CN102412599A

CN102412599A - 一种双馈风力发电系统低电压穿越用Crowbar装置

Info

Publication number: CN102412599A
Application number: CN2011104158383A
Authority: CN
Inventors: 谭国俊; 凌臧; 徐世周
Original assignee: BEIJING CENER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING CENER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-04-11

Abstract

本发明公开了一种双馈风力发电系统低电压穿越用Crowbar装置，属于电力电子应用技术领域，包括三相桥式不控整流桥UR、续流二极管D1、大功率泄放电阻R1、RCD吸收保护电路和绝缘栅双极型晶体管IGBT。有益效果是采用Crowbar电路来实现对低电压的穿越，其中Crowbar模块使用绝缘栅双极型晶体管IGBT作为开关器件，动作响应快，能够及时释放暂态电流；当暂态电压电流被释放后，切出Crowbar电路，减少双馈电机运行在鼠笼机状态下对电网无功功率的吸收，有利于电网的恢复；既能保护双馈电机转子侧绕组和变流器，又能实现Crowbar装置自身的保护。

Description

一种双馈风力发电系统低电压穿越用Crowbar装置

技术领域

本发明涉及一种双馈风力发电系统低电压穿越用Crowbar装置，属于电力电子应用技术领域。

背景技术

随着并网风电机组的增加，其与电网的相互影响逐渐显著。当电网电压发生故障跌落时，如果不加以控制，会造成风电机组和变流器的损坏并对电网产生功率冲击，风力发电机组也会解列，并将会带来电力系统的暂态不稳定，可能导致局部甚至系统全面瘫痪，危害电网上的其他设备甚至造成用户损失。因此国家电网要求并网型风力发电设备必须具备电网故障穿越能力，即当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行，必要时还需向电网提供一定的无功功率以支持电网恢复，直到电网电压恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间（区域）。

在电网电压瞬间跌落时，由于定子磁链不能突变，因此会在定子侧产生直流分量。定子磁链直流分量在空间时是不转动的，所以相对于转子会产生很大的转差，这样使得转子回路产生过电流、过电压。非对称故障会使过电流过电压更严重，因为在定子电压中又存在负序分量，而负序分量也可以产生很高的转差。电流过大损害了变流器，电压过高损坏了发电机转子绕组，所以为了在电网故障期间，保护转子侧变流器和发电机转子绕组，使双馈风力发电机组具有低电压穿越能力，商用双馈风力发电机组大都装有Crowbar电路。（所谓Crowbar电路，也叫撬棒电路，本领域通常叫法是Crowbar电路，为描述方便，以下统一写成Crowbar电路）

目前国内采取的方式是：阳光电源采用的方式（如附图1），国内大多都是采用这种结构。这种结构的优点是成本低，便于实现；缺点也很明显:在国家电科院没有出台新规之前能够实现双馈发电机低电压穿越时不脱网运行，这里指的仅仅是不脱网运行。新规出台以后，此结构在电网电压跌落瞬间可以及时投入，但是一旦要切除时，由于可控硅（SCR）的特性决定了它不能及时地关断，即变流器给可控硅（SCR）关断信号以后，可控硅（SCR）必须等到转子电压过零点的时候才能关断，由于新规只给了两到三个周波的恢复过渡时间，而此时转子电压往往都是在低频（0-17HZ）,在同步速附近转子电压就是接近直流电压，这时可控硅（SCR）是无法关断的，无法满足新规要求。此种方式主要用来在低电压穿越时保护变流器和发电机，在某些工况下可以穿越，不能适用在整个发电工况中。

目前在低电压穿越中使用的Crowbar保护电路仍存在以下缺陷：（1）反应时间慢，不能快速切入Crowbar电路；（2）Crowbar自身比较脆弱，不能抵御转子侧瞬时的冲击电流；（3）吸收能力弱，不能有效防止二次跌落，（4）发电机运行在同步速附近时，Crowbar不能切除，无法完成低电压穿越。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种双馈风力发电系统低电压穿越用Crowbar装置，发电机运行在同步速附近时，能够快速响应控制器发出的切入信号，迅速切入Crowbar电路，抵御转子侧瞬时的冲击电流，及时释放暂态电流，有效防止了二次跌落，实现Crowbar装置自身的保护。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双馈风力发电系统低电压穿越用Crowbar装置，包括三相桥式不控整流桥UR、续流二极管D1、大功率泄放电阻R1、RCD吸收保护电路、绝缘栅双极型晶体管IGBT，其中：大功率泄放电阻R1与续流二极管D1并联；RCD吸收保护电路与绝缘栅双极型晶体管IGBT并联；三相桥式不控整流桥UR与双馈电机转子绕组的三相连接，大功率泄放电阻R1与续流二极管D1并联后，再与绝缘栅双极型晶体管IGBT及其RCD吸收保护电路的并联电路串联，两部分串联后，连接在三相桥式不控整流电路UR的上下母线之间。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双馈风力发电系统低电压穿越用Crowbar装置，包括三相桥式不控整流桥UR、续流二极管D1、大功率泄放电阻R1、RCD吸收保护电路和绝缘栅双极型晶体管IGBT，大功率泄放电阻R1与续流二极管D1并联；RCD吸收保护电路与IGBT并联；三相桥式不控整流桥UR与双馈电机转子绕组的三相连接，大功率泄放电阻R1与续流二极管D1并联后，再与IGBT及其RCD吸收保护电路的并联电路串联，两部分串联后，连接在三相桥式不控整流电路UR的上下母线之间。

进一步地，RCD吸收保护电路包括快速恢复二极管D2，电阻R3、R2、R4及电容C，电阻R2串联在快速恢复二极管D2与电容C之间，电阻R4串联在电容C与电阻R3之间，电阻R3一端与快速恢复二极管D2阳极连接，另一端连接在电阻R2与电容C之间。

工作原理：当电网发生低电压跌落故障时，双馈风力发电系统控制器发出Crowbar切入信号，Crowbar立刻切入，快速释放双馈电机转子绕组中的暂态冲击电流；当转子电流或者变流器直流母线电压衰减至特定值以后，控制器发出Crowbar切出信号， Crowbar快速切出，变流器恢复到可控状态，减少双馈电机作鼠笼机运行时对电网无功功率的吸收，便于电网电压恢复。

本发明的有益效果是：本发明采用Crowbar电路来实现对低电压的穿越，其中Crowbar模块使用绝缘栅双极型晶体管IGBT作为开关器件，动作响应快，能够及时释放暂态电流，有效防止了二次跌落；当暂态电压电流被释放后，切出Crowbar电路，减少双馈电机运行在鼠笼机状态下对电网无功功率的吸收，有利于电网的恢复；大功率泄放电阻R1与RCD吸收保护电路同时使用，既能保护双馈电机转子侧绕组和变流器，又能实现Crowbar装置自身的保护。因此，本发明的低电压穿越装置的穿越能力强、使用寿命长、使用效果好。

附图说明

图1为现有技术电路原理图；

图 2为本发明电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图2所示，一种双馈风力发电系统低电压穿越用Crowbar装置，由续流二极管D1、大功率泄放电阻R1、绝缘栅双极型晶体管IGBT、三相桥式不控整流桥UR和RCD吸收保护电路组成。

大功率泄放电阻R1与续流二极管D1并联；RCD吸收保护电路与绝缘栅双极型晶体管IGBT并联；三相桥式不控整流桥UR与双馈电机转子绕组的三相连接，大功率泄放电阻R1与续流二极管D1并联后，再与绝缘栅双极型晶体管IGBT及其RCD吸收保护电路的并联电路串联，两部分串联后，连接在三相桥式不控整流电路UR的上下母线之间。

所述RCD吸收保护电路包括快速恢复二极管D2，电阻R3、R2、R4及电容C，电阻R2串联在快速恢复二极管D2与电容C之间，电阻R4串联在电容C与电阻R3之间，电阻R3一端与快速恢复二极管D2阳极连接，另一端连接在电阻R2与电容C之间。

大功率泄放电阻R1配合RCD吸收保护电路使用，实现双馈电机转子绕组、变流器和Crowbar自身的三种保护。

当电网电压跌落时，双馈风力发电系统控制器发出Crowbar切入信号， Crowbar中的绝缘栅双极型晶体管IGBT开通，大功率泄放电阻R1快速释放双馈电机转子绕组中的暂态冲击电流；当转子电流或者变流器直流母线电压衰减至特定值以后，绝缘栅双极型晶体管IGBT关断，切出Crowbar，减少双馈发电机处于鼠笼电机运行状态时对电网无功功率的吸收，防止二次过流利于电网电压的恢复，同时快速恢复二极管D2、电阻R2、R3、R4和电容C组成的RCD吸收保护电路吸收关断瞬间的能量，保护绝缘栅双极型晶体管IGBT。

本发明能够快速响应控制器发出的切入信号，闭锁变流器使发电机不脱网运行，此时迅速切入Crowbar电路，瞬时泄放双馈电机转子侧的暂态冲击电流，保护转子侧变流器和双馈电机，等到躲过转子冲击电流之后，迅速切除撬棒Crowbar电路，使得变流器可以快速恢复到可控状态去控制发电机，从而顺利度过低电压穿越区域。

Claims

1.一种双馈风力发电系统低电压穿越用Crowbar装置，包括三相桥式不控整流桥UR、续流二极管D1、大功率泄放电阻R1、RCD吸收保护电路和绝缘栅双极型晶体管IGBT，其特征在于：

大功率泄放电阻R1与续流二极管D1并联；RCD吸收保护电路与IGBT并联；三相桥式不控整流桥UR与双馈电机转子绕组的三相连接，大功率泄放电阻R1与续流二极管D1并联后，再与IGBT及其RCD吸收保护电路的并联电路串联，两部分串联后，连接在三相桥式不控整流电路UR的上下母线之间。

2.根据权利要求1所述的一种双馈风力发电系统低电压穿越用Crowbar装置，其特征在于，所述RCD吸收保护电路包括快速恢复二极管D2，电阻R3、R2、R4及电容C，电阻R2串联在快速恢复二极管D2与电容C之间，电阻R4串联在电容C与电阻R3之间，电阻R3一端与快速恢复二极管D2阳极连接，另一端连接在电阻R2与电容C之间。