CN201904725U - 2mw及以上双馈风力发电机组整机的电网故障穿越系统 - Google Patents

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禹华军
李楠
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Abstract

本实用新型提供了2MW及以上双馈风力发电机组整机的电网故障穿越系统，本系统包括力矩限制器以及分别与变流器系统和变桨系统相连的变流器系统，其中：变流器系统，用于保护发电机和变流器、保持风机不脱网运行、向控制器系统发送故障信号和接收恢复信号；控制器系统，用于向变流器控制器接收故障信号和发送恢复信号，同时向变桨控制器发送控制命令、记录电网故障；变桨系统，用于接收控制器系统发送的控制命令，执行相应变桨动作；力矩限制器设置在联轴器上，用于保护齿轮箱。本实用新型在保证各部件本身具备故障期间的保护动作的同时实现故障期间的不脱网运行，支撑电网，降底机组故障率，从而大大降低机组维护成本。

Description

2MW及以上双馈风力发电机组整机的电网故障穿越系统
技术领域：
本实用新型涉及一种风力发电机组整机的电网故障穿越系统。
技术背景：
现阶段风力发电由于其绿色环保的新能源特性，近几年在国内得到了飞速的发展，大规模的风力发电场在国内已经逐渐的兴建起来。
双馈式风力发电机组是现今风电行业的常用机型，其双馈感应发电机(DFIG)的定子侧直接与电网相连，转子侧通过交-直-交变流器与电网耦合，由于其发电机与电网之间不是完全通过变流器耦合，当电网发生故障会产生如下问题：
电网故障导致风力发电机机端电压跌落，造成发电机定子电流增加。
由于双馈感应发电机转子与定子之间的强耦合，快速增加的定子电流会导致转子电流急剧上升。
由于风力发电机调节速度较慢，故障前期风力发电机吸收的风能不会明显减少，而发电机组由于机端电压降低，不能正常向电网输送电能，即有一部分能量无法输入电网，这些能量由系统内部消化，将导致变流器内部电容充电、直流电压快速升高、电机转子加速、电磁转矩突变等一系列问题。上述问题容易导致变流器系统内元器件的损坏，降低风机使用寿命，同时，由于风机维护困难，将大大提高维护成本。
对于普通双馈风力发电机组，一般不具备电网故障穿越的解决方案，或者只有部分部件如变流器做了应对电网故障的一些硬件或软件保护措施，这种局部保护措施，只能保障部分部件的安全，不能保证双馈机组在电网故障时的整体部件配合度，可靠性低，无法保证实现电网故障穿越特性。
在电网出现故障时，即使只是比较轻微的故障，为保护风力发电设备，风力发电机组也要与电网解列。随着风力发电机容量、风电场规模越来越大，如果大规模风电机组从电网解列，风力发电机组就失去了对电网电压的支撑能力，这可能导致严重的连锁反应，对电网的稳定运行造成严重影响。
发明内容：
本实用新型面对双馈风力发电机组电网故障穿越难题，针对2MW及以上双馈风力发电机组独有的运行特性，提出了2MW及以上双馈风电机组整机的电网故障穿越系统。
本实用新型所述故障穿越系统对风力发电机组变流器系统、控制器系统、联轴器、发电机和变桨系统做优化设计，除了保证各部件本身具备故障期间的保护动作之外，重点解决了整体系统的配合问题，实现双馈风电机组各部件协同工作，在较短的时间内动态切换至故障穿越工作模式，使风电机组真正实现故障期间的不脱网运行，故障之后稳定快速的恢复正常功率输出，可靠性高，实现对电网的支撑作用。
此外，本实用新型所述故障穿越系统在电网故障穿越期间通过对变桨系统的控制降低风轮转速，加上联轴器上的力矩限制器可以限制故障期间产生的转矩突变尖峰值，最终使机组避免转矩的大幅度振荡，结合本系统对变流器及发电机的保护措施，可以延长机组使用寿命，降底机组故障率，从而大大降低机组维护成本。
实现上述目的的技术方案是：
2MW及以上双馈风力发电机组整机的电网故障穿越系统，包括变流器系统、控制器系统、变桨系统、力矩限制器。
上述的电网故障穿越系统中，所述的变流器系统包括与变流器直流测相连的卸载单元、分别与变流器控制器相连的有源crowbar、变流器、UPS供电系统，其中：
卸载单元，用于防止电压跌落导致变流器直流侧电压升高；
有源crowbar，还与变流器转子侧及发电机转子相连，用于防止发电机转子过流；
UPS供电系统，还与并网开关相连，用于电网故障期间短时间供电给变流器控制器及并网开关，保证并网开关不断开，保持风机与电网间的连接；
变流器控制器，还与控制器系统相连，用于向控制器系统发出故障信号和接收恢复信号。
上述的电网故障穿越系统中，所述的控制器系统分别与变流器控制器和变桨控制器相连，用于向变流器控制器接收故障信号和发出恢复信号，同时向变桨控制器发送控制命令以控制风轮变桨，并进行电网故障穿越期间的故障记录。
上述的电网故障穿越系统中，所述的控制器系统内含UPS供电系统，用于在故障穿越期间向控制器系统供电。
上述的电网故障穿越系统中，所述的变桨系统内含蓄电池、变桨控制器，其中：
蓄电池，用于在故障穿越期间向变桨控制器供电；
变桨控制器，与控制器系统相连，用于接收控制器系统发出的控制命令，执行相应变桨动作，调节风轮转速。
上述的电网故障穿越系统中，所述的力矩限制器设在联轴器上，以保证电网故障期间产生的瞬时过转矩不会影响齿轮箱。
上述的电网故障穿越系统中，所述的力矩限制器的设定打滑力矩为额定力矩的1.5-2倍，具体数值由双馈风电机组各自工作特性计算得出。
本实用新型所述的2MW及以上双馈风力发电机组整机的电网故障穿越系统中，变桨系统也可以直接与变流器控制器相连，由变流器控制器直接控制，这种结构也应属于本实用新型保护范围。
附图说明：
附图为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式：
下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
请参阅附图，2MW及以上双馈风力发电机组整机的电网故障穿越系统包括变流器系统、控制器系统、变桨系统、力矩限制器，其中：
变流器系统，包括与变流器直流测相连的卸载单元、分别与变流器控制器相连的有源crowbar、变流器、UPS供电系统，UPS供电系统还与并网开关相连，以保证故障期间风机与电网正常连接，有源crowbar和卸载单元用于保护发电机和变流器，变流器控制器能够向控制器系统发送故障信号和接收恢复信号；
控制器系统，分别与变流器控制器和变桨控制器相连，用于向变流器控制器接收故障信号和发送恢复信号，同时向变桨控制器发送控制命令以控制风轮变桨，并进行电网故障穿越期间的故障记录。
变桨系统，与控制器系统相连，用于接收控制器系统发送的控制命令，执行相应变桨动作，调节风轮转速。
力矩限制器，设置在联轴器上，以保证电网故障期间产生的瞬时过转矩不会影响齿轮箱。
虽然经过对本实用新型结合具体实施例进行描述，对于在本技术领域熟练的人士，根据上文的叙述做出的替代、修改与变化将是显而易见的。因此，在这样的替代，修改和变化落入本实用新型的权利要求的精神和范围内时，应该被包括在本实用新型中。

Claims (2)

1.2MW及以上双馈风力发电机组整机的电网故障穿越系统，包括变流器系统、控制器系统、变桨系统、力矩限制器，其特征在于：所述的变流器系统包括与变流器直流测相连的卸载单元、分别与变流器控制器相连的有源crowbar、变流器、UPS供电系统，其中，有源crowbar还与变流器转子侧及发电机转子相连，用于防止发电机转子过流，UPS供电系统还与并网开关相连，所述的变桨系统内含变桨控制器，以及与变桨控制器相连的蓄电池，所述的控制器系统内含控制器，以及与控制器相连的UPS供电系统，该控制器系统分别与变流器控制器和变桨控制器相连，用于向变流器控制器接收故障信号和发出恢复信号，同时向变桨控制器发送控制命令以控制风轮变桨，并进行电网故障穿越期间的故障记录，所述的力矩限制器设在联轴器上，以保证电网故障期间产生的瞬时过转矩不会影响齿轮箱。
2.根据权利要求1所述的电网故障穿越系统，其特征在于：所述的力矩限制器的设定打滑力矩为额定力矩的1.5-2倍。 
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102901919A (zh) * 2011-07-29 2013-01-30 台达电子企业管理（上海）有限公司 双馈式感应发电系统及其有源撬棍电路的自我测试方法
CN103944188A (zh) * 2014-04-25 2014-07-23 广东工业大学 一种针对含Crowbar装置的双馈风电机组低电压穿越性能改进方法

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