[发明专利]用于实现风力发电机组低电压穿越的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于实现风力发电机组低电压穿越的装置。 

背景技术

随着风电机组单机容量的增大，风能正在成为电力系统广泛应用的能源之一。为了可靠地向电网供电，风电机组要严格满足电网的接入要求。特别是低电压穿越(简称LVRT，下同)通常要求电网电压跌落在预定范围内的时候，风电机组不能与电网解列，并且风电机组在此过程中要能提供无功以支持电网电压恢复。 

按照LVRT要求，如图1示出了电压波动与时间的关系曲线，在电网电压跌落到某一幅值时，风电机组能否跳机，以及与电网维持连接多长时间方可跳机都有明确规定。 

风力发电机组有多种结构方式，最为常见的是双馈式和直驱式风电机组。如图2所示，为双馈式风力发电机组的电路结构示意图(以下说明以此方式机组为例)，它包括：桨叶PI，发电机GE，变桨系统PS(含变桨控制器、变桨驱动电机及其驱动控制系统)，齿轮箱GB，变流器系统CS，风机主控系统TS，变压器TR，滤波器FL，低压配电盘LVDP以及其它组件等。风能作用于桨叶PI，桨叶PI旋转通过齿轮箱GB升速，将能量传递到发电机转子。根据机电转换原理，发电机定子侧产生电能。图2中GR为电网。 

风机主控系统TS完成对机组整机的控制，它监视风速和发电机转速，驱动变桨系统PS控制桨距角，调节最优的叶尖速比，保持合适的转速运行，并向变流器系统CS中的变流器控制器CC发出指令，调节转子励磁、控制机组与电网的同步连接。在一个实施例中，风机主控系统TS采用可编程逻辑控制器(PLC)实现，也可以采用其它控制器实现。此外，风机主控系统 TS还与系统传感器SE相连，系统传感器SE提供各部分的实时运行状态，如转子速率和发电机输出电压等，风机主控系统TS根据检测的信息来判断并处理各种事故。 

变流器系统CS(如图3所示)包括转子侧变流器CR、网侧变流器CG、变流器控制器CC及Crowbar保护回路。其中，用于风力发电机组的背靠背变流器CR&CG在本领域是已知的，并且多种结构方式均可使用。转子侧变流器CR连接到发电机GE，网侧变流器CG连接电网GR，Crowbar保护回路与发电机转子的输出相连，变流器控制器CC与转子侧变流器CR相连，以接收指示转子侧变流器的电流、电压数据，并且变流器控制器CC与Crowbar保护回路相连，根据所测得的数据，启动或停止Crowbar保护电路，对发电机GE和变流器CR&CG进行分流，以确保电流、电压在容许的范围内。 

变压器TR是使风电机组输出的电压等级与本地电网电压相匹配。 

滤波器FL通常采用“L-C-L”型结构或者“L-C”型结构。其中L表示滤波电抗器、C表示滤波电容。根据不同类型机组的需要，滤波器可以放置在发电机组转子侧也可以放置在机组定子侧，以改善输出电能的质量。 

正常运行时，由电网GR向变流器CR&CG、低压配电盘LVDP及其他组件供电。LVDP包含变压器，主要作用是将电网电压转化为风电机组使用的各种等级的电压，如120V、230V、400V等(根据需要也可以提供其它等级电压)，分别向以下各子系统供电，包括变桨系统、变流器系统、偏航系统、风机主控系统，各种润滑和冷却系统，以及不间断电源UPS、电力插座、照明、加热器和其他各种设备等。 

若电网电压发生波动，当电压跌落到额定电压的90％或90％以上值时，由于电网电压还可以继续通过低压配电盘LVDP向各子系统供电来维持各相关控制组件的正常工作，仍然可以满足与电网连接和同步的要求。但是，当电压降到额定电压的90％以下或发生更为剧烈的电压波动时，发电机组无法向电网输送电能，此时风电机组子系统也无法正常地从电网电压 获得充足的电能，导致各子系统不能正常工作。为了在LVRT要求范围内维持机组正常运行，或者在超出LVRT要求范围时控制机组安全停机，需要利用备用电源，在电网电压跌落期间为机组子系统供电。 

过去，电网出现比较轻微的故障，就允许风电机组跳闸退出运行。机组一般采用几个独立的电池组，作为子系统(特别是关键组件如变桨系统、变流器系统、风机主控系统等)的备用电源。由于备用电源能量有限，仅能保证关键的保护组件正常工作，使机组安全停机，而不能满足LVRT要求。以变桨系统为例，在电压跌落期间，变桨系统从LVDP供电方式切换到由备用电源供电的方式，控制桨距角使桨叶顺桨，保护机组安全退出运行后，断开变桨系统与备用电源的连接。