CN202260463U - 双馈式异步风力发电机功率补偿装置 - Google Patents

双馈式异步风力发电机功率补偿装置 Download PDF

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任青
潘理富
熊亭亭
蒋侃
程攀
石顺风
方天戈
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ZHEJIANG HRV ELECTRIC CO., LTD.
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Abstract

本实用新型公开了一种双馈式异步风力发电机功率补偿装置，包括：，用于连接电网PCC接点和风力发电装置的第一变压器；接收电网PCC接点的电压以及第一变压器输出侧的电流，计算得到电网PCC接点的电压变化率和无功功率，输出相应的控制信号给功率单元的控制单元；连接第一变压器的输出端，对电网PCC接点进行无功补偿的功率单元。在常规电网没有发生故障或扰动情况下，控制单元计算网侧和发电机侧所需的无功功率，功率单元作为一个传统的离散的无功补偿装置。网侧的故障导致电压骤降时，控制单元控制功率单元提供足够的无功功率，可以以防止在任何时刻发电机从网侧吸收无功功率，有效防止发电机去磁化和脱网。

Description

双馈式异步风力发电机功率补偿装置
技术领域
本实用新型涉及一种功率补偿装置，尤其涉及一种双馈式异步发电机功率补偿装置。
背景技术
异步风力发电机发电时需要从网侧吸收一定数量的无功功率；也就是说，需要为发电机的感应单元提供一定量的电能。当电网侧或发电设备发生故障，会导致单相或三相电流短路，产生电压骤降。所谓的电压骤降是指网侧的一相或三相电压降低到电网容许的极限，即为额定电压的90％以下，一般在一定时间内可以恢复。
如果电网故障而导致网侧电压下降并且风力发电机感应单元没有能够得到足够的无功补偿，在某些情况下，风力发电机的速度会失去控制，发电机因为过速而必须从电网切出，最终因为感应单元而停止。另外，基于现有的运行条件和结构特征，如果网侧电压突然下降并且那些风力发电机没有能够得到足够的无功补偿，电机转矩下降到无法满足发电机条件(因为这个转矩大致与电压的平方成比例)，最终导致风力发电机减速甚至停止。
除此之外，电压骤降会导致异步风力发电机去磁化，使得发电机启动的励磁电流需求增大。根据目前的研究，如果电压骤降时间超过1秒，启动需要的励磁电流将达到5或6倍的正常启动电流值，这极不利于电压的恢复，反而延长电压恢复时间。因此使感应单元在“电压骤降期”保持磁化就显得很有的意义了，特别是发生三相，两相和单相的短路时，发电机不脱网。
发明内容
本实用新型提供了双馈式异步风力发电机功率补偿装置，可以在网侧电压骤降的环境下对发电机进行无功补偿，防止发电机去磁化和脱网。
一种双馈式异步风力发电机功率补偿装置，包括：
第一变压器，连接电网PCC接点和风力发电装置；
控制单元，接收电网PCC接点的电压以及第一变压器输出侧的电流，计算得到电网PCC接点的电压变化率和无功功率，输出相应的控制信号给功率单元；
功率单元，连接第一变压器的输出端，对电网PCC接点进行无功补偿。
所述的功率单元由第二变压器、变比调节模块和串联电容组组成，所述串联电容组一端接地，另一端通过开关与变比调节模块连接，串联电容组与开关的连接点连接控制单元；变比调节模块的输入端连接控制单元的信号输出端；第二变压器的输入端通过熔断器连接第一变压器的输出端。
在常规电网没有发生故障或扰动情况下，控制单元监测网侧和发电机侧所需的无功功率，功率单元作为一个传统的离散的无功补偿装置。网侧发生故障导致电压骤降时，控制单元控制功率单元提供足够的无功功率，可以防止在任何时刻发电机从网侧吸收无功功率，有效防止发电机去磁化和脱网。
附图说明
图1为本实用新型装置的模块结构示意图；
图2为本实用新型装置的电路原理图。
图3为电网电压骤降的动态曲线；
图4为当出现图3所示电压骤降采用本发明装置后网侧的电压动态曲线。
具体实施方式
如图1所示，电网10的PPC接点通过变压器T1和断路器D1连接风力发电机组200，如图2所示，风力发电机组由升压变压器TP和发电机A组成。
如图1所示的双馈式异步风力发电机功率补偿装置，包括控制单元30、功率单元40，其中控制单元主要包括主控电路和测量回路，测量回路包括熔断器F1、F2和电压互感器PT1，熔断器T2输出端分出三个支路，该三个支路通过熔断器F3、F4、F5与处理器的连接，变压器T1输出端通过电流互感器PT3作为第四个信号输入处理器。其中熔断器F3所在支路测量PPC接点的电压，熔断器F4所在支路测量PPC接点的电压变化率，熔断器F3和电流互感器PT3所在支路共同测量PPC接点的无功功率。
主控电路由信号采集处理单元XDC(I/O)和主控制板AIO组成，信号采集处理单元负责信号的采集与处理，以及与系统的信号交互。主控制板AIO负责控制逻辑的运行，采用Stellaris LM3S6C65微处理器。
功率单元40由变压器T2、变比调节单元以及串联电容组C和开关W组成，串联电容组C和开关W的接点通过电压互感器PT2连接主控电路，该点电压作为第四个信号输入到处理器。功率单元的输入端连接处理器的信号输出端，它输出的信号用于判断功率单元是否对电网PCC接点输送无功功率。变比调节单元40包括电抗60、两个互相反平行的晶闸管50、51，其主要是用多组电容器分组投切的方法，改变变压器T2输入侧的电压水平，从而达到对接入点实行调压。
变压器T2一路通过断路器D2连接风力发电机A，第二路通过电流保护装置70连接断路器D1，电流保护装置70同时也与断路器D2连接，这部分主要起保护作用。
在通常不存在电网故障和扰动时，控制单元20基于输入信号计算网侧和风力发电机所需的无功功率，功率单元40能够作为传统的离散的无功功率补偿器。
当电网因故障而发生电压骤降时，图3为没有功率补偿情况下网侧电压骤降过程中电压U的动态曲线，在t0时刻的瞬时电压为标称电压的20％，t0到t1区间维持在标称电压的20％，t1-t2为第一相电压的恢复区间，t2-t第二相电压的恢复区间(电压恢复到标称值)，第一相电压的恢复区间比第二相电压的恢复区间更持久。
如图4所示，采用本实用新型补偿装置后，在区间t0-t1时间段内，功率单元开始提供防护，无功功率被贮存在电网PCC连接点处，在区间t1-t2，网侧电压恢复到标称电压。
上述装置的工作原理如下：
在线路轻载时，接入点PPC电压较高，无功补偿装置从线路上吸收无功功率，给电容组充电，可限制电网电压升高；在线路重载时，即接入点电压低时发出无功功率，以补偿线路的无功损耗，支持电压水平，从而提高线路的输送容量。

Claims (2)

1.一种双馈式异步风力发电机功率补偿装置，其特征在于，包括：
第一变压器，用于连接电网PCC接点和风力发电装置；
控制单元，接收电网PCC接点的电压以及第一变压器输出侧的电流，计算得到电网PCC接点的电压变化率和无功功率，输出相应的控制信号给功率单元；
功率单元，连接第一变压器的输出端，对电网PCC接点进行无功补偿。
2.根据权利要求1所述的双馈式异步风力发电机功率补偿装置，其特征在于，所述的功率单元由第二变压器、变比调节模块和串联电容组组成，所述串联电容组一端接地，另一端通过开关与变比调节模块连接，串联电容组与开关的连接点连接控制单元；变比调节模块的输入端连接控制单元的信号输出端；第二变压器的输入端通过熔断器连接第一变压器的输出端。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105281339A (zh) * 2014-05-30 2016-01-27 江苏硕阳电子科技有限公司 一种无功补偿装置

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