测电路和控制单元，所述开关单元与维持单元并联后串接在风力发电机和电网接入点之间，所述控制单元接收第一检测电路的检测信号，并向开关单元和维持单元输出控制信号。
2.根据权利要求1所述的风力发电机电网故障穿越装置，其特征在于，所述开关单元包括开关电路，所述开关电路包括功率开关Tl和功率开关T2，且功率开关Tl和功率开关T2反向并联连接。
3.根据权利要求2所述的风力发电机电网故障穿越装置，其特征在于，所述功率开关Tl和功率开关T2为半控型开关，且所述开关单元还包括与开关电路并联的谐振电路。
4.根据权利要求3所述的风力发电机电网故障穿越装置，其特征在于，所述谐振电路包括依次串联的电容Cl、电阻R2、电感LI和晶闸管T3。
5.根据权利要求2所述的风力发电机电网故障穿越装置，其特征在于，所述功率开关Tl和功率开关T2为全控型开关。
6.根据权利要求1所述的风力发电机电网故障穿越装置，其特征在于，所述维持单元包括相互串联的整流电路和逆变电路，且所述整流电路和逆变电路之间还连接卸放电路和电容C。
7.—种如权利要求1-6中任一项所述的风力发电机电网故障穿越装置的电网故障穿越方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一检测电路检测电网频率和电网电压； 控制单元根据第一检测电路的检测信号判断电网是否故障； 若电网正常，控制单元输出控制信号使开关单元处于闭合状态，并控制维持单元停止工作； 若电网故障，控制单元输出控制信号使开关单元处于关断状态，并控制维持单元中的逆变电路输出与正常电网相同的信号； 控制单元根据第一检测电路的检测信号判断电网是否平衡； 若电网平衡，控制单元输出控制信号使维持单元向电网输送有功功率； 若电网不平衡，控制单元输出控制信号使维持单元向电网输送无功功率。
8.根据权利要求7所述的风力发电机电网故障穿越装置的电网故障穿越方法，其特征在于:电网故障是指电网频率波动值>5%电网额定频率或电网电压波动值>10%电网额定电压。
【文档编号】H02J3/38GK103701149SQ201310719063
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】王江城 申请人:浙江海得新能源有限公司