一種雙饋風力發電低電壓穿越系統的製作方法

2023-12-04 15:40:56 1

本實用新型涉及一種雙饋風力發電低電壓穿越系統，屬於風力發電領域。

背景技術：

在風電產業高速發展的今天，雙饋型風力發電機系統佔據著風力發電裝機容量的主導地位，當發電機連接的電力系統發生電壓跌落時，電機的定、轉子中會出現暫態浪湧電流，幅值可以達到額定電流值的5至6倍。如果不能有效抑制這種暫態電流和電機轉子相連接的變頻器就會因為過電流而退出運行，甚至被損壞，此時電機會由於無法控制勵磁電流而失去對電磁轉矩的控制，之後發電機的轉速會在短時間內快速上升，當轉速達到風力發電機的轉速極限時就會引發剎車系統工作,導致電機退出運行。這種狀態顯然無法滿足日益嚴苛的電網規則對發電系統的要求。

目前，大多數風力發電雙饋機組都採用被動Crowbar電路，其機構如附圖3所示。這種Crowbar電路有一個重大缺點：附圖3中的晶閘管被觸發導通之後,會由於晶閘管是半控型器件，所以在其導通之後無法關斷導通電流使Crowbar電路退出運行，因此發電機組會因為需要大量吸收系統的無功功率而退出運行，因此這種Crowbar電路對於電網故障的一種被動式的終極保護，無法滿足現代電力系統的併網運行要求。

技術實現要素：

本實用新型的技術解決問題：為克服現有技術的不足，提供一種雙饋風力發電低電壓穿越系統，防止系統故障時，風力發電機組和電網分離。

本實用新型的技術解決方案：

一種雙饋風力發電低電壓穿越系統，包括串聯連接的雙饋發電機、機側濾波器、機側變頻器、電網、網側濾波器、網側變頻器及並聯其上的主動crowbar電路，

其中主動crowbar電路包括三相二極體整流橋、放電電阻R1、IGBT和吸收電路，三相二極體整流橋由三路並聯的二極體組成，放電電阻R1與IGBT串聯並連接在三相二極體整流橋兩端，吸收電路連接在IGBT兩端。

吸收電路由吸收電阻R2和二極體並聯，再與吸收電容C1串聯組成。

三相二極體整流橋通過機側濾波器與雙饋發電機的轉子相連。

本實用新型與現有技術相比具有如下有益效果：

本實用新型通過引入主動crowbar電路，在嚴重的電網電壓跌落故障情況下，可以在保證1.5MW雙饋風力發電機組變頻器自身安全的基礎上，實現機組的不脫網運行，在電網故障的情況下，可以使雙饋發電機迅速恢復到可控運行狀態，並能夠對電網提供一定的有功功率和無功功率支持，實現了1.5MW雙饋風力發電系統的低電壓穿越。

附圖說明

圖1為本實用新型系統結構圖；

圖2為本實用新型主動crowbar電路圖；

圖3為現有技術中被動crowbar電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細的描述。

具體結構如圖1所示，一種雙饋風力發電低電壓穿越系統，包括串聯連接的雙饋發電機、機側濾波器、機側變頻器、電網、網側濾波器、網側變頻器及並聯其上的主動crowbar電路，

如圖2所示，其中主動crowbar電路包括三相二極體整流橋1、放電電阻R、IGBT和吸收電路，三相二極體整流橋1由三路並聯的二極體組成，放電電阻R與IGBT串聯並連接在三相二極體整流橋1兩端，吸收電路由吸收電阻R2和二極體並聯，再與吸收電容C1串聯組成，三相二極體整流橋1通過機側濾波器5與雙饋發電機3的轉子相連。在IGBT開關過程中反向恢復電流作用於寄生電感，半導體將承受一個電壓過衝，電壓過衝可能損害半導體，在半導體中並聯一個吸收電路可以降低過電壓,保護IGBT。

當電網電壓發生跌落故障時，定轉子側出現5～6倍額定電流的衝擊電流,同時雙饋發電機輸出功率及轉矩會出現振蕩，系統檢測到轉子過電流後關閉網側變頻器9,開啟主動crowbar電路，這時機側電壓通過三相二極體整流橋1後，被加到放電電阻R1上，消耗多餘的能量，由於主動crowbar電路的作用,定轉子暫態電流開始快速衰減,在此階段輸出有功功率下降,雙饋發電機從電網中吸取一定無功功率，當轉子側電流衰減到一定程度後,系統檢測到機側電壓下降到額定值以下，發出控制信號，關斷IGBT，主動crowbar電路關斷,轉子側變頻器9重新工作,此時根據故障後電網實際電壓進行控制。當電網故障清除後,電網電壓恢復正常,雙饋發電機經過短暫的調節過程後,重新恢復正常運行狀態。在此過程中,轉子電流處於機側變頻器8可控範圍內,因此主動crowbar電路不需要動作。在整個暫態過程中,由於主動crowbar電路的保護作用,機側變頻器8可以一直工作在變頻器容量允許的範圍內。雙饋發電機定子可以始終保持與電網相連,實現了低電壓穿越。

在主動crowbar電路設計中，合理的選取放電電阻R1的阻值比較重要。選取較大的阻值可以使暫態分量衰減更快，但較大的電阻值可能會造成轉子側的過壓進一步升高，使直流母線電容反充電，同時還有可能損壞轉子側變頻器。另外較大阻值的瞬態功耗也比較大，從散熱角度對放電電阻R1的體積也有一定要求。

本實用新型專利針對1.5MW雙饋風力發電系統,經過多次實驗後所選的放電電阻阻值為1歐姆，吸收電阻R2選取阻值為3歐姆，吸收電容270微法,耐壓值1700VDC，在電網故障的情況下，可以使雙饋發電機迅速恢復到可控運行狀態，並能夠對電網提供一定的有功功率和無功功率支持，實現了1.5MW雙饋風力發電系統的低電壓穿越。

本實用新型未作詳細描述內容屬於本領域專業技術人員的公知技術。