风力发电机组高低电压穿越装置及其系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种风力发电机组高低电压穿越装置及其系统，装置包括：高低压穿越电路、斩波电路和控制单元。高低压穿越电路连接在变流器与发电机之间，斩波电路连接在变流器的直流母线上，控制单元连接在变流器的直流母线上，控制单元还与高低压穿越电路和斩波电路相连。高低压穿越电路进一步包括全控型电力电子开关器件电路和耗能电阻。全控型电力电子开关器件电路进一步包括斩波管和续流管，斩波管和续流管串联，所述斩波管与耗能电阻并联。本实用新型结构简单，成本极低，易于安装和维护，使风力发电机组同时具备高低电压穿越能力，使风力发电机在电力系统故障期间，保持了网侧变流器的持续运行，为电网故障的快速恢复提供了强有力的支持。
【专利说明】风力发电机组高低电压穿越装置及其系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及风力发电领域，尤其是涉及一种应用于风力发电机组的高、低电压穿越装置及其系统。
【背景技术】
[0002]在世界提倡绿色能源的今天，风力发电作为一种可再生的新能源得到了飞速的发展，同时风力发电在电网供电所占的比例也在不断的提高。在风力发电机组运行过程中，电网故障可能会导致电网电压突然上升或跌落，从而导致风力发电设备短时出现过压、过流或转速上升等现象，使大量风力发电机组脱网，且使电力系统的稳定性变差。因此，风力发电机组的并网质量及运行的稳定性非常重要。现在并网风机要求通过国家电科院的低电压穿越测试已成一项国家强制标准，所以低电压穿越的设备基本每台风机都必须具备，但高电压穿越由于没有国家强制要求，所以具备高电压穿越功能的设备较少，研究也少。
[0003]基于双馈型变流器的双馈风力发电机组，通过控制转子电流来控制整机功率，定子直接与电网相连。当电网电压发生突然升高或跌落时，其转子端会出现过压、过流，并使连接网侧变流器和机侧变流器的母线电压升高，这会对变流器的安全构成严重威胁，如不采取措施会导致变流器损坏，降低电网的稳定性。当电网电压出现跌落时，双馈风力发电机在额定电压下稳态运行时，其定子磁链矢量幅值恒定且以同步速旋转。同时，磁链感应出一个直流电流分量，该电流会感应出一个反作用磁场，以保持磁链不能突变。由于定子电阻和定子绕组漏感的存在，使得该直流电流分量会以指数形式衰减，直到磁链矢量幅值过渡到对应的低电压运行时的幅值为止。因此，定子磁链中的直流分量是导致低电压穿越技术难以实现的根本原因。由于双馈风力发电机转子转速及转差率较高，从而引起转子侧过电压。而且由于定子电阻和绕组间漏感较小，定子磁链直流分量只能通过该漏感耦合，导致定、转子侧过电流，转子侧也存在磁链过渡过程，使其过电流更加严重。
[0004]为了保护特殊工况(如高、低电压穿越)下的风力发电机和变流器，目前，在双馈风力发电机组中一般都装有低电压穿越装置，即在瞬态故障下一般使用转子电流旁路措施来保护发电机转子和变流器。较多采用的就是主动式crowbar电路，其原理是把被动式crowbar电路的晶闸换成全控型电力电子器件，当电网发生故障时，控制机侧变流器关闭，同时开通crowbar电路,把发电机转子侧的能量消耗掉。当电网恢复时，控制crowbar电路关闭，并开启机侧变流器，对电网提供无功支持，帮助电网快速恢复，从而实现低电压穿越功能。为了实现转子电流旁路措施，现在多采用全控型电力电子器件作为受控开关，但随着风机容量的增加，对全控型电力电子器件提出了更高的容量要求。并且，随着旁路电流的变大，由于电路中存在的杂散电容、电感等，对低电压穿越装置的性能要求也越来越高。
[0005]在现有技术当中，由徐州中矿大传动与自动化有限公司、北京洲能科技发展有限公司于2012年02月07日申请，并于2012年04月11日公开，公布号为CN102412597A的中国发明专利申请，公开了一种双馈风力发电系统低电压穿越控制方法和装置，适用于大功率风力发电领域。其方法实现由跌落检测部分、跌落判断部分和触发动作部分来完成，如附图1所示，其装置包括双向变流器、变流器控制器和有源撬棒(Crowbar)模块。该发明申请采用Crowbar电路来实现对低电压穿越的控制，有效防止了二次过流，有利于电网的恢复，穿越能力强、效果好。但是，该发明申请在应用到大容量风力机组时，采取多Crowbar并联的方式，增加了控制难度和系统的复杂性。同时，其只能应对低电压穿越，当风机进行高电压穿越时，还需要另外一套设备。
实用新型内容
[0006]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种风力发电机组高低电压穿越装置及其系统，使风力发电机组同时具备高、低电压穿越能力，使风力发电机在电力系统故障期间，保持了网侧变流器的持续运行，并且可以较快地使机侧变流器重新启动，为电网故障的快速恢复提供了强有力的支持。
[0007]为了实现上述实用新型目的，本实用新型具体提供了一种风力发电机组高低电压穿越装置的技术实现方案，一种风力发电机组高低电压穿越装置，包括:高低压穿越电路、斩波电路和控制单元，所述高低压穿越电路连接在变流器与发电机之间，所述斩波电路连接在所述变流器的直流母线上，所述控制单元连接在所述变流器的直流母线上，所述控制单元还与所述高低压穿越电路和所述斩波电路相连。所述高低压穿越电路进一步包括全控型电力电子开关器件电路和耗能电阻。所述全控型电力电子开关器件电路进一步包括斩波管和续流管，所述斩波管和续流管串联，所述斩波管与所述耗能电阻并联；
[0008]当包括电网电压突然跌落在内的故障导致所述变流器的直流母线电压或所述发电机的转子电流上升到一定阀值时，所述全控型电力电子开关器件电路的斩波管导通，所述全控型电力电子开关器件电路的续流管关断，从而使所述发电机的转子和所述变流器产生旁路，将能量消耗于所述耗能电阻，使风力发电机组实现低电压穿越；
[0009]当所述变流器的直流母线电压或所述发电机的转子电流恢复到一定阀值时，所述全控型电力电子开关器件电路的斩波管关断，所述全控型电力电子开关器件电路的续流管导通，对所述耗能电阻进行续流，从而可以启动所述变流器的机侧变流器；
[0010]当包括电网电压骤升在内的故障导致所述变流器的直流母线电压或所述发电机的转子电流上升到一定阀值时，所述控制单元控制所述斩波电路导通，释放所述直流母线上的能量，从而降低所述直流母线上的电压，使风力发电机组实现高电压穿越。
[0011]优选的，所述高低压穿越电路还包括三相不控整流器、吸收电路和全控型电力电子开关器件吸收电路，所述三相不控整流器、吸收电路、全控型电力电子开关器件电路、全控型电力电子开关器件吸收电路和耗能电阻依次相连；
[0012]所述三相不控整流器用于对来自所述变流器输出端和所述发电机转子侧的三相交流电压进行整流处理；
[0013]所述吸收电路包括并联的电阻Rl和电容Cl，用于对经过所述三相不控整流器整流的输出电压中的谐波进行滤波处理；
[0014]所述全控型电力电子开关器件吸收电路，用于吸收所述全控型电力电子开关器件电路中斩波管和续流管在开关过程中产生的谐波。
[0015]优选的，所述全控型电力电子开关器件吸收电路包括两组相互串联的吸收子电路，所述两组吸收子电路各自并联在所述斩波管和续流管的两端。[0016]优选的，所述吸收子电路采用电阻和电容串联支路或单独的电容支路或电阻与二极管并联后再与电容串联的支路。
[0017]优选的，所述高低压穿越电路包括两组以上的全控型电力电子开关器件电路，所述两组以上的全控型电力电子开关器件电路相互并联，在所述全控型电力电子开关器件电路的两端均并联有所述全控型电力电子开关器件吸收电路。
[0018]优选的，所述全控型电力电子开关器件电路采用包括但不限于绝缘栅极双极型晶体管或集成门极换流晶闸管或可关断晶闸管在内的开关控制部件作为全控型电力电子开关器件。所述全控型电力电子开关器件电路包括三个以上的全控型电力电子开关器件，所述三个以上的全控型电力电子开关器件相互串联。
[0019]优选的，在风力发电机组实现低电压穿越的过程中，启动所述变流器的网侧变流器，并调节所述网侧变流器的功率因数，从而向所述电网提供无功支持。
[0020]优选的，所述斩波电路包括第一开关管、第二开关管、斩波电阻和斩波电容。所述第一开关管与第二开关管串联，所述斩波电容并联在所述第一开关管与第二开关管串联电路的两端，所述斩波电阻并联在所述第一开关管的两端。当包括电网电压骤升在内的故障导致所述变流器的直流母线电压或所述发电机的转子电流上升到一定阀值时，所述斩波电路的第二开关管导通，所述第一开关管关断，通过所述第二开关管和所述斩波电阻组成的支路释放所述直流母线上的能量，从而降低所述直流母线上的电压，使风力发电机组实现高电压穿越。
[0021]优选的，所述控制单元集成在所述变流器的控制装置中，所述斩波电路与所述耗能电阻集成在同一个电阻箱中。
[0022]本实用新型还另外具体提供了一种风力发电机组高低电压穿越系统的技术实现方案，一种风力发电机组高低电压穿越系统，包括:如上所述的风力发电机组高低电压穿越装置、变流器、电网和发电机。所述发电机的定子与所述电网相连，所述发电机的转子与所述变流器的机侧相连，所述变流器的网侧与所述电网相连，所述风力发电机组高低电压穿越装置的高低压穿越电路的输入端三相分别与所述变流器的机侧和所述发电机的转子相连；所述斩波电路和所述控制单元分别连接在所述变流器的直流母线上，所述控制单元还分别与所述高低压穿越电路和所述斩波电路相连。
[0023]优选的，所述发电机为双馈式风力发电机。
[0024]通过实施上述本实用新型提供的风力发电机组高低电压穿越装置及其系统，具有如下技术效果:
[0025](I)本实用新型使风力发电机组同时具备高、低电压穿越能力，使风力发电机在电力系统故障期间，保持了网侧变流器的持续运行，并且可以较快地使机侧变流器重新启动，为电网故障的快速恢复提供了强有力的支持；
[0026](2)本实用新型装置及其系统结构简单，成本极低，同时易于安装和维护；
[0027](3)本实用新型方法执行快速、控制简单、运行可靠、功耗较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是现有技术双馈风力发电系统低电压穿越控制装置主电路拓扑结构图；
[0030]图2是本实用新型双馈风力发电机高低电压穿越系统一种【具体实施方式】的系统结构框图；
[0031]图3是本实用新型双馈风力发电机高低电压穿越装置一种【具体实施方式】的主电路拓扑结构图；
[0032]图4是本实用新型双馈风力发电机高低电压穿越装置另一种【具体实施方式】的主电路拓扑结构图；
[0033]图5是本实用新型双馈风力发电机高低电压穿越装置中全控型电力电子开关器件吸收电路三种【具体实施方式】的电路原理图；
[0034]图6是本实用新型双馈风力发电机高低电压穿越装置第三种【具体实施方式】的主电路拓扑结构图；
[0035]图7是本实用新型双馈风力发电机高低电压穿越装置一种【具体实施方式】斩波电路的电路拓扑结构图；
[0036]图中:100-高低压穿越电路，101-斩波电路，102-控制单元，103-变流器，1031-网侧变流器，1032-机侧变流器，104-电网，105-发电机，200-三相不控整流器，300-吸收电路，400-全控型电力电子开关器件电路，401-斩波管，402-续流管，500-全控型电力电子开关器件吸收电路，600-耗能电阻。
【具体实施方式】
[0037]为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下:
[0038]Crowbar:有源撬棒电路，是一种电源保护电路，当电压/电流超出限定范围时能够快速切断电源；在风力发电领域，当电网电压突然跌落时，定转子中出现很大的电压和电流，通常采用Crowbar电路来旁路转子侧变流器；
[0039]IGBT:1nsulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管；
[0040]IGCT:Intergrated Gate Commutated Thyristors,集成门极换流晶闸管；
[0041]GTO:Giant Transistor,电力晶体管。
[0042]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0043]如附图2至附图7所示，给出了本实用新型风力发电机组高低电压穿越装置及其系统的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0044]如附图2和附图3所示的一种风力发电机组高低电压穿越装置的具体实施例，包括:高低压穿越电路100、斩波电路101和控制单元102。高低压穿越电路100连接在变流器103与发电机105之间，斩波电路101连接在变流器103的直流母线上，控制单元102连接在变流器103的直流母线上，控制单元102还与高低压穿越电路100和斩波电路101相连。高低压穿越电路100进一步包括全控型电力电子开关器件电路400和耗能电阻600。全控型电力电子开关器件电路400进一步包括斩波管401和续流管402，斩波管401和续流管402串联，斩波管401与耗能电阻600并联；
[0045]当包括电网104电压突然跌落在内的故障导致变流器103的直流母线电压或发电机105的转子电流上升到一定阀值时，全控型电力电子开关器件电路400的斩波管401导通，全控型电力电子开关器件电路400的续流管402关断，从而使发电机105的转子和变流器103产生旁路，将能量消耗于耗能电阻600，使风力发电机组实现低电压穿越；
[0046]当变流器103的直流母线电压或发电机105的转子电流恢复到一定阀值时，全控型电力电子开关器件电路400的斩波管401关断，全控型电力电子开关器件电路400的续流管402导通，对耗能电阻600进行续流，从而可以启动变流器103的机侧变流器1032 ；
[0047]当包括电网104电压骤升在内的故障导致变流器103的直流母线电压或发电机105的转子电流上升到一定阀值时，控制单元102控制斩波电路101导通，释放直流母线上的能量，从而降低直流母线上的电压，使风力发电机组实现高电压穿越。
[0048]其中，斩波管401用于进行高、低电压穿越时导通耗能电阻600，续流管402则用于在高、低电压穿越完毕后导通，用于对感性的耗能电阻600进行续流，以保护全控型电力电子开关器件电路400。
[0049]本实用新型具体实施例通过一套装置同时实现高、低电压穿越，从而使风力发电机组在电力系统故障期间，维持定子接触器的闭合，保证了风力发电机组网侧变流器1031的持续运行，并且可以较快地使机侧变流器1032重新启动，对电网的故障恢复形成了强有力的支持，使风力发电机组在高可靠性的前提下拥有了较强的高、低电压穿越能力。
[0050]作为本实用新型一种较佳的具体实施例，在风力发电机组实现低电压穿越的过程中，启动变流器103的网侧变流器1031，并调节网侧变流器1031的功率因数，从而可以在必要时向电网104提供无功支持。
[0051 ] 高低压穿越电路100还进一步包括三相不控整流器200、吸收电路300和全控型电力电子开关器件吸收电路500。三相不控整流器200、吸收电路300、全控型电力电子开关器件电路400、全控型电力电子开关器件吸收电路500和耗能电阻600依次相连。三相不控整流器200用于对来自变流器103输出端和发电机105转子侧的三相交流电压进行整流处理。吸收电路300包括并联的电阻Rl和电容Cl，用于对经过三相不控整流器200整流的输出电压中的谐波进行滤波处理。全控型电力电子开关器件吸收电路500，用于吸收全控型电力电子开关器件电路400中斩波管401和续流管402在开关过程中产生的谐波。其中，三相不控整流器200的后端增加了吸收电路300，对保护三相不控整流器200和全控型电力电子开关器件电路400都能起到很大的作用。
[0052]如附图3所示，该具体实施例采用上管为斩波管401，下管为续流管402，斩波管401与耗能电阻600并联的方式。作为本实用新型的另一种具体实施例，如附图4所示，也可以采用上管为续流管402，而下管为斩波管401，斩波管401与耗能电阻600并联的方式。其中，全控型电力电子开关器件电路400采用包括但不限于绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)或集成门极换流晶闸管(IGCT)或可关断晶闸管(GTO)在内的开关控制部件作为全控型电力电子开关器件。
[0053]全控型电力电子开关器件吸收电路500包括两组相互串联的吸收子电路，两组吸收子电路各自并联在斩波管401和续流管402的两端。如附图5所示，吸收子电路可以采用如图中的A、B、C三种结构形式。其中，A结构的吸收子电路采用电阻R与二极管D并联后再与电容C串联的支路形式；B结构采用电阻R和电容C串联支路形式；C结构采用单独的电容C支路形式。如果斩波管401和续流管402的开关频率很低，则产生的谐波较少，则全控型电力电子开关器件吸收电路500亦可省略。如果斩波管401和续流管402的开关频率越高，产生的谐波越多，则全控型电力电子开关器件吸收电路500的作用越重要。
[0054]在风力发电机组的容量较大时，可以先将两个或两个以上(不含两个)的可控型电力电子器件进行串联成一个全控型电力电子开关器件电路400，然后再由多个全控型电力电子开关器件电路400并联，以提闻其耐受:闻电压和闻电流的能力。可以按照所需的耐闻电压能力分别配置斩波管401和续流管402的串联数量，并按照所需的耐高电流能力配置全控型电力电子开关器件电路400的并联数量。高低压穿越电路100包括两组以上的全控型电力电子开关器件电路400，两组以上的全控型电力电子开关器件电路400相互并联，在全控型电力电子开关器件电路400的两端均并联有全控型电力电子开关器件吸收电路500。作为本实用新型的第三种具体实施例，如附图6所示，高低压穿越电路100包括三组相互并联的全控型电力电子开关器件电路400。
[0055]如附图7所示，作为本实用新型的一种典型实施例，斩波电路101进一步包括第一开关管Tl、第二开关管T2、斩波电阻R3和斩波电容C3。第一开关管Tl与第二开关管T2串联，斩波电容C3并联在第一开关管Tl与第二开关管T2串联电路的两端，斩波电阻R3并联在第一开关管Tl的两端。当包括电网104电压骤升在内的故障导致变流器103的直流母线电压或发电机105的转子电流上升到一定阀值时，斩波电路101的第二开关管T2导通，第一开关管Tl关断，通过第二开关管T2和斩波电阻R3组成的支路释放直流母线上的能量，从而降低直流母线上的电压，使风力发电机组实现高电压穿越。
[0056]作为本实用新型一种较佳的实施例，控制单元102集成在所述变流器103的控制装置中，斩波电路101与耗能电阻600集成在同一个电阻箱中，可以有效地降低成本，同时有利于安装。作为本实用新型的一种典型实施例，高低电压穿越装置应用于双馈式风力发电机组高低电压穿越。
[0057]如附图2所示的一种风力发电机组高低电压穿越系统的具体实施例，包括:前述的风力发电机组高低电压穿越装置、变流器103、电网104和发电机105。发电机105的定子与电网104相连，发电机105的转子与变流器103的机侧相连，变流器103的网侧与电网104相连，风力发电机组高低电压穿越装置的高低压穿越电路100的输入端三相A、B、C分别与变流器103的机侧和发电机105的转子相连。斩波电路101和控制单元102分别连接在变流器103的直流母线上，控制单元102还分别与高低压穿越电路100和斩波电路101相连。
[0058]利用上述风力发电机组高低电压穿越装置实现风力发电机组高低电压穿越方法的具体实施例，高低电压穿越装置包括高低压穿越电路100、斩波电路101和控制单元102。高低压穿越电路100进一步包括全控型电力电子开关器件电路400和耗能电阻600，全控型电力电子开关器件电路400进一步包括斩波管401和续流管402，高低电压穿越方法包括以下步骤:
[0059]低电压穿越过程:当包括电网104电压突然跌落在内的故障导致变流器103的直流母线电压或发电机105的转子电流上升到一定阀值时，全控型电力电子开关器件电路400的斩波管401导通，全控型电力电子开关器件电路400的续流管402关断，从而使发电机105的转子和变流器103产生旁路，将能量消耗于耗能电阻600，使风力发电机组实现低电压穿越；
[0060]低压穿越恢复过程:当变流器103的直流母线电压或发电机105的转子电流恢复到一定阀值时，全控型电力电子开关器件电路400的斩波管401关断，全控型电力电子开关器件电路400的续流管402导通，对耗能电阻600进行续流，从而可以启动变流器103的机侧变流器1032 ；
[0061]高电压穿越过程:当包括电网104电压骤升在内的故障导致变流器103的直流母线电压或发电机105的转子电流上升到一定阀值时，控制单元102控制斩波电路101导通，释放直流母线上的能量，从而降低直流母线上的电压，使风力发电机组实现高电压穿越。
[0062]本实用新型具体实施例描述的技术方案在具备高低电压穿越功能的同时，还具有执行快速、控制简单、运行可靠、功耗较低的具有高低电压穿越等特点。在低电压穿越过程中，通过在发电机105的转子旁路增加本实用新型描述的风力发电机组高低电压穿越装置，根据直流母线电压对其加以控制，从而使风力发电机组在电力系统故障期间，维持定子接触器的闭合，保证了风力发电机组网侧变流器1031的持续运行，并且可以较快地使机侧变流器1032重新启动，对电网故障的恢复形成了强有力的支持，使风机在高可靠性的前提下拥有了较强的低电压穿越能力；而在高电压穿越过程中，利用斩波电路101释放掉直流母线上的能量，从而降低直流母线上的电压，使风力发电机组具有较强的高电压穿越能力。其中，发电机105为双馈式风力发电机。
[0063]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0064]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于，包括:高低压穿越电路(100)、斩波电路(101)和控制单元(102)，所述高低压穿越电路(100)连接在变流器(103)与发电机(105)之间，所述斩波电路(101)连接在所述变流器(103)的直流母线上，所述控制单元(102)连接在所述变流器(103)的直流母线上，所述控制单元(102)还与所述高低压穿越电路(100)和所述斩波电路(101)相连；所述高低压穿越电路(100)进一步包括全控型电力电子开关器件电路(400 )和耗能电阻(600 );所述全控型电力电子开关器件电路(400 )进一步包括斩波管(401)和续流管(402)，所述斩波管(401)和续流管(402)串联，所述斩波管(401)与所述耗能电阻(600)并联； 当包括电网(104)电压突然跌落在内的故障导致所述变流器(103)的直流母线电压或所述发电机(105)的转子电流上升到一定阀值时，所述全控型电力电子开关器件电路(400 )的斩波管(401)导通，所述全控型电力电子开关器件电路(400 )的续流管(402 )关断，从而使所述发电机(105)的转子和所述变流器(103)产生旁路，将能量消耗于所述耗能电阻(600)，使风力发电机组实现低电压穿越； 当所述变流器(103)的直流母线电压或所述发电机(105)的转子电流恢复到一定阀值时，所述全控型电力电子开关器件电路( 400 )的斩波管(401)关断，所述全控型电力电子开关器件电路(400)的续流管(402)导通，对所述耗能电阻(600)进行续流，从而可以启动所述变流器(103)的机侧变流器(1032)； 当包括电网(104)电压骤升在内的故障导致所述变流器(103)的直流母线电压或所述发电机(105)的转子电流上升到一定阀值时，所述控制单元(102)控制所述斩波电路(101)导通，释放所述直流母线上的能量，从而降低所述直流母线上的电压，使风力发电机组实现高电压穿越。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于:所述高低压穿越电路(100)还包括三相不控整流器(200)、吸收电路(300)和全控型电力电子开关器件吸收电路(500)，所述三相不控整流器(200)、吸收电路(300)、全控型电力电子开关器件电路(400 )、全控型电力电子开关器件吸收电路(500 )和耗能电阻(600 )依次相连； 所述三相不控整流器(200 )用于对来自所述变流器(103 )输出端和所述发电机(105 )转子侧的三相交流电压进行整流处理； 所述吸收电路(300)包括并联的电阻Rl和电容Cl，用于对经过所述三相不控整流器(200)整流的输出电压中的谐波进行滤波处理； 所述全控型电力电子开关器件吸收电路(500)，用于吸收所述全控型电力电子开关器件电路(400)中斩波管(401)和续流管(402)在开关过程中产生的谐波。
3.根据权利要求2所述的一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于:所述全控型电力电子开关器件吸收电路(500)包括两组相互串联的吸收子电路，所述两组吸收子电路各自并联在所述斩波管(401)和续流管(402 )的两端。
4.根据权利要求3所述的一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于:所述吸收子电路采用电阻(R)和电容(C)串联支路或单独的电容(C)支路或电阻(R)与二极管(D)并联后再与电容(C)串联的支路。
5.根据权利要求2、3、4中任一权利要求所述的一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于:所述高低压穿越电路(100)包括两组以上的全控型电力电子开关器件电路(400)，所述两组以上的全控型电力电子开关器件电路(400)相互并联，在所述全控型电力电子开关器件电路(400 )的两端均并联有所述全控型电力电子开关器件吸收电路(500 )。
6.根据权利要求5所述的一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于:所述全控型电力电子开关器件电路(400)采用包括但不限于绝缘栅极双极型晶体管或集成门极换流晶闸管或可关断晶闸管在内的开关控制部件作为全控型电力电子开关器件，所述全控型电力电子开关器件电路(400)包括三个以上的全控型电力电子开关器件，所述三个以上的全控型电力电子开关器件相互串联。
7.根据权利要求2、3、4、6中任一权利要求所述的一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于:在风力发电机组实现低电压穿越的过程中，启动所述变流器(103)的网侧变流器(1031)，并调节所述网侧变流器(1031)的功率因数，从而向所述电网(104)提供无功支持。
8.根据权利要求7所述的一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于:所述斩波电路(101)包括第一开关管(Tl)、第二开关管(T2)、斩波电阻(R3)和斩波电容(C3)，所述第一开关管(Tl)与第二开关管(T2)串联，所述斩波电容(C3)并联在所述第一开关管(Tl)与第二开关管(T2)串联电路的两端，所述斩波电阻(R3)并联在所述第一开关管(Tl)的两端；当包括电网(104)电压骤升在内的故障导致所述变流器(103)的直流母线电压或所述发电机(105)的转子电流上升到一定阀值时，所述斩波电路(101)的第二开关管(T2)导通，所述第一开关管(Tl)关断，通过所述第二开关管(T2)和所述斩波电阻(R3)组成的支路释放所述直流母线上的能量，从而降低所述直流母线上的电压，使风力发电机组实现高电压穿越。
9.根据权利要求8所述的一种风力发电机组高低电压穿越装置，其特征在于:所述控制单元(102)集成在所述变流器(103)的控制装置中，所述斩波电路(101)与所述耗能电阻(600)集成在同一个电阻箱中。
10.一种风力发电机组高低电压穿越系统，其特征在于，包括:如权利要求1-9中任一权利要求所述的风力发电机组高低电压穿越装置、变流器(103)、电网(104)和发电机(105);所述发电机(105)的定子与所述电网(104)相连，所述发电机(105)的转子与所述变流器(103)的机侧相连，所述变流器(103)的网侧与所述电网(104)相连，所述风力发电机组高低电压穿越装置的高低压穿越电路(100)的输入端三相分别与所述变流器(103)的机侧和所述发电机(105)的转子相连；所述斩波电路(101)和所述控制单元(102)分别连接在所述变流器(103)的直流母线上，所述控制单元(102)还分别与所述高低压穿越电路(100)和所述斩波电路(101)相连。
11.根据权利要求10所述的一种风力发电机组高低电压穿越系统，其特征在于:所述发电机(105)为双馈式风力发电机。
【文档编号】H02J3/38GK203445627SQ201320553811
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】罗成, 盛建科, 胡佑群, 刘志星, 王跻, 邢云龙 申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司