CN201789467U - 双馈型风力发电机组低电压穿越变频控制系统 - Google Patents

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张大同
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Abstract

本实用新型涉及一种双馈型风力发电机组低电压穿越变频控制系统，其特征在于：其包括一双馈型电机、一变频器、一电网、一撬棒、一泄放电路和一低电压穿越变频器控制模块，所述双馈型电机的输出端经过所述变频器串联至所述电网；所述双馈型电机转子侧并联所述撬棒，且所述变频器内的电网侧变频器与电机侧变频器之间并联所述泄放电路，所述泄放电路与所述撬棒均由所述低电压穿越变频器控制模块控制工作。本实用新型由于采用在风力发电机组变频器控制的基础上加入撬棒，这样当转子电流超过预先设定的保护限值时，可以通过撬棒将多余的能量消耗在撬棒电阻上，从而限制转子电流过流和直流电压过压导致的变频器跳闸。本实用新型可以广泛应用于风电行业中。

Description

双馈型风力发电机组低电压穿越变频控制系统
技术领域
本实用新型涉及一种低电压穿越控制系统，特别是关于一种双馈型风力发电机组低电压穿越变频控制系统。
背景技术
近些年，变速恒频风力发电在兆瓦级风力发电机组中的应用成为了研究的热点。而实际运行的机组中双馈感应发电机(DFIG)成为了主流产品。双馈机组的变频器只需供给转差功率就可以调节机组的转速，从而能更好地利用风能。而且发电系统可以通过改变励磁电流的幅值和相位实现发电机组输出有功、无功功率的独立调节。但是，由于DFIG风力发电系统使用了小容量变频器，因此减弱了系统抵御电网电压跌落的能力。当电网电压跌落到一定数值时，如果不采取任何技术措施，DFIG风力发电系统将会被电网切除，使电网跌落情况更加恶化。因此，如何在电网电压跌落时，使DFIG风力发电系统在国家电网标准下仍能够保持和电网的连接，并且能够对电网提供支撑作用来提高电力系统的稳定性这一问题，急需解决。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种控制效果较好、能有效的在电网电压跌落时实现低电压穿越功能的双馈型风力发电机组低电压穿越变频控制系统。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种双馈型风力发电机组低电压穿越变频控制系统，其特征在于：其包括一双馈型电机、一变频器、一电网、一撬棒、一泄放电路和一低电压穿越变频器控制模块，所述双馈型电机的输出端经过所述变频器串联至所述电网；所述双馈型电机转子侧并联所述撬棒，且所述变频器内的电网侧变频器与电机侧变频器之间并联所述泄放电路，所述泄放电路与所述撬棒均由所述低电压穿越变频器控制模块控制工作。
所述泄放电路包括两电阻和一继电器，第一个所述电阻经所述继电器与第二个所述电阻组成一串联电路，该串联电路与所述电网侧变频器、电机侧变频器并联；所述继电器还与所述电网侧变频器连接。
所述低电压穿越变频器控制模块包括两限值保护启动及判定模块和一投切控制触发模块，所述双馈型电机的转子电流输入其中一所述限值保护启动及判定模块中，与所述限值保护启动及判定模块内预先设定的转子电流保护限值进行比较，并将比较结果输入所述投切控制触发模块内；所述变频器的直流电压输入另一所述限值保护启动及判定模块中，与该限值保护启动及判定模块内预先设定的直流电压保护限值进行比较，比较结果也输入所述投切控制触发模块内；当转子电流和直流电压其中之一超过预先设定的保护限值时，所述投切控制触发模块向所述撬棒和泄放电路发送启动信号；当所述双馈型电机的转子电流与变频器的直流电压均小于预先设定的保护限值时，所述投切控制触发模块向所述撬棒和泄放电路发送切出信号，重新恢复所述变频器控制。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于采用在风力发电机组变频器控制的基础上加入撬棒，这样当转子电流超过预先设定的保护限值时，可以通过撬棒将多余的能量消耗在撬棒电阻上，从而限制转子电流过流和直流电压过压导致的变频器跳闸。2、本实用新型由于采用低电压穿越变频器控制模块进行低电压穿越控制，按照低电压穿越特性给定转矩，从而在低穿过程中限制转子电流，使风电机组更有效地进行低电压穿越。3、本实用新型由于采用了泄放电路与撬棒配合控制，且泄放电路和撬棒均由低电压穿越变频器控制模块控制其投切工作，因此，使得本实用新型具有良好的控制能力，能够为电网跌落时完成低电压穿越功能。本实用新型可以广泛应用于风电行业中。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型的低电压穿越变频器控制模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
如图1所示，本实用新型包括一双馈型电机1、一变频器2、一电网3、一撬棒(Crowbar)4、一泄放电路7和一低电压穿越变频器控制模块8。双馈型电机1的输出端经过变频器2串联至电网3，以实现对电网3供电。其中，双馈型电机1转子侧并联撬棒4，且变频器2内的电网侧变频器5与电机侧变频器6之间并联泄放电路7，泄放电路7与撬棒4均由低电压穿越变频器控制模块8控制其工作。
双馈型电机1将机械能转化成电能后，经变频器2将工频交流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源，以实现对电网3的供电。当电网电压跌落时，通过变频器2内传感器对双馈型电机1的转子电流和变频器2的直流电压进行监测，当双馈型电机1的转子电流和变频器2的直流电压其中之一超过预先设定的保护限值时，则变频器2将低电压穿越信号传输至低电压穿越变频器控制模块8内。低电压穿越变频器控制模块8同时向变频器2内的泄放电路7及撬棒4发送启动信号，此时，由泄放电路7与撬棒4相互配合，这样当转子电流超过预先设定的保护限值时，可以通过撬棒4将多余的能量消耗在撬棒电阻上，从而限制转子电流过流和直流电压过压导致的变频器2跳闸，进而实现了对变频器2的保护功能，使风力发电机组更有效地进行低电压穿越。
上述实施例中，泄放电路7包括两电阻R1、R2和一继电器9，电阻R1经继电器9与电阻R2组成一串联电路，该串联电路与电网侧变频器5、电机侧变频器6并联。其中，继电器9还与电网侧变频器5连接，当接收到低电压穿越变频器控制模块8发送的启动信号后，继电器9打开，则开启泄放电路7。
如图2所示，上述实施例中，低电压穿越变频器控制模块8包括两限值保护启动及判定模块10和一投切控制触发模块11。双馈型电机1的转子电流输入其中一限值保护启动及判定模块10中，与限值保护启动及判定模块10内预先设定的转子电流保护限值进行比较，并将比较结果输入投切控制触发模块11内；变频器2的直流电压输入另一限值保护启动及判定模块10中，与该限值保护启动及判定模块10内预先设定的直流电压保护限值进行比较，比较结果也输入投切控制触发模块11内。当转子电流和直流电压其中之一超过预先设定的保护限值时，投切控制触发模块11即向撬棒4和泄放电路7发送启动信号，撬棒4和泄放电路7投入工作。当双馈型电机1的转子电流与变频器2的直流电压均小于预先设定的保护限值时，投切控制触发模块11向撬棒4和泄放电路7发送切出信号，撬棒4和泄放电路7切出工作，重新恢复变频器2控制，进而实现了本实用新型在低电压穿越过程中能够满足电网规定的区域内不停机，可以连续运行。
综上所述，当电网电压跌落时，由低电压穿越变频器控制模块8中的投切控制触发模块11判断撬棒4和泄放电路7的保护功能投入与停止，使本实用新型在低电压穿越过程满足电网规定的区域内不停机，并且按照低电压穿越特性进行双馈型电机1的转矩给定。此时，转矩大小基本与双馈型电机1转子电流在矢量控制中的q轴分量成正比，在利用转子电流q轴分量控制双馈型电机1电磁转矩的同时也控制了其定子侧有功功率，而定子侧无功功率的调节可通过转子电流在矢量控制中的d轴分量进行控制。就目前国家电网关于风电机组在低电压穿越过程中的无功功率是没做要求的，这样就可以减小转子d轴电流，从而在低穿过程中限制转子电流，使本实用新型的风力发电机组能更有效地进行低电压穿越，进而使得整个风力发电机组在电压跌落过程中保持最优控制。
上述各实施例仅用于说明本实用新型，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种双馈型风力发电机组低电压穿越变频控制系统，其特征在于：其包括一双馈型电机、一变频器、一电网、一撬棒、一泄放电路和一低电压穿越变频器控制模块，所述双馈型电机的输出端经过所述变频器串联至所述电网；所述双馈型电机转子侧并联所述撬棒，且所述变频器内的电网侧变频器与电机侧变频器之间并联所述泄放电路，所述泄放电路与所述撬棒均由所述低电压穿越变频器控制模块控制工作。
2.如权利要求1所述的双馈型风力发电机组低电压穿越变频控制系统，其特征在于：所述泄放电路包括两电阻和一继电器，第一个所述电阻经所述继电器与第二个所述电阻组成一串联电路，该串联电路与所述电网侧变频器、电机侧变频器并联；所述继电器还与所述电网侧变频器连接。
3.如权利要求1或2所述的双馈型风力发电机组低电压穿越变频控制系统，其特征在于：所述低电压穿越变频器控制模块包括两限值保护启动及判定模块和一投切控制触发模块，所述双馈型电机的转子电流输入其中一所述限值保护启动及判定模块中，与所述限值保护启动及判定模块内预先设定的转子电流保护限值进行比较，并将比较结果输入所述投切控制触发模块内；所述变频器的直流电压输入另一所述限值保护启动及判定模块中，与该限值保护启动及判定模块内预先设定的直流电压保护限值进行比较，比较结果也输入所述投切控制触发模块内；当转子电流和直流电压其中之一超过预先设定的保护限值时，所述投切控制触发模块向所述撬棒和泄放电路发送启动信号；当所述双馈型电机的转子电流与变频器的直流电压均小于预先设定的保护限值时，所述投切控制触发模块向所述撬棒和泄放电路发送切出信号，重新恢复所述变频器控制。
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