CN206164111U - 一种双馈风力发电低电压穿越系统 - Google Patents

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黄玉龙
王潞钢
李鹏飞
王言徐
冯其塔
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Abstract

本实用新型公开了一种双馈风力发电低电压穿越系统，包括串联连接的双馈发电机(3)、机侧滤波器(5)、机侧变频器(8)、电网(4)、网侧滤波器(6)、网侧变频器(9)及并联其上的主动crowbar电路，其中主动crowbar电路包括三相二极管整流桥(1)、放电电阻R1、IGBT(2)和吸收电路，三相二极管整流桥(1)由三路并联的二极管组成，放电电阻R1与IGBT(2)串联并连接在三相二极管整流桥(1)两端，吸收电路连接在IGBT(2)两端。本实用新型通过引入主动crowbar电路，在严重的电网电压跌落故障情况下，可以在保证1.5MW双馈风力发电机组变频器自身安全的基础上，实现机组的不脱网运行，在电网故障的情况下，可以使双馈发电机迅速恢复到可控运行状态，并能够对电网提供一定的有功功率和无功功率支持。

Description

一种双馈风力发电低电压穿越系统
技术领域
本实用新型涉及一种双馈风力发电低电压穿越系统，属于风力发电领域。
背景技术
在风电产业高速发展的今天，双馈型风力发电机系统占据着风力发电装机容量的主导地位，当发电机连接的电力系统发生电压跌落时，电机的定、转子中会出现暂态浪涌电流，幅值可以达到额定电流值的5至6倍。如果不能有效抑制这种暂态电流和电机转子相连接的变频器就会因为过电流而退出运行，甚至被损坏，此时电机会由于无法控制励磁电流而失去对电磁转矩的控制，之后发电机的转速会在短时间内快速上升，当转速达到风力发电机的转速极限时就会引发刹车系统工作,导致电机退出运行。这种状态显然无法满足日益严苛的电网规则对发电系统的要求。
目前，大多数风力发电双馈机组都采用被动Crowbar电路，其机构如附图3所示。这种Crowbar电路有一个重大缺点：附图3中的晶闸管被触发导通之后,会由于晶闸管是半控型器件，所以在其导通之后无法关断导通电流使Crowbar电路退出运行，因此发电机组会因为需要大量吸收系统的无功功率而退出运行，因此这种Crowbar电路对于电网故障的一种被动式的终极保护，无法满足现代电力系统的并网运行要求。
实用新型内容
本实用新型的技术解决问题：为克服现有技术的不足，提供一种双馈风力发电低电压穿越系统，防止系统故障时，风力发电机组和电网分离。
本实用新型的技术解决方案：
一种双馈风力发电低电压穿越系统，包括串联连接的双馈发电机、机侧滤波器、机侧变频器、电网、网侧滤波器、网侧变频器及并联其上的主动crowbar电路，
其中主动crowbar电路包括三相二极管整流桥、放电电阻R1、IGBT和吸收电路，三相二极管整流桥由三路并联的二极管组成，放电电阻R1与IGBT串联并连接在三相二极管整流桥两端，吸收电路连接在IGBT两端。
吸收电路由吸收电阻R2和二极管并联，再与吸收电容C1串联组成。
三相二极管整流桥通过机侧滤波器与双馈发电机的转子相连。
本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：
本实用新型通过引入主动crowbar电路，在严重的电网电压跌落故障情况下，可以在保证1.5MW双馈风力发电机组变频器自身安全的基础上，实现机组的不脱网运行，在电网故障的情况下，可以使双馈发电机迅速恢复到可控运行状态，并能够对电网提供一定的有功功率和无功功率支持，实现了1.5MW双馈风力发电系统的低电压穿越。
附图说明
图1为本实用新型系统结构图；
图2为本实用新型主动crowbar电路图；
图3为现有技术中被动crowbar电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
具体结构如图1所示，一种双馈风力发电低电压穿越系统，包括串联连接的双馈发电机、机侧滤波器、机侧变频器、电网、网侧滤波器、网侧变频器及并联其上的主动crowbar电路，
如图2所示，其中主动crowbar电路包括三相二极管整流桥1、放电电阻R、IGBT和吸收电路，三相二极管整流桥1由三路并联的二极管组成，放电电阻R与IGBT串联并连接在三相二极管整流桥1两端，吸收电路由吸收电阻R2和二极管并联，再与吸收电容C1串联组成，三相二极管整流桥1通过机侧滤波器5与双馈发电机3的转子相连。在IGBT开关过程中反向恢复电流作用于寄生电感，半导体将承受一个电压过冲，电压过冲可能损害半导体，在半导体中并联一个吸收电路可以降低过电压,保护IGBT。
当电网电压发生跌落故障时，定转子侧出现5～6倍额定电流的冲击电流,同时双馈发电机输出功率及转矩会出现振荡，系统检测到转子过电流后关闭网侧变频器9,开启主动crowbar电路，这时机侧电压通过三相二极管整流桥1后，被加到放电电阻R1上，消耗多余的能量，由于主动crowbar电路的作用,定转子暂态电流开始快速衰减,在此阶段输出有功功率下降,双馈发电机从电网中吸取一定无功功率，当转子侧电流衰减到一定程度后,系统检测到机侧电压下降到额定值以下，发出控制信号，关断IGBT，主动crowbar电路关断,转子侧变频器9重新工作,此时根据故障后电网实际电压进行控制。当电网故障清除后,电网电压恢复正常,双馈发电机经过短暂的调节过程后,重新恢复正常运行状态。在此过程中,转子电流处于机侧变频器8可控范围内,因此主动crowbar电路不需要动作。在整个暂态过程中,由于主动crowbar电路的保护作用,机侧变频器8可以一直工作在变频器容量允许的范围内。双馈发电机定子可以始终保持与电网相连,实现了低电压穿越。
在主动crowbar电路设计中，合理的选取放电电阻R1的阻值比较重要。选取较大的阻值可以使暂态分量衰减更快，但较大的电阻值可能会造成转子侧的过压进一步升高，使直流母线电容反充电，同时还有可能损坏转子侧变频器。另外较大阻值的瞬态功耗也比较大，从散热角度对放电电阻R1的体积也有一定要求。
本实用新型专利针对1.5MW双馈风力发电系统,经过多次实验后所选的放电电阻阻值为1欧姆，吸收电阻R2选取阻值为3欧姆，吸收电容270微法,耐压值1700VDC，在电网故障的情况下，可以使双馈发电机迅速恢复到可控运行状态，并能够对电网提供一定的有功功率和无功功率支持，实现了1.5MW双馈风力发电系统的低电压穿越。
本实用新型未作详细描述内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种双馈风力发电低电压穿越系统，其特征在于，包括串联连接的双馈发电机(3)、机侧滤波器(5)、机侧变频器(8)、电网(4)、网侧滤波器(6)、网侧变频器(9)及并联其上的主动crowbar电路，
其中主动crowbar电路包括三相二极管整流桥(1)、放电电阻R1、IGBT(2)和吸收电路，三相二极管整流桥(1)由三路并联的二极管组成，放电电阻R1与IGBT(2)串联并连接在三相二极管整流桥(1)两端，吸收电路连接在IGBT(2)两端。
2.如权利要求1所述的一种双馈风力发电低电压穿越系统，其特征在于，吸收电路由吸收电阻R2和二极管并联，再与吸收电容C1串联组成。
3.如权利要求1所述的一种双馈风力发电低电压穿越系统，其特征在于，三相二极管整流桥(1)通过机侧滤波器(5)与双馈发电机(3)的转子相连。
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