专利名称：风力发电低电压穿越调节装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种低电压穿越调节装置。
背景技术：
随着风力发电技术的快速发展，单机容量的不断增大，风力发电机组对电网的影 响越来越受到关注，当风力发电占到系统总容量的相当成分时，就必须面对风电机组对电 网稳定性的影响问题。目前，风力发电在电力系统中的比重逐渐增大，很多国家制订了新的 风电并网规则，为适应新的电网规则对并网风电低电压穿越与无功支持功能的要求，风电 机组必须采取相应的措施对其进行分析和应对，我国也将会有类似的电网规则出台。低电压穿越(LVRT)能力是指在风机并网点电压跌落时，风机能够保持并网，甚至 向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时段。电压跌落 会给电机带来一系列暂态过程，如出现过电压、过电流或转速上升等，严重危害风机本身及 其控制系统的安全运行。一般情况下若电网出现故障，风机就实施被动式自我保护而立即 解列，而不考虑故障的持续时间和严重程度，这样能最大限度保障风机的安全。但这会增加 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，因此必须采取 有效的LVRT措施，以维护风场电网的稳定。近几年来，在很多风力较弱、地形复杂且受运输、安装条件限制的风电场，兆瓦级 以下的恒速异步风电机组有非常大的市场需求量。恒速异步风电机组具有结构简单、技术 成熟、后期维护费用低等优点，但其简单的结构使得应对低电压穿越所能采取的措施也很 有限，且无法提供无功功率来支持电网恢复。
实用新型内容本实用新型为了解决现有恒速异步风电机组结构简单在应对低电压穿越所能采 取的措施也很有限，且无法提供无功功率来支持电网恢复问题，而提出风力发电低电压穿 越调节装置。风力发电低电压穿越调节装置，它包括复合交流开关模块、阻抗网络模块、无功发 生补偿模块和控制模块；所述复合交流开关模块由三个相同的单相交流开关和三个相同的 检修开关组成；所述一个单相交流开关和一个检修开关组成一个开关组；所述每个开关组 内的单相交流开关和检修开关并联连接；所述阻抗网络模块由三个相同的阻抗单元组成； 所述复合交流开关模块、阻抗网络模块和无功发生补偿模块均分别装设在电网侧和负载侧 之间的三相电力母线上；所述阻抗网络模块的三个相同的阻抗单元分别串接在三相电力母 线的A相母线、B相母线和C相母线上；所述每个单相交流开关与一个阻抗单元并联连接； 所述无功发生补偿模块并联在三相电力母线上，所述控制模块的六路开关控制信号输出端 与复合交流开关模块的六路开关控制信号输入端相连，所述控制模块的六路无功发生控制 信号输出端与无功发生补偿模块的六路无功发生控制信号输入端相连。本实用新型有效地消除了恒速异步风电机组结构简单在应对低电压穿越所能采
4取的措施有限和无法提供无功功率来支持电网恢复问题。本实用新型具有如下优点；1、通 过采用电流补偿的方式实现稳压，不但提高了装置的可靠性，还降低装置成本；2、无功发生 补偿模块3的投入可给电网提供无功支撑；3、通过采用不对称电流补偿方式，可抑制电压 不平衡；4、在三相电力母线上串联阻抗网络模块2可吸收暂态能量，抑制冲击电流，保护电 力设备的安全运行；5、通过串联阻抗网络模块2和无功发生补偿模块3配合可动态调节末 端电压。本实用新型可广泛适用于对风力发电系统以及电压质量要求较高的场合。
图1为具体实施方式
一的结构示意图；图2为具体实施方式
二的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图1说明本实施方式，本实施方式包括复合交流开关模块 1、阻抗网络模块2、无功发生补偿模块3和控制模块4 ；所述复合交流开关模块1由三个相 同的单相交流开关11和三个相同的检修开关12组成；所述一个单相交流开关11和一个检 修开关12组成一个开关组；所述每个开关组内的单相交流开关11和检修开关12并联连 接；所述阻抗网络模块2由三个相同的阻抗单元21组成；所述复合交流开关模块1、阻抗网 络模块2和无功发生补偿模块3均分别装设在电网侧和负载侧之间的三相电力母线上；所 述阻抗网络模块2的三个相同的阻抗单元21分别串接在三相电力母线的A相母线、B相母 线和C相母线上；所述每个单相交流开关11与一个阻抗单元21并联连接；所述无功发生补 偿模块3并联在三相电力母线上，所述控制模块4的六路开关控制信号输出端与复合交流 开关模块1的六路开关控制信号输入端相连，所述控制模块4的六路无功发生控制信号输 出端与无功发生补偿模块3的六路无功发生控制信号输入端相连。
具体实施方式
二 结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一不同 点在于它还增加了多个复合交流开关模块1和多个阻抗网络模块2 ；所述多个复合交流开 关模块1的结构和装设方式均相同；所述多个阻抗网络模块2的结构和装设方式均相同； 所述每个阻抗网络模块2由三个相同的阻抗单元21组成；所述多个复合交流开关模块1和 多个阻抗网络模块2均分别装设在电网侧和负载侧之间的三相电力母线上；所述每个阻抗 网络模块2的三个相同的阻抗单元21分别串接在三相电力母线的A相母线、B相母线和C 相母线上；所述每个复合交流开关模块1的每个单相交流开关11与一个阻抗单元21并联 连接。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同点在于它还增加了多个复合 交流开关模块1、多个阻抗网络模块2和多个无功发生补偿模块3 ；所述多个复合交流开关 模块1的结构和装设方式均相同；所述多个阻抗网络模块2的结构和装设方式均相同；所 述多个无功发生补偿模块3的结构和装设方式均相同；所述每个阻抗网络模块2由三个相 同的阻抗单元21组成；所述多个复合交流开关模块1、多个阻抗网络模块2和多个无功发 生补偿模块3均分别装设在电网侧和负载侧之间的三相电力母线上；所述每个阻抗网络模 块2的三个相同的阻抗单元21分别串接在三相电力母线的A相母线、B相母线和C相母线 上；所述每个复合交流开关模块1的每个单相交流开关11与一个阻抗单元21并联连接；所 述每个无功发生补偿模块3并联在三相电力母线上。其它组成和连接方式与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一、 二或三不同点在于复合交流开关模块1的单相交流开关11采用双向晶闸管式交流开关。其 它组成和连接方式与具体实施方式
一、二或三相同。
具体实施方式
五结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
四不同 点在于无功发生补偿模块3采用有源无功发生补偿模块或无源无功发生补偿模块。其它组 成和连接方式与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
四的不同点在于无功发生补偿模块 3由三个相同的单相无功补偿单元31组成；所述三个相同的单相无功补偿单元31的连接 方式采用三相角接的连接方式或星接的连接方式。其它组成和连接方式与具体实施方式
四 相同。
具体实施方式
七结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
四 不同点在于所述单相交流开关11由第一晶闸管KGl和第二晶闸管KG2组成；所述第一晶闸 管KGl的阳极同时与第二晶闸管KG2的阴极相连，第一晶闸管KGl的阴极同时与第二晶闸 管KG2的阳极相连；所述第一晶闸管KGl的阳极和第一晶闸管KGl的阴极即为单相交流开 关11的两个接线端；所述第一晶闸管KGl的门极和第二晶闸管KG2的门极即为复合交流开 关模块1的两路开关控制信号输出端。其它组成和连接方式与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
八结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
四 的不同点在于阻抗网络模块2的阻抗单元21由第一电阻Rl和第一电感Ll组成；所述第一 电阻Rl的一端与第一电感Ll的一端相连，所述第一电阻Rl的另一端和第一电感Ll的另 一端即为阻抗单元21的两个接线端。其它组成和连接方式与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
九结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
四 不同点在于所述无功发生补偿模块3的单相无功补偿单元31由电容C、第二电感L2、第三 晶闸管KG3、第四晶闸管KG4和第二电阻R2组成；所述第二电感L2的一端同时与第三晶闸 管KG3的阴极和第四晶闸管KG4的阳极相连；第三晶闸管KG3的阳极同时与第四晶闸管KG4 的阴极和电容C的一端相连；所述第二电阻R2并联在电容C两端；所述电容C的另一端和 第二电感L2的另一端即为单相无功补偿单元31的两个接线端，所述第三晶闸管KG3的门 极和第四晶闸管KG4的门极即为无功发生补偿模块3的两路无功发生控制信号输入端。其 它组成和连接方式与具体实施方式
四相同。本实用新型的工作原理参见图1，当控制模块4检测到电网电压异常时，控制复合交流开关模块1处于断 开状态，阻抗网络模块2串联投入，同时控制模块4控制无功发生补偿模块3发出无功功 率，当流经阻抗网络模块2的阻抗单元21后形成压降，提升了电压水平；当控制模块4检测 到电网电压正常时，控制复合交流开关模块1处于闭合状态，电网侧和负载侧正常连接，同 时控制模块4根据无功补偿的需要控制无功发生补偿模块3投入相应的无功功率。当复合 交流开关模块1中的单相交流开关11、阻抗网络模块2或无功发生补偿模块3在实际运行 中出现故障无法实现低电压穿越时，可控制使复合交流开关模块1中的检修开关12闭合， 保证风力发电机组的正常并网运行。无功发生补偿模块3可以采用三相角接的晶闸管投切电容器(TSC)，并根据电压
6水平和功率因数状况通过电容分组投切实现电压的分级调节。无功发生补偿模块3也可以 是其它形式的动态无功补偿装置，如无源型的SVC或有源型的SVG。复合交流开关模块1断开使阻抗网络模块2投入后，无功发生补偿模块3的投入 将使阻抗网络模块2流过一定的无功电流，该无功电流在阻抗网络模块2上形成压降，从而 使得在电网电压跌落或下降时提升电网机端电压到合适的水平。本实用新型具有明显的电 压提升能力；通过无功发生补偿模块3发出无功功率，在串联阻抗网络模块2上形成压降， 从而达到稳态功能。当电网侧电压由小变大时，无功发生补偿模块3发出的无功电流随之 变小，同时保持负载侧电压基本保持不变，实现稳压功能。上述在电网恢复正常后闭合复合交流开关模块1的方式是这样的为了减小闭 合复合交流开关模块1的电流和电压冲击，而采用变触发角控制三相交流开关软闭合的方 式。由于在闭合前时刻，风力发电机定子电流通过阻抗网络模块2，阻抗网络模块2两端就 会有一定的压降，如果直接合复合交流开关模块1，必将引起电流和电压冲击，从而对发电 机和电网造成损害。本装置逐渐减小复合交流开关模块1的可控硅的触发角，使流过阻抗 网络模块2的电流向复合交流开关模块1分流，同时阻抗网络模块2上的压降逐渐减小，最 后减到足够小后全部导通复合交流开关模块1，实现复合交流开关模块1的软闭合，最大限 度的保证电网和发电机免受二次冲击。当本实用新型所述装置投入后，定子电流运行平稳，且电机转速没有较大的波动， 实现低电压穿越，可较好的帮助风力发电机组在电网故障期间正常运行。以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能 认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本所属技术领域的普通技术人员来 说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于 本实用新型所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
权利要求风力发电低电压穿越调节装置，其特征在于它包括复合交流开关模块(1)、阻抗网络模块(2)、无功发生补偿模块(3)和控制模块(4)；所述复合交流开关模块(1)由三个相同的单相交流开关(11)和三个相同的检修开关(12)组成；所述一个单相交流开关(11)和一个检修开关(12)组成一个开关组；所述每个开关组内的单相交流开关(11)和检修开关(12)并联连接；所述阻抗网络模块(2)由三个相同的阻抗单元(21)组成；所述复合交流开关模块(1)、阻抗网络模块(2)和无功发生补偿模块(3)均分别装设在电网侧和负载侧之间的三相电力母线上；所述阻抗网络模块(2)的三个相同的阻抗单元(21)分别串接在三相电力母线的A相母线、B相母线和C相母线上；所述每个单相交流开关(11)与一个阻抗单元(21)并联连接；所述无功发生补偿模块(3)并联在三相电力母线上，所述控制模块(4)的六路开关控制信号输出端与复合交流开关模块(1)的六路开关控制信号输入端相连，所述控制模块(4)的六路无功发生控制信号输出端与无功发生补偿模块(3)的六路无功发生控制信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述的风力发电低电压穿越调节装置，其特征在于它还包括多个复 合交流开关模块(1)和多个阻抗网络模块(2)；所述每个阻抗网络模块(2)由三个相同的 阻抗单元(21)组成；所述多个复合交流开关模块(1)和多个阻抗网络模块(2)均分别装设 在电网侧和负载侧之间的三相电力母线上；所述每个阻抗网络模块(2)的三个相同的阻抗 单元(21)分别串接在三相电力母线的A相母线、B相母线和C相母线上；所述每个复合交 流开关模块(1)的每个单相交流开关(11)与一个阻抗单元(21)并联连接。
3.根据权利要求1所述的风力发电低电压穿越调节装置，其特征在于它还包括多个复 合交流开关模块(1)、多个阻抗网络模块(2)和多个无功发生补偿模块(3)；所述每个阻抗 网络模块(2)由三个相同的阻抗单元(21)组成；所述多个复合交流开关模块(1)、多个阻 抗网络模块(2)和多个无功发生补偿模块(3)均分别装设在电网侧和负载侧之间的三相电 力母线上；所述每个阻抗网络模块(2)的三个相同的阻抗单元(21)分别串接在三相电力母 线的A相母线、B相母线和C相母线上；所述每个复合交流开关模块(1)的每个单相交流开 关(11)与一个阻抗单元(21)并联连接；所述每个无功发生补偿模块(3)并联在三相电力 母线上。
4.根据权利要求1、2或3所述的风力发电低电压穿越调节装置，其特征在于复合交流 开关模块(1)的单相交流开关(11)采用双向晶闸管式交流开关。
5.根据权利要求4所述的风力发电低电压穿越调节装置，其特征在于无功发生补偿模 块(3)采用有源无功发生补偿模块或无源无功发生补偿模块。
6.根据权利要求4所述的风力发电低电压穿越调节装置，其特征在于无功发生补偿 模块(3)由三个相同的单相无功补偿单元(31)组成；所述三个相同的单相无功补偿单元 (31)的连接方式采用三相角接的连接方式或星接的连接方式。
7.根据权利要求4所述的风力发电低电压穿越调节装置，其特征在于所述单相交流开 关(11)由第一晶闸管(KGl)和第二晶闸管(KG2)组成；所述第一晶闸管(KGl)的阳极同时 与第二晶闸管(KG2)的阴极相连，第一晶闸管(KGl)的阴极同时与第二晶闸管(KG2)的阳 极相连；所述第一晶闸管(KGl)的阳极和第一晶闸管(KGl)的阴极即为单相交流开关(11) 的两个接线端；所述第一晶闸管(KGl)的门极和第二晶闸管(KG2)的门极即为复合交流开 关模块(1)的两路开关控制信号输出端。
8.根据权利要求4所述的风力发电低电压穿越调节装置，其特征在于阻抗网络模块 ⑵的阻抗单元(21)由第一电阻(Rl)和第一电感(Li)组成；所述第一电阻(Rl)的一端 与第一电感(Li)的一端相连，所述第一电阻(Rl)的另一端和第一电感(Li)的另一端即为 阻抗单元(21)的两个接线端。
9.根据权利要求4所述的风力发电低电压穿越调节装置，其特征在于所述无功发生补 偿模块⑶的单相无功补偿单元(31)由电容(C)、第二电感(L2)、第三晶闸管(KG3)、第四 晶闸管(KG4)和第二电阻(R2)组成；所述第二电感(L2)的一端同时与第三晶闸管(KG3)的 阴极和第四晶闸管(KG4)的阳极相连；第三晶闸管(KG3)的阳极同时与第四晶闸管(KG4) 的阴极和电容(C)的一端相连；所述第二电阻(R2)并联在电容(C)两端；所述电容(C)的 另一端和第二电感(L2)的另一端即为单相无功补偿单元(31)的两个接线端，所述第三晶 闸管(KG3)的门极和第四晶闸管(KG4)的门极即为无功发生补偿模块(3)的两路无功发生 控制信号输入端。
专利摘要风力发电低电压穿越调节装置，它涉及低电压穿越调节装置。它为解决恒速异步风电机组结构简单，在应对低电压穿越所能采取的措施也很有限，且无法提供无功功率来支持电网恢复问题而提出。交流开关、阻抗网络和无功发生补偿模块均分别装设在电网侧和负载侧之间的三相电力母线上，阻抗网络模块的三个阻抗单元分别串接在三相电力母线的A、B和C相母线上；每个单相交流开关与一个阻抗单元并联连接；无功发生补偿模块并联在三相电力母线上；控制模块的六路开关控制信号输出端连交流开关的六路开关控制信号输入端；控制模块的六路无功发生控制信号输出端连无功发生补偿模块的六路无功发生控制信号输入端。本实用新型可广泛适用于对电压质量要求较高的场合。
文档编号H02J3/18GK201726157SQ20102050251
公开日2011年1月26日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者史国勋, 王建赜, 纪延超, 谭光慧 申请人:哈尔滨威瀚电气设备股份有限公司