本發明專利技術涉及一種具備完美可靠低電壓穿越能力的雙饋變流器，所述的雙饋變流器由快速并網開關GK、直流卸荷單元DBU、定子動態耗能單元DPC、暫態無功電流補償單元TSTATCOM、AC/DC整流開關EK、濾波器、PWM整流網側變流器GSC、轉子側逆變變流器RSC及控制器KZQ，這種雙饋變流器設有A端口、B端口、C端口，其中A端口與雙饋風力發電機定子連接，B端口與電網連接，C端口與雙饋發電機轉子連接；定子動態耗能單元DPC的由A端口與雙饋發電機定子連接，直流卸荷單元與GSC和RSC的公共直流母線連接，暫態無功電流補償單元TSTATCOM與電網側連接，AC/DC整流開關EK的交流端與雙饋發電機定子連接，直流端與公共直流母線相連接；雙饋變流器各部分的工作狀態均由控制器KZQ發出的信號控制。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術設計一種具備完美低電壓穿越功能的雙饋風力發電機組變流器裝置，適用于雙饋風力發電機組。
技術介紹
隨著風力發電的迅速發展，風電裝機容量不斷增大，在發電容量中所占的比例也不斷提高。當電力系統中風電裝機容量比例較大時，電力系統故障導致電壓跌落后，風電場切除會嚴重影響系統運行的穩定性。有研究表明，當風力發電機具有低電壓穿越(LowVoltage Ride Through，LVRT)能力時，能提高整個電力系統的穩定性。因此世界上風電裝機比例較大的國家，如丹麥、德國、美國等頒布的風電并網規定中，都要求風電機組都具備LVRT能力，保證電力系統發生故障后風電機組能夠不間斷并網運行。 盡管各國對風電機組低電壓穿越能力的要求各不相同，但都包含如下幾個方面的內容，以我國頒布的風電場接入電力系統技術規定(GBT_19963-2011)為例 a)風電場必須具有在電壓跌至20%額定電壓時能夠維持并網運行625ms的低電壓穿越能力； b)風電場電壓在發生跌落后2s內能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場必須保持并網運行； c)風電場升壓變高壓側電壓不低于額定電壓的90%時，風電場必須不間斷并網運行。d)有功功率在故障清除后應快速恢復，自故障清除時刻開始，以至少10%額定功率/秒的功率變化率恢復至故障前的值。e)當風電場并網點電壓處于標稱電壓的20% 90%區間內時，風電場應能夠通過注入無功電流支撐電壓恢復；自并網點電壓跌落出現的時刻起，動態無功電流控制的響應時間不大于75ms，持續時間應不少于550ms。風電場注入電力系統的動態無功電流IT彡I. 5X (O. 9-UT) IN，(O. 2彡UT彡O. 9)。其中UT為風機機端并網點電壓有效值。如附圖I所示，目前市場上絕大多數的雙饋變流器目前可以通過在轉子側加入有源Crowbar (Active Crowbar)或直流母線加Chopper來使其具備LVRT能力，存在以下缺點一是控制比較復雜，穿越過程中需要從電網吸收無功功率，風場電壓在恢復時存在的高電壓仍會使雙饋變流器故障脫網，特別在風場電壓不對稱跌落、雙饋發電機轉速接近同步速時不容易順利穿越。二是這種方案還需要風力發電機組主控系統和變槳系統的密切配合，要實現整個機組的低電壓順利穿越是一件很復雜的事情。三是這種方案在電網電壓跌落會對機械傳動系統造成較大的轉矩沖擊和震蕩，影響機械部分的使用壽命甚至導致損壞。四是在有功功率恢復速度、動態無功電流響應速度和無功電流容量方面都很難滿足GBT_19963-2011的要求。因此設計一種能夠保證雙饋風力發電機組能夠在任何電壓跌落情況下都能夠順利穿越的新型雙饋變流器，對于電網和機組的穩定運行有著十分重要的意義。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對目前傳統雙饋變流器在電網電壓跌落進行低電壓穿越時沖擊轉矩大、可靠性差等問題，提供一種新穎的使雙饋風電機組具有完美低電壓穿越能力的雙饋變流器和其控制方法，適用于各種雙饋發電機組。本專利技術是這樣實現的一種具備可靠低電壓穿越能力的新型雙饋變流器，設有A端口、B端口、C端口，其特征在于，雙饋變流器包括定子側動態耗能單元DPC、網側變流器GSC、機側變流器RSC、直流卸荷單元DBU、并網快速開關GK、暫態無功電流補償單元TSTATCOM (Transient STATCOM)、AD/DC整流開關ΕΚ、網側濾波器LB和控制器KZQ ;其中 定子側動態耗能單元DPC、AC/DC整流開關EK的一端以及并網快速開關GK的一端通過A端口直接與雙饋發電機的定子連接；暫態無功電流補償單元TSTATCOM的交流端由B端口與電網側連接；網側變流器GSC的交流側經過濾波器LB通過B端口與電網連接，機側變流器RSC的交流側由C端口與雙饋發電機的轉子連接，網側變流器GSC與機側變流器RSC之間為公共直流母線，直流卸荷單元DBU位于公共直流母線上；并網快速開關GK串接在A端口與B端口之間；AC/DC整流開關EK的交流端通過A端口與定子側連接，直流端與公共直流母線連接； 所述的定子側動態耗能單元DPC、網側變流器GSC和機側變流器RSC、直流卸荷單元DBU、并網快速開關GK、暫態無功電流補償單元TSTATC0M、AC/DC整流開關EK的工作狀態均受控于控制器KZQ。在本專利技術中，并網快速開關GK包括晶閘管或功率器件組合后的雙向交流開關DW，配有快速關斷電路，通過控制器KZQ進行電流檢測和保護。在本專利技術中，所述的直流卸荷單元DBU由IGBT模塊與功率電阻R組成，所述的直流卸荷單元DBU同時連接在網側變流器GSC和機側變流器RSC的直流母線正負極之間。 在本專利技術中，所述暫態無功電流補償單元TSTATCOM至少由兩組相同的無功電流補償基本單元并聯組成，每個基本單元由全控器件組成的三相PWM逆變器與濾波電感組成。在本專利技術中，所述的AC/DC整流開關EK為三相整流橋，三相整流橋采用不控整流橋或半控整流橋或采用全控整流橋； 采用不控整流橋時，其直流輸出將串聯IGBT等類型的可關斷器件，通過控制可關斷器件的通斷來實現AC/DC整流開關的控制； 采用半控整流橋或全控整流橋時，直接通過橋臂上的功率器件的驅動脈沖來實現AC/DC整流開關的控制。在本專利技術中，所述的濾波器LB由電感、電容組成的Π型LCL濾波器或LC濾波器。在本專利技術中，定子側動態耗能單元DPC采用三相雙向可控硅或其他可控功率器件構成的雙向交流開關DW與功率電阻R組成；或采用三相不控整流橋ZL與直流卸荷單元DBU組成；或采用上述兩種結構的復合形式。本專利技術的優點在于當電網正常工作時，并網前禁止使能定子側動態耗能單元DPC、AC/DC整流開關EK以及暫態無功電流補償單元TSTATCOM，啟動網側變流器GSC和轉子側變流器RSC后，雙饋變流器處于定子電壓并網控制模式。當控制并網斷路器兩側的定子電壓幅值、頻率、相位與電網電壓一致時合上快速并網開關GK，此時雙饋變流器進入并網功率控制模式。當電網電壓發生跌落故障時，雙饋變流器控制器KZQ將快速檢測到電網電壓跌落，在Ims內立即切斷快速并網開關GK，使電網故障和雙饋發電機隔離，轉子側RSC控制策略將快速切換為定子電壓控制模式，使定子電壓的幅值和電網電壓跌落前相同，頻率及相位跟隨當前電網電壓的變化。同時網側變流器GSC和暫態無功電流補償單元TSTATCOM將根據跌落程度發出一定大小的無功電流，支持電網電壓快速恢復。定子側動態耗能單元DPC將根據主控下發的功率命令進行控制，用于消耗風電機組輸出的有功功率，使傳動鏈不受任何沖擊，傳輸的功率保持平穩變化。當電網電壓恢復時，雙饋變流器控制器KZQ檢測到電 網電壓恢復到正常時，禁止定子側動態耗能單元。轉子側變流器RSC控制定子電壓與當前電網的幅值、頻率、相位一致后，合上快速并網開關GK，轉子側變流器RSC控制模式由定子電壓控制模式切換為并網功率控制模式，風力發電機組的有功功率可以快速恢復到跌落前的正常水平。按照我國頒布的風電場接入電力系統技術規定，風電場電壓在發生跌落后2s內能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場必須保持并網運行。雙饋變流器會記錄故障的持續時間，如果持續時間超過2s，雙饋變流器將停止運行，同時風力發電機也可以脫網。如果持續時間在2s以內，雙饋本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種具備可靠低電壓穿越能力的雙饋變流器，設有A端口、B端口、C端，其特征在于，雙饋變流器包括定子側動態耗能單元DPC、PWM整流網側變流器GSC、機側逆變變流器RSC、直流卸荷單元DBU、并網快速開關GK、暫態無功電流補償單元TSTATCOM、AD/DC整流開關EK、網側濾波器LB和控制器KZQ；其中：定子側動態耗能單元DPC、AC/DC整流開關EK的一端以及并網快速開關GK的一端通過A端口直接與雙饋發電機的定子連接；暫態無功電流補償單元TSTATCOM的交流端由B端口與電網側連接；網側變流器GSC的交流側經過濾波器LB通過B端口與電網連接，機側變流器RSC的交流側由C端口與雙饋發電機的轉子連接，網側變流器GSC與機側變流器RSC之間為公共直流母線，直流卸荷單元DBU位于公共直流母線上；并網快速開關GK？串接在A端口與B端口之間；AC/DC整流開關EK的交流端通過A端口與定子側連接，直流端與公共直流母線連接；所述的定子側動態耗能單元DPC、網側變流器GSC和機側變流器RSC、直流卸荷單元DBU、并網快速開關GK、暫態無功電流補償單元TSTATCOM、AC/DC整流開關EK的工作狀態均受控于控制器KZQ。...
【技術特征摘要】
1.一種具備可靠低電壓穿越能力的雙饋變流器，設有A端口、B端口、C端，其特征在于，雙饋變流器包括定子側動態耗能單元DPC、PWM整流網側變流器GSC、機側逆變變流器RSC、直流卸荷單元DBU、并網快速開關GK、暫態無功電流補償單元TSTATCOM、AD/DC整流開關EK、網側濾波器LB和控制器KZQ ;其中 定子側動態耗能單元DPC、AC/DC整流開關EK的一端以及并網快速開關GK的一端通過A端口直接與雙饋發電機的定子連接；暫態無功電流補償單元TSTATCOM的交流端由B端口與電網側連接；網側變流器GSC的交流側經過濾波器LB通過B端口與電網連接，機側變流器RSC的交流側由C端口與雙饋發電機的轉子連接，網側變流器GSC與機側變流器RSC之間為公共直流母線，直流卸荷單元DBU位于公共直流母線上；并網快速開關GK串接在A端口與B端口之間；AC/DC整流開關EK的交流端通過A端口與定子側連接，直流端與公共直流母線連接； 所述的定子側動態耗能單元DPC、網側變流器GSC和機側變流器RSC、直流卸荷單元 DBU、并網快速開關GK、暫態無功電流補償單元TSTATCOM、AC/DC整流開關EK的工作狀態均受控于控制器KZQ。2.根據權利要求I所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋變流器，其特征在于，并網快速開關GK包括晶閘管或功率器件組合后的雙向交流開關DW，配有快速關斷電路，通過控制器KZQ進行電流檢測和保護。3.根據權利要求I所述的具備可靠低電壓穿越能力的雙饋變流器，其特征在于，所述的直流卸荷單元DBU由IGBT模塊與功率電阻R組成，所述的直流卸荷單元DBU同時連接在網側變流器GSC和機側變流器RSC的直流母線正負...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王中，廖恩榮，黃曉輝，李志國，辛志遠，
申請(專利權)人：南京颶能電控自動化設備制造有限公司，
類型：發明
國別省市：
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