[发明专利]一种风力发电用电压跌落发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种符合IEC61000-4-11和GB/T17626.11标准要求的电压跌落发生器，特别适用于风力发电机组的低电压穿越运行测试，也可用于其它电气和电子产品在电网电压故障情况下的性能测试和研究。

背景技术

现代大型风力发电系统主要有双馈感应发电机和永磁同步发电机两种类型，其中双馈感应发电系统是当前的主流机型。目前我国的风电技术大多停留在理想电网条件下的运行控制，由于实际电网经常有各类对称、不对称故障发生，因此必须开展电网故障下的运行控制研究。近年来国际上已经提出了多种风力发电机的并网规范，要求当电网电压跌落至一定的范围以上时，风力发电机必须保持与电网的连接，而不能从电网解列，这就要求风电机组必须具有在电网故障情况下的穿越运行能力。为了测试风电机组的低电压穿越能力，需要利用电压跌落发生器来模拟电网规范中规定的各种电网电压故障。目前，国内外已经开始了对电压跌落发生器的研究，检索到的相关研究文章和专利有：

I.梁亮，李建林，赵斌，许洪华.适合于风力发电系统的电压跌落发生器.可再生能源，2007，(26)3：64-67.

II.胡书举，李建林，梁亮，许洪华.风力发电用电压跌落发生器研究综述.电力自动化设备，2008，(28)2：101-103.

III.Juan Carlos Ausin，Daniel Navarro Gevers，Andresen，“FaultRide-through Capability Test Unit for Wind Turbines，”Wind Energy，2007，(11)：3-12.

IV.中国专利：CN101149412《可编程控制器数控型周波电压跌落模拟发生器》。

V.中国专利：CN101119074《一种电网电压跌落发生器》。

文章I和II总结了当前已有的阻抗形式、变压器形式、电力电子变换器形式的电压跌落发生器方案。阻抗形式的电压跌落发生器利用接触器、继电器或晶闸管将大功率阻抗并联或者串联到主电路中实现电压跌落，这种方案结构简单、实现方便，但是损耗较大，电压跌落深度无法准确控制，而且由于开关器件的限制，无法实现三相电压同时跌落。变压器形式的电压跌落发生器利用接触器、继电器、晶闸管将变压器串联或并联到主电路中，或者用接触器、继电器、晶闸管在变压器的副边多个抽头之间相互切换来实现电压跌落，但是由于开关器件的限制，电压跌落时间无法精确控制。电力电子变换器形式的电压跌落发生器采用交交变频器或交直交变频器等电力电子变换器，利用大功率可控器件IGBT，IGCT等实现电压转换，可控制电压跌落的持续时间、跌落深度、起止相位和跌落类型，但是成本较高、控制复杂、可靠性不高。文章III介绍了一种风力发电用电压跌落测试装置，采用的是阻抗形式的电压跌落发生器。中国专利：CN101149412公开的电压跌落模拟发生器，通过上位机输入电压跌落指令，控制步进电机拖动自耦调压器来改变调压器的输出电压，由于采用机械动作的方式调压，无法实现电压的瞬时变化。中国专利：CN101119074公开的采用晶闸管的变压器形式单相电压跌落发生器，由于使用晶闸管，电压切换只能发生在输出电流的过零点处，无法控制电压跌落的相位。

由上述分析可见，已有文献公开的电压跌落发生器方案中仅有电力电子变换器形式可实现电压跌落的持续时间、跌落深度、起止相位和跌落类型可控，但是该方案价格高昂、控制复杂、可靠性较差，不利于大规模推广。

发明内容

本发明的目的是为风电机组在各种电网电压故障情况下的性能测试和研究提供一种风力发电用电压跌落发生器。

本发明的风力发电用电压跌落发生器，其特征在于包括：上位机、数据采集卡、IGBT驱动与保护电路、IGBT双向开关I、IGBT双向开关II、调压器、电压霍尔传感器、电流霍尔传感器以及风电机组；其中风电机组由原动机、齿轮箱、励磁变频器、双馈感应发电机组成。数据采集卡与上位机和IGBT驱动与保护电路相连；IGBT双向开关I的输入端与调压器的副边相连，IGBT双向开关II输入端与调压器的原边相连；IGBT双向开关I和IGBT双向开关II的输出端共同与双馈感应发电机的定子以及励磁变频器的进线端相连；励磁变频器的出线端与双馈感应发电机的转子相连；电压霍尔传感器和电流霍尔传感器安装在双馈感应发电机的定子上；电压霍尔传感器的信号输出端连接到数据采集卡，电流霍尔传感器的信号输出端与IGBT驱动与保护电路和数据采集卡相连；原动机通过齿轮箱驱动双馈感应发电机。

文中IGBT为绝缘栅双极型晶体管。