专利名称：基于变流器的风力发电机组低电压穿越控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电机组的低电压穿越控制系统。
背景技术：
随着风电机组安装容量的不断上升，风电系统在电网故障情况下的运行变得尤为 重要，同时电网导则要求风电机组在电网电压瞬间跌落一定范围内不脱网运行。因为电压 跌落会给电机带来一系列暂态过程，如出现过电压、过电流、或者转速上升等，严重危害风 机本身及其控制系统的安全运行，所以，一般情况下若电网出现故障时风机就被实施被动 式自我保护而立即解列，并不考虑故障的持续时间和严重程度，这样能最大限度的保障风 机的安全。在风力发电的电网穿透功率较低时是可以接受的，然而，当风电在电网中占有较 大比重时，若风机在电压跌落时仍采取被动保护式解列，则会增加整个系统的恢复难度，甚 至可能加剧故障，最终导致系统其它机组全部解列；同时，系统潮流的大幅变化，甚至可能 弓丨起大面积的停电，而带来频率的稳定问题。电网导则要求的低电压穿越LVRT，指在风机并网点电压跌落的时候，风机能够保 持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越” 这个低电压时间区域。电网跌落幅度越深，要求在网时间越短。国内外学者对于双馈风机的低电压穿越特性进行了深入的研究，并且提出了好的 解决方案，但是对于定桨距失速型风机的低电压穿越一直没有一个很好的解决方法。对于 现在已经在现场大量运行的定桨距风电机组，无论对于风电场的业主还是风机制造商，风 电机组的低电压穿越改造问题亟待解决。风机出口端并联无功功率补偿器的改造方案，由于无功功率补偿器的补偿效果和 其所连接的风机出口端的电压二次方成正比的关系，所以当电网故障电压跌落的时候，无 功功率补偿器的补偿效果受到很大的限制。电压跌落的时候，机组产生的有功功率无法送 入电网，同时又无法使得机组发出的有功功率快速消耗掉，积蓄的有功能量最终使得机组 的转速快速大幅上升；在电压恢复时，发电机的转矩大幅震荡，对发电机的齿轮箱产生非常 严重的危害。使用这种改造方案，只能完成电压较低程度的跌落情况，对于深度的电压跌 落，无法完成。
发明内容
为了克服已有的风力发电机组的低电压穿越控制方式的无法适应深度电压跌落 场合、稳定性差的不足，本发明提供一种有效适应深度电压跌落场合、稳定性良好的基于变 流器的风力发电机组低电压穿越控制系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种基于变流器的风力发电机组低电压穿越控制系统，包括变流器、变流器控制器和 低电压穿越主控制器，所述变流器和辅断路器串联成受控支路，风力发电机组和电网之间 的主断路器和所述受控支路并联，所述变流器包括整流器、逆变器和电容，所述整流器和逆
3变器之间设有直流正极母线和直流负极母线，所述直流正极母线和直流负极母线之间连接 电容和卸荷电阻，所述卸荷电阻和电容并联，所述卸荷电阻与用以控制投切所述卸荷电阻 的受控阀串联，所述受控阀与所述变流器控制器连接，所述电网端连接交流电压检测器，所 述直流正极母线和直流负极母线之间连接直流电压检测器，所述交流电压检测器、直流电 压检测器均与所述低电压穿越主控制器连接，所述低电压穿越主控制器与所述变流器控制 器、主断路器和辅断路器连接；所述低电压穿越主控制器包括启动控制模块，不仅用以监 视电网电压跌落后，风机主断路器和变流器辅断路器的通断，同时用以当检测到直流电压 超于预设直流电压阈值时，向所述变流器控制器发出闭合所述受控阀的指令；风力发电机 组重新投切控制模块，用以当检测到交流电压恢复时，向所述变流器控制器发出调节励磁 电流大小、相位和频率的控制指令，当风力发电机组的定子电压的相位、大小和频率与电网 电压的相位、大小和频率对应时，向主断路器发出闭合指令，并向辅断路器发出断开指令， 以及向变流器控制器发出断开所述受控阀的指令。作为优选的一种方案所述受控阀为IGBT开关。本发明的技术构思为定桨距失速风机在低电压穿越的过程中，电网的电压降低， 导致机组对外的电能量输送能力下降，风机和电力系统连接
图1及其等值电路图2。图1中，G代表风力发电机，L代表风机与箱变之间的电缆，T代表风机的箱变。在电力系统中，输电线路传递有功功率的能力为
EU . ι 、 Pt = ~-~ sin 3 式(1) X
其中込为机组出口端电压； V为风机箱变高压侧的电压，也指所说的电网电压； I为传输阻抗，X = Xll+Xt ；
δ为机组出口端电压 和电网电压之间的相位差。电网电压的跌落一般都发生在中高压线路，在这样的情况下风机箱变高压侧的电
压&是跌落的，由于风力发电机需要完成低电压穿越，风力发电机出口的断路器执行断开
以维持风机出口端的电压稳定。在电压深度跌落时，由于线路的输电能力大大下降，导致电 压跌落过程中，在机组积聚了非常大的动能。低电压穿越过程中，定桨距失速风力发电机叶轮上积聚的机械能量无法对外输 送，也无法像变桨机组通过调整桨叶角度减小叶轮吸收的风能量，因而，电压跌落期间机组 无法对外输送的电能就作为机械能在叶轮上累积，造成叶轮转速升高，严重时导致飞车。为 了解决在电压跌落过程中能量的释放问题，在低电压过程中使用变流器，控制风力发电机 侧的变流器在直流侧电容上储存一定的能量，但是电容储存能量的能力是有限的。为了保 护风电机组侧变流器和直流侧，设定直流母线电压超过设定值时，将剩余能量消耗在变流 器的直流电阻上，并由网侧变流器向电网传递部分能量，但因为变压器后端电压取决于电 网电压跌落深度，因而网侧变流器传递的电能量是受限的，电阻R将承担消耗能量的主要 责任，总的控制原理框图3。变频器PMW控制可以控制风机流入电网的有功功率和无功功率。在d-q-Ο坐标系下，通过调节能表征电网侧变频器1、风机侧变频器2的调制比和相位差的控制参数 約,札《2,夠来实现对风机励磁电压+J )的控制和直流电容器电压及并网母线电压 的调整。变频器直流电容器动态方程为
权利要求
1.一种基于变流器的风力发电机组低电压穿越控制系统，其特征在于所述低电压穿 越控制系统包括变流器、变流器控制器和低电压穿越主控制器，所述变流器和辅断路器串 联成受控支路，风力发电机组和电网之间的主断路器和所述受控支路并联，所述变流器包 括整流器、逆变器和电容，所述整流器和逆变器之间设有直流正极母线和直流负极母线，所 述直流正极母线和直流负极母线之间连接电容和卸荷电阻，所述卸荷电阻和电容并联，所 述卸荷电阻与用以控制投切所述卸荷电阻的受控阀串联，所述受控阀与所述变流器控制器 连接，所述电网端连接交流电压检测器，所述直流正极母线和直流负极母线之间连接直流 电压检测器，所述交流电压检测器、直流电压检测器均与所述低电压穿越主控制器连接，所 述低电压穿越控制器与所述变流器控制器、主断路器和辅断路器连接；所述低电压穿越控 制器包括启动控制模块，不仅用以监视电网电压跌落后，风机主断路器和变流器辅断路器的通 断，同时用以当检测到直流电压超于预设直流电压阈值时，向所述变流器控制器发出闭合 所述受控阀的指令；风力发电机组重新投切控制模块，用以当检测到交流电压恢复时，向所述变流器控制 器发出调节励磁电流大小、相位和频率的控制指令，当风力发电机组的定子电压的相位、大 小和频率与电网电压的相位、大小和频率对应时，向主断路器发出闭合指令，并向辅断路器 发出断开指令，以及向变流器控制器发出断开所述受控阀的指令。
2.如权利要求1所述的基于变流器的风力发电机组低电压穿越控制系统，其特征在 于所述受控阀为IGBT开关。
全文摘要
一种基于变流器的风力发电机组低电压穿越控制系统，包括变流器、变流器控制器和低电压穿越主控制器，变流器和辅断路器串联成受控支路，风力发电机组和电网之间的主断路器和受控支路并联，整流器和逆变器之间设有直流正极母线和直流负极母线，直流正极母线和直流负极母线之间连接电容和卸荷电阻，卸荷电阻和电容并联，卸荷电阻与受控阀串联，受控阀与变流器控制器连接，电网端连接交流电压检测器，直流正极母线和直流负极母线之间连接直流电压检测器，交流电压检测器、直流电压检测器均与低电压穿越主控制器连接，低电压穿越控制器与变流器控制器、主断路器和辅断路器连接。本发明有效适应深度电压跌落场合、稳定性良好。
文档编号H02J3/12GK102005779SQ20101054773
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者杨靖, 许国东 申请人:浙江运达风电股份有限公司