CN104362672A - 一种风力发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风力发电系统。该系统采用储能型泄放电路，该电路中由两个带有反并联二极管的开关元件、电感、电阻组成。当检测到直流母线电压高于设定的最高电压值时，储能型泄放电路中的第二开关元件断开，第一开关元件与第二二极管构成降压斩波电路，通过电感将多余的能量吸收，直流电压降低；当直流母线电压降低到允许的最低电压值时，第一开关元件断开，第二开关元件与第一二极管构成升压斩波电路，释放储存在电感中的能量，帮助直流母线电压恢复正常值。通过对储能型泄放电路的两个开关器件的交替斩波控制，可以实现高电压穿越过程中直流母线能量的泄放和稳压控制，并且可以通过释放电感中的能量帮助直流母线电压在降低后快速恢复。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电系统，属于风力发电技术领域。
背景技术
近年来，海上风电和陆地风电快速发展，装机容量逐年增加，采用永磁同步电机作为发电机的直驱型风机因其可以省去双馈型风机的增速齿轮箱，减少发电机的体积和重量，同时也可以降低噪声和维护费用，而得到了越来越广泛的应用。随着风电的迅速发展，接入电网的风电规模越来越大，风电系统的波动性的特点带来的影响也越来越明显，例如：电压波动、功率不平衡、谐波含量大等现象，影响了电力系统的稳定运行。
已经公布的中国国家标准中，明确规定了低电压穿越(LVRT)的相关标准，见《GBT_19963-2011风电场接入电力系统技术规定》，而高电压穿越(HVRT)的相关标准暂未正式出台。但是电网高电压的影响也已经日益凸显，当电网电压发生故障骤升时，在没有采取控制措施的情况下，可能会损坏变流器和风电机组，也可能对电网产生功率冲击，造成电力系统的暂态不稳定，严重时甚至可能导致局部或者系统瘫痪，危害电网中其他设备造成更严重的损失。因此，当电网故障或者扰动引起风电场并网点的电压升高时，风电机组能够不间断的并网运行对于维持电网的稳定有着重要意义。
风电场中的很对因素可能引起电网电压的骤升，如：单相对地故障、风电场负载的突然切除、大的电容补偿器的投入等等。直驱风电变流器的网侧直接与电网相连，当电网电压骤升时，电网侧功率无法送出，功率由电网侧流入变流器，导致直流母线电压快速升高，导致系统故障停机，严重情况下可能因为过电压毁坏功率器件IGBT。
发明内容
本发明的目的是提供一种风力发电系统，用以解决直流母线电压上升可能导致系统故障停机和毁坏功率器件的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：一种风力发电系统，包括依次连接的风力发电机、机侧变流器、直流母线和网侧变流器，网侧变流器用于连接电网，直流母线上连接有一个电容器，直流母线上还连接有一个储能型泄放电路，该储能型泄放电路包括依次串联的第一开关元件和第二开关元件，第一开关元件反向并联第一二极管，第二开关元件反向并联第二二极管，且第二开关元件还与一条电感、电阻串联支路并联。
当直流母线的电压值达到第一设定值时，第二开关元件断开，第一开关元件与第二二极管组成降压斩波电路；当直流母线的电压值达到第二设定值时，第一开关元件断开，第二开关元件与第一二极管组成升压斩波电路。
上述开关元件为IGBT。
第一开关元件连接直流母线的正极，第二开关元件连接直流母线的负极。
在风力发电机与机侧变流器之间、电网与网侧变流器之间均设置有滤波器。
本发明采用储能型泄放电路，该电路中由两个带有反并联二极管的开关元件、电感、电阻组成。当检测到直流母线电压高于变流器设定的允许最高电压值时，储能型泄放电路中的第二开关元件断开，第一开关元件与第二二极管构成降压斩波电路，通过电感将直流母线多余的能量吸收，直流电压降低；当直流母线电压降低到允许的最低电压值时，泄放电路中的第一开关元件断开，第二开关元件与第一二极管构成升压斩波电路，释放储存在电感中的能量，为直流母线电压充电，帮助直流母线电压恢复正常值。通过对储能型泄放电路的两个开关器件的交替斩波控制，可以实现高电压穿越过程中直流母线能量的泄放和稳压控制，并且可以通过释放电感中的能量帮助直流母线电压在降低后快速恢复。
附图说明
图1是风力发电系统结构示意图；
图2是泄放电路控制策略原理框图；
图3是本发明储能型泄放电路工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明为一种风力发电系统，包括依次连接的风力发电机、机侧变流器、直流母线和网侧变流器，网侧变流器用于连接电网，直流母线上连接有一个电容器，直流母线上还连接有一个储能型泄放电路，储能型泄放电路包括依次串联的第一开关元件和第二开关元件，第一开关元件反向并联第一二极管，第二开关元件反向并联第二二极管，且第二开关元件还与一条电感、电阻串联支路并联。
当直流母线的电压值达到第一设定值时，第二开关元件断开，第一开关元件与第二二极管组成降压斩波电路；当直流母线的电压值达到第二设定值时，第一开关元件断开，第二开关元件与第一二极管组成升压斩波电路。
基于以上技术方案，结合附图，给出以下一个具体实施方式。
如图1所示，风力发电系统，包括风力发电机、滤波器、机侧变流器、直流母线、网侧变流器、滤波器、电网。直流母线上连接一个电容器。
直流母线上连接一个储能型泄放电路，如图1所示，该储能型泄放电路包括：两个开关元件IGBT，分别为S1、S2，两个二极管，分别为D1、D2，电感L，电阻ESS。S1与D1反向并联，S2与D2反向并联，S1与S2串联。S2、D2反向并联电路与电感L、电阻ESS的串联电路并联。
图2所示为该储能型泄放电路控制策略原理框图，图3是该储能型泄放电路工作流程图，该储能型泄放电路的工作过程为：当变流器检测电网电压升高时，变流器进入HVRT状态，同时启动储能型泄放电路的控制；网侧变流器实时检测直流母线电压值，当直流母线电压值高于变流器允许的最大电压值时，通过比例控制方式获取斩波脉冲的宽度信息用于控制S2断开，S1与D2形成降压斩波电路，通过电感L将直流母线多余的能量吸收，电阻ESS也消耗一些能量，完成直流母线电压能量的泄放，直流母线电压值逐渐降低；当直流母线电压值低于变流器允许的最小电压值时，通过比例控制方式获取斩波脉冲的宽度信息用于控制S1断开，S2与D1形成升压斩波电路，电感L释放其存储的能量，对直流母线进行充电，帮助直流母线电压恢复到正常值。
通过对开关器件S1和S2的交替斩波控制保证了直流母线电压值在变流器允许范围内波动，同时通过电感L将直流母线电压的能量存储和泄放，和电阻ESS对直流母线电压的能量的泄放，完成高电压穿越过程中的直流母线稳定；当变流器检测到电网电压恢复正常后，切除该储能型泄放电路，变流器网侧恢复正常状态下的稳压控制。
在储能型泄放电路中，对开关器件S1和S2的交替斩波控制保证了直流母线电压值在变流器允许范围内波动，同时，变流器网侧控制增加无功电流分量，增大感性无功电流出力。这样上述两个步骤同时完成能量泄放和直流母线电压稳压控制。通过该泄放电路的控制策略和网侧变流器无功输出控制相结合的方式，可以顺利实现在1.1～1.3pu电压下机组的不脱网运行。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种风力发电系统，包括依次连接的风力发电机、机侧变流器、直流母线和网侧变流器，网侧变流器用于连接电网，所述直流母线上连接有一个电容器，其特征在于，所述直流母线上还连接有一个储能型泄放电路，所述储能型泄放电路包括依次串联的第一开关元件和第二开关元件，第一开关元件反向并联第一二极管，第二开关元件反向并联第二二极管，且第二开关元件还与一条电感、电阻串联支路并联；
当直流母线的电压值达到第一设定值时，第二开关元件断开，第一开关元件与第二二极管组成降压斩波电路；当直流母线的电压值达到第二设定值时，第一开关元件断开，第二开关元件与第一二极管组成升压斩波电路。
2.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述开关元件为IGBT。
3.根据权利要求2所述的风力发电系统，其特征在于，所述第一开关元件连接直流母线的正极，所述第二开关元件连接直流母线的负极。
4.根据权利要求3所述的风力发电系统，其特征在于，在风力发电机与机侧变流器之间、电网与网侧变流器之间均设置有滤波器。
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