一种阻值可调的撬棒电路及其调控方法
【技术领域】
[0001]本发明属于风力发电技术领域，特别是一种阻值可调的撬棒电路及其调控方法。
【背景技术】
[0002]风力发电在新能源发电范畴内已经是水利发电之外增长量最快的发电形式。因此，根据我国的风力蕴藏量自然条件方面来看，我们有十分有利的条件来发展这个行业。从风力资源储量来看，根据国家气象局的资料，我国离地10米高的风能资源总储量约32.26亿千瓦，其中可开发和利用的风能储量有2.53亿千瓦，50米高度的风能资源比10米高度多I倍，约为5亿千瓦，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿千瓦。因此，就风力资源储量来看，有条件开发风力发电。从风力发电技术层面来看，整机方面我国已有多家整机厂商产品达世界先进水平，并出口国外；风力发电用功率变换器方面我国也已有多家企业研发成功并得以在风场安装使用，目前主流机型为1.5丽和2MW，目前国内研发生产与类似机型配套的功率变换器的企业也有十几家，主流拓扑结构基本上为两电平；2Mff以上机型由于功率器件容量增大、发热量增大、配套的保护设备扩容等一系列问题，使其正处于研发试运行阶段。综合国内风电功率变换器现状来说，我们有技术基础、技术储备、技术潜力来发展风力发电产业，我们应该努力发展好这个产业，并使之为我们建设节能环保型社会的绿色助手。
[0003]随着风场规模日益增大，风力发电设备并网后占整个电网的比例增大，单个风力发电机发生故障都会引起整个风场故障，甚至造成整个电网解列。而作为风力发电设备中最常见的故障就是电网电压跌落，因此具有低电压穿越能力已经成为决定电网安全的重要因素，也成为风力发电变流器进入市场的准入条件。因此研究发力发电功率变换器的低电压穿越能力是必要的。所谓的低电压穿越就是:在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，
[0004]随着国内外风电机组大规模并网发电，当风电场电网电压出现短时严重跌落或扰动时，可能造成大规模的风电机组脱网，直接回造成发电机及变流器等系统设备的损坏，甚至造成电网崩溃。因此风电场运行的风电机组必须具有一定低电压穿越能力，保障机组在上述电网故障发生时风电机组能顺利穿越故障，保障机组和电网安全。风电机组低电压穿越技术研究已经成为国内外学者研究热点之一，最常见的低电压穿越技术方案采用主动或被动撬棒电路相关技术，一般的低电压穿越电路包括风力发电机和电网之间的机侧变流器和网侧变流器以及用于设置在风力发电机转子侧的撬棒电路，通过撬棒电路实现低电压穿越。
[0005]而现有技术的不足之处在于:撬棒电路中的消耗电阻阻值不可调，而由于电网电压跌落程度、发电机组的发电量是随机变化的，固定消耗电阻的撬棒电路导致无法有效调节转子侧、直流母线上的过电压、过电流，且无法向电网提供有效的无功支撑，同时可能造成频繁的切入和切除撬棒电路，引起发电机组的暂态、不稳定现象。
【发明内容】
[0006]针对上述技术问题，本发明公开了一种阻值可调的撬棒电路及其调控方法，根据转子侧出现的能量过剩的大小来实时调控撬棒电路中消耗电阻的阻值，使其更好的稳定直流母线电压。
[0007]本发明还有一个目的在于提供了一种撬棒电阻消耗电阻阻值调控的方法，解决了机组无法向电网提供有效无功支撑的问题。
[0008]本发明还有一个目的是减少由于频繁切换带大阻值消耗电阻的撬棒电路而造成的发电机组暂态、不稳定过程时间。
[0009]为了实现根据本发明的目的，提供了一种阻值可调的撬棒电路，用于双馈风力发电机系统中，发电机的转子通过变流器与电网连接，定子通过并网开关与电网连接，包括:
[0010]三相整流桥，其由六个不可控的二极管构成，所述三相整流桥的交流端与发电机的转子出线端一一连接；电阻，其连接在所述三相整流桥的直流正负端之间，用于吸收转子侧产生的过剩能量；可控晶体管，其与所述电阻串联并设置在所述三相整流桥的直流正负端之间，用于控制所述电阻的投入与切除；其中，所述三相整流桥的直流正负端之间并联设置有若干组所述电阻和可控晶体管，每组所述电阻的阻值不同，每组所述可控晶体管与同一个控制器连接，通过控制每组所述可控晶体管导通时间来调整所述撬棒电路的瞬时合成电阻值。
[0011]优选的，所述三相整流桥正负直流端分别与所述变流器的直流母线正负端连接，所述变流器为四象限变流器，其包括与所述发电机转子连接的机侧变频器、与电网连接的网侧变频器。
[0012]优选的，所述可控晶体管为IGBT，其集电极通过所述电阻与所述三相整流桥的直流正端连接，发射极与所述三相整流桥的直流负端连接。
[0013]如权优选的，撬棒电路还包括吸收回路，其由可控二极管、电容以及吸收电阻构成，所述可控二极管的正极与每组所述可控晶体管的集电极连接，所述电容和吸收电阻并联且设置在所述可控二极管负极与所述三相整流桥直流正极端之间。
[0014]一种阻值可调的撬棒电路的调控方法，用于当电网电压发生短时跌落时，调整接入撬棒电路中的耗能电阻值，以提高发电机组穿越电网电压不同跌落程度的能力，包括以下步骤:
[0015]步骤I)将撬棒电路交流侧连接在发电机转子绕组出线端、直流侧连接在变流器直流母线上，将每组可控晶体管的控制端连接在同一个控制器上，测量变流器直流母线电压，将其传送到所述控制器上；
[0016]步骤2)控制器根据直流母线电压的大小，分配每组可控晶体管的导通时间，调控撬棒电路中直流侧之间的瞬时合成电阻值，进而柔性调节直流母线上的电压，使其保持在正常承受范围内，同时通过网侧变频器向电网提供无功支撑，直到故障排除，电网电压恢复；
[0017]步骤3)当直流母线上的电压超出变流器直流母线最大承受电压时，锁闭网侧变频器和机侧变频器，撬棒电路独立消耗转子侧的过剩能量，同时将合成电阻调整大最大，进行最大负荷的卸载，直到直流母线电压回落到低于最大承受电压，重新启动网侧变频器和机侧变频器，回到步骤2)。
[0018]优选的，所述可控晶体管为IGBT，将其集电极通过所述电阻与所述三相整流桥的直流正端连接，发射极与所述三相整流桥的直流负端连接，栅极与控制器连接。
[0019]优选的，在每组晶体管集电极和三相整流桥正端之间设置有吸收电路，其吸收每组可控晶体管的瞬时开断尖峰浪涌电压。
[0020]优选的，步骤2)中，若干个电阻中设定一个最大阻值的电阻，其能全完消耗发电机满载运行、且电网电压跌至OV时转子侧产生的过剩能量，且不造成机组设备的损坏，其他各个电阻阻值按梯度减小。
[0021]优选的，步骤2)中，直流母线电压上升时，则调整每组晶体管的导通时间来增大直流母线之间的合成电阻阻值，直流母线电压下降时，则调整每组晶体管的导通时间来减小直流母线之间的合成电阻阻值。
[0022]优选的，步骤3)中，导通最大阻值的电阻对应的可控晶体管，关闭其他可控晶体管，使得合成电阻阻值最大。
[0023]本发明至少包括以下有益效果:
[0024]1、根据转子侧过剩能量的大小，实时调整撬棒电路中消耗电阻阻值，有效稳定了转子侧和变流器直流母线上的电压、电流，保护了机组设备，提高了机组的低电压穿越能力；
[0025]2、柔性调控撬棒电路中消耗电阻阻值，避免了切换带大阻值消耗电阻的撬棒电路，从而减少了切换时造成的暂态和不稳定过程的时间；
[0026]3、尽最大可能为电网提供无功支撑，助其电压的恢复；
[0027]4、撬棒电路直接连接转子侧和变流器直流母线侧，机侧变频器和撬棒电路的三相整流桥并联，有效减小了两者上的电流，提尚耐电流的能力，减少对变流器的冲击，同时省去了变流器的直流斩波电路，减少投入成本，而提高了直流母线电压的调控能力。
[0028]本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
【附图说明】
[0029]图1是本发明的阻值可变的撬棒电路示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0031]应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0032]如图1所示的是根据本发明的阻值可调的撬棒电路的一种实现形式，其中包括:
[0033]—种阻值可调的撬棒电路，用于双馈风力发电机系统中，消耗转子侧的过剩能量，对发电机以及变流器提供保护，并且提高发电机组低电压穿越能力，双馈发电机DFIG的转子通过变流器与电网连接，定子通过并网开关Kl与电网连接，发电机处于同步转速以下发电时，转子从电网吸收电能，定子产出电量，通过并网开关Kl向电网送电，发电机处于超同步转速发电时，转子和定子同时向电网发送电能，具体的穿越电路包括:
[0034]三相整流桥，其由六个不可控的二极管构成，二极管具有较高的耐电压能力，所述三相整流桥的交流端与发电机的转子三相出线端一一连接；电阻，其连接在所述三相整流桥的直流正负端之间，用于吸收转子侧产生的过剩能量；可控晶体管，其与所述电阻串联并设置在所述三相整流桥的直流正负端之间，用于控制所述电阻的投入与切除；其中，所述三相整流桥的直流正负端之间并联设置有若干组所述电阻和可控晶体管，每组所述电阻的阻值不同，每组所述可控晶体管的控制端与同一个控制器连接，控制器根据转子侧过剩能量的大小、通过控制每组所述可控晶体管导通时间来调整所述撬棒电路的瞬时合成电阻值，使其更好的对过剩能量的大小来进行泄载，避免出现对过剩能量吸收不充分或过吸收等现象，有效稳定了转子侧和变流器直流母线上的电压、电流，保护了机组设备，提高了机组的低电压穿越能力；同时采用柔