CN105896595B - 一种改进的双馈风电机组故障穿越保护电路 - Google Patents

一种改进的双馈风电机组故障穿越保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明专利属于风电保护领域，具体涉及一种改进的双馈风电机组故障穿越保护电路，包括：限流电路a、旁路电路a、限流电路b、旁路电路b、其中，一个限流电路a与一个旁路电路a并联，这个并联关系的电路有三组，其一端即三相输入端U1、V1、W1分别接双馈风电机组中双馈感应电机转子三相绕组，另一端即三相输出端U2、V2、W2接双馈风电机组变流器结构中转子侧变换器三相交流输出端；另一限流电路b有三组，其可以三角形连接也可以星形连接，引出线分别通过对应的旁路电路b接上述三相输入端U1、V1、W1。本发明能够解决多数电压故障下传统撬棒保护时双馈电机出现的失控问题，能提高双馈风电机组瞬态特性和故障穿越能力。

Description

一种改进的双馈风电机组故障穿越保护电路
技术领域
本发明涉及风电保护领域，具体地，涉及一种改进的双馈风电机组故障穿越保护电路。
背景技术
为了应对能源危机和环境恶化，世界各国正积极的推动着可再生能源的开发和利用。其中风力发电已成为科研人员和商业企业关注的焦点。这是因为风能是一种可靠的、无限的、可再生的电力供应源。风电的大规模应用既可以缓解能源危机，又能减轻常规能源使用所带来的环境问题，从而减少二氧化碳气体的排放。
然而，大规模风电接入电网却给电网安全运行带来了较大挑战。因此，新的电网导则要求，要想接入电网运行，风电机组必须具备故障穿越能力。双馈风电机组定子绕组直接接电网，导致其对电网电压扰动更加敏感，故障穿越问题最具挑战性。
目前，较为成熟的双馈风电机组故障穿越技术是所谓的撬棒(Crowbar)保护电路。当双馈风电机组遭受电压跌落时，由于定转子间复杂的电磁关系，会导致转子过电流，从而破坏变换器。而所谓的撬棒保护就是为转子故障电流提供旁路通路，从而避免转子过电流对变换器的破坏以实现机组的不间断并网运行。
如公开号为103178548A的中国发明专利，该专利提供了一种双馈风力发电机组的对称故障穿越控制方法，该方法在双馈风力发电机组的电网故障下，当流入转子变换器的电流超过其最大允许电流值时，所述双馈风力发电机组的转子Crowbar电路投入运行，同时闭锁所述转子变换器；在故障发生期间，当所述转子Crowbar电路投入τr时长后且转子电流值小于Crowbar保护动作门槛值时，所述转子Crowbar电路被切除，同时重启所述转子变换器；在故障切除后，所述转子变换器通过恢复控制策略切换到有功功率工作模式，并停止向电网注入无功电流。利用该方法能够克服现有故障穿越控制策略中存在的缺陷，从而提高双馈风力发电机组的故障穿越能力。
然而，上述的专利撬棒保护技术却存在如下缺点：
1)撬棒投入后，双馈电机机侧变换器封锁，电机处于失控状态，运行于异步电机状态；
2)在上述条件下，机组转速稳定性恶化，并向电网吸收无功，不利于机组的故障穿越。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种改进的双馈风电机组故障穿越保护电路，其可以解决大多数电压故障下双馈电机失控问题，从而能稳定系统转速，抑制系统在故障期间转速过快增加，支撑电网电压，从而加强双馈风电机组故障穿越的能力。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：限流电路a、旁路电路a、限流电路b、旁路电路b、其中，一个限流电路a与一个旁路电路a并联，这个并联关系的电路有三组，其一端即三相输入端U1、V1、W1分别接双馈风电机组中双馈感应电机转子三相绕组，另一端即三相输出端U2、V2、W2接双馈风电机组变流器结构中转子侧变换器三相交流输出端；另一限流电路b有三组，其可以三角形连接也可以星形连接，引出线分别通过对应的旁路电路b接上述三相输入端U1、V1、W1。
所述的旁路电路a，在正常电网条件下，处于导通状态；在电网故障时，双馈感应电机转子电流大于给定值1时，处于阻断状态。
所述的旁路电路b，在正常电网条件下，处于阻断状态；在电网故障时，双馈感应电机转子电流大于给定值2时，处于导通状态。
所述的给定值2大于给定值1。
所述的限流电路a包括限流阻抗，其有三组，每一组的一端与对应旁路电路a一端相连，另一端与对应旁路电路a另一端相连。
所述的旁路电路a包括旁路功率开关，其有三组，每一组的一端与对应限流电路a一端相连，另一端与对应限流电路a另一端相连。
所述的限流电路b包括限流阻抗，其有三组，其有两种接线方式，一种是三角形接法、另一种是星形接法，引出线分别通过对应的旁路电路b接上述三相输入端U1、V1、W1。
所述的旁路电路b包括旁路功率开关，其有三组，一端分别接三相输入端U1、V1、W1，另一端分别接限流电路b。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提出的改进的双馈风电机组故障穿越保护电路能够解决大多数电压故障下双馈感应电机失控时间，减少其无功的消耗问题，稳定系统转速，显著改善双馈风电机组瞬态性能，提高其故障穿越能力。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明的电路组成示意图。
图2为实施例的具体组成连接示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例：
本实施例基于2MW双馈风电机组，其参数为：额定容量2MW、额定电压690V、频率50Hz、定子电阻0.00488p.u.、定子漏感0.1386p.u.、转子电阻0.00549p.u.、转子漏感0.1493p.u.、互感2.9p.u.、惯性时间常数3.5s、匝间比0.45，其中基准容量2.2VA、基准电压563V、基准频率50Hz。
如图1和图2所示，本实施例包括：限流电路a、旁路电路a、限流电路b、旁路电路b、其中，一个限流电路a与一个旁路电路a并联，这个并联关系的电路有三组，其一端即三相输入端U1、V1、W1分别接双馈风电机组中双馈感应电机转子三相绕组，另一端即三相输出端U2、V2、W2接双馈风电机组变流器结构中转子侧变换器三相交流输出端；另一限流电路b有三组，其可以三角形连接也可以星形连接，引出线分别通过对应的旁路电路b接上述三相输入端U1、V1、W1。
所述的限流电路a，其有三组，每一组包括一限流电阻，分别为第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，其中，每一组的限流电阻一端与对应旁路电路的一端相连，另一端与对应旁路电路的另一端相连。
本实施例中限流电路中的三个限流电阻的阻值均为0.4228欧姆。
所述的旁路电路a，其有三组，每一组包括一旁路开关双向晶闸管，分别为第一双向晶闸管S1、第二双向晶闸管S2和第三双向晶闸管S3，其中，每一组的双向晶闸管一端与对应限流电路的一端相连，另一端与对应限流电路的另一端相连。
本实施例中旁路电路中的三个双向晶闸管的额定电压都为2400V，额定电流都为15kA。
所述的限流电路b，其有三组，每一组包括一限流电阻，分别为第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，其中，每一组的限流电阻一端与对应旁路电路的一端相连，另一端和其他限流电阻的另一端连在一起。
本实施例中限流电路中的三个限流电阻的阻值均为0.8456欧姆。
所述的旁路电路b，其有三组，每一组包括一旁路开关双向晶闸管，分别为第四双向晶闸管S4、第五双向晶闸管S5和第六双向晶闸管S6，其中，每一组的双向晶闸管一端与对应限流电组的一端相连，另一端与上述对应的三相输入端U1、V1、W1相连。
本实施例中旁路电路中的三个双向晶闸管的额定电压都为2400V，额定电流都为15kA。
所述的给定值2大于给定值1。
本实施例中给定值1为1.5p.u.，给定值2为1.8p.u.。
本实施例的工作过程：
1.当双馈风电机组正常运行时，本发明中的旁路电路a中的第一双向晶闸管S1导通、第二双向晶闸管S2导通和第三双向晶闸管S3导通，旁路电路b中的第四双向晶闸管S4/第五双向晶闸管S5和第六双向晶闸管S6均处于阻断状态。此时，正常的三相转子电流分别流经旁路电路a中的第一双向晶闸管S1、第二双向晶闸管S2和第三双向晶闸管S3和双馈感应电机转子侧变换器，而限流电路a和限流电路b中无电流流过。
2.当双馈风电机组遭受电网电压跌落时，转子绕组产生过电流，当转子故障电流达到给定值1时，本发明中的旁路电路a中的第一双向晶闸管S1、第二双向晶闸管S2和第三双向晶闸管S3均关断，转子故障电流流经限流电路a中的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，双馈电机转子侧变换器仍处于工作状态，转子故障电流被限制在给定值1以下，然而，一旦限流电阻无效时，转子过电流达到给定值2时，本发明中的旁路电路中的第四双向晶闸管S4、第五双向晶闸管S5和第六第五双向晶闸管S6导通，此时，转子故障电流经限流电路b中的第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，不再流经双馈电机转子侧变换器，达到极端故障条件下保护双馈电机转子侧变换器的目的，从而协助双馈风电机组成功穿越电压故障。
现有的Crowbar保护技术，当双馈风电机组遭受电网电压故障时，当转子故障电流达到给定值1时，便投入运行，转子故障电流被短路，转子侧变换器被封锁，双馈感应电机处于异步运行状态，吸收大量无功和导致电机失控。而本发明在转子故障电流未达到给定值2之前，电机一直处于可控状态。本发明仅在极端故障时，转子故障电流达到给定值2以上时，电机才处于失控状态，此时的主要目的时抑制转子故障电流在安全限值之内。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种改进的双馈风电机组故障穿越保护电路，其特征在于，包括：限流电路a、旁路电路a、限流电路b、旁路电路b、其中，一个限流电路a与一个旁路电路a并联，这个并联关系的电路有三组，其一端即三相输入端U1、V1、W1分别接双馈风电机组中双馈感应电机转子三相绕组，另一端即三相输出端U2、V2、W2接双馈风电机组变流器结构中转子侧变换器三相交流输出端；另一限流电路b有三组，其可以星形 连接也可以三角形连接，引出线分别通过对应的旁路电路b接上述三相输入端U1、V1、W1；
所述的旁路电路a，其特征是在正常电网条件下，处于导通状态；在电网故障时，双馈感应电机转子电流大于给定值1时，处于阻断状态；
所述的旁路电路b，其特征是在正常电网条件下，处于阻断状态；在电网故障时，双馈感应电机转子电流大于给定值2时，处于导通状态；
所述的旁路电路a和旁路电路b，其特征在于，所述的给定值2大于给定值1；
所述的旁路电路a，其特征在于，包括旁路功率开关，其有三组，每一组的一端与对应限流电路a一端相连，另一端与对应限流电路a另一端相连；
所述的旁路电路b，其特征在于，包括旁路功率开关，其有三组，一端分别接三相输入端U1、V1、W1，另一端分别接限流电路b。
2.根据权利要求1所述的一种改进的双馈风电机组故障穿越保护电路，其特征在于，所述的限流电路a包括限流阻抗，其有三组，每一组的一端与对应旁路电路a一端相连，另一端与对应旁路电路a另一端相连。
3.根据权利要求1所述的一种改进的双馈风电机组故障穿越保护电路，其特征在于，所述的限流电路b包括限流阻抗，其有三组，其有两种接线方式，一种是三角形接法、另一种是星形接法，引出线分别通过对应的旁路电路b接上述三相输入端U1、V1、W1。
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