[实用新型]低电压穿越智能功率控制单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种低电压穿越智能功率控制单元，尤其是针对不具有低电压穿越功能的各类风力发电机设计的低电压穿越智能功率控制单元。即适用于改造现有的异步风力发电机，也可适用于改进含有变频器的双馈型风力发电机。

背景技术

随着风力发电的迅速发展，风电装机容量不断增大，在发电容量中所占的比例也不断提高。当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性。有研究表明，当风力发电机具有低电压穿越(Low Voltage Ride Through，LVRT)能力时，能提高整个电力系统的稳定性。因此世界上风电装机比例较大的国家，如丹麦、德国、美国等颁布的风电并网规定中，都要求风电机组都具备LVRT能力，保证电力系统发生故障后风电机组能够不间断并网运行。

尽管各国对风电机组低电压穿越能力的要求各不相同，但都包含如下几个方面的内容，以我国颁布的风电场接入电力系统技术规定(Q/GDW392-2009)为例，在风电场接入电力系统的技术规定在明确要求：

a)风电场必须具有在电压跌至20％额定电压时能够维持并网运行625ms的低电压穿越能力；

b)风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90％时，风电场必须保持并网运行；

c)风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90％时，风电场必须不间断并网运行。

目前我国的风电机组主要的类型有以下四种：恒速恒频异步发电机组、有限变速异步发电机组、变速恒频双馈发电机组和变速恒频直驱发电机组。其中恒速恒频异步发电机组和有限变速异步发电机组本身不具备LVRT能力；变速恒频双馈发电机组目前可以通过在转子侧加入Crowbar来使其具备LVRT能力，不仅需要对主控制器和变桨控制器等设备做较大改动，而且控制比较复杂，在穿越过程中还需要从电网吸收无功功率；变速恒频直驱发电机组由于系统中采用了全功率变频器，实现LVRT相对比较简单。

目前我国风电场中安装的绝大多数风电机组都是恒速恒频异步发电机组或者变速恒频双馈发电机组，而这些机组大多数都没有低电压穿越能力。因此对这些机组进行改造，使其具备低电压穿越能力对于电网的稳定运行有着十分重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对目前风力发电机并网运行中普遍存在的低电压穿越能力差，尤其是恒速恒频异步发电机组或者变速恒频双馈发电机组低电压穿越能力差的实际问题，提供一种低电压穿越智能功率控制单元及其应用。

本实用新型的目的是这样实现的：一种低电压穿越智能功率控制单元(Intelligent Power Control Unit for Low Voltage Ride Through，简称IPCU，下同)，其特征在于：

a)IPCU设有A端口、B端口和C端口，控制单元中还设有穿越瞬间稳定定子电压及提供无功功率的内置辅助变频器和吸收有功功率的可控有功负载；

b)所述A端口与所述B端口之间设有高速开关；

c)所述A端口与所述C端口之间设有内置辅助变频器，其中，内置辅助变频器的交流母线与所述A端口连接，直流侧与所述C端口连接；

d)可控有功负载与内置辅助变频器的直流输出端连接，使内置辅助变频器与可控有功负载依次串接在A端口与C端口之间；或自A端口通过三相桥式整流与可控有功负载连接，使内置辅助变频器支路与可控有功负载支路并联。

在本实用新型中：所述的可控有功负载由制动开关和制动电阻组成，所述的制动开关为绝缘门极双极性晶体管IGBT。

在本实用新型中：所述三相桥式整流电路交流侧设有LC滤波电路。

在本实用新型中：所述的高速开关为门极可关断晶闸管GTO，或者配有关断电路的晶闸管。

本实用新型的优点在于：IPCU适用于各种类型风力发电机。采用IPCU之后，风力发电系统将具有以下优点：

风力发电系统将具有完美的低电压穿越能力，包含零电压跌落和电网跳闸等在内的故障均能可靠穿越；

对风力发电机的运行无影响，主控制器和变桨控制器不需要做任何的改动，应用非常简单；

故障结束后，风机恢复正常运行的速度快，故障后，风机能够在2s之内恢复到之前的工作状态，满足电网对低电压穿越的要求；

对风机的机械传动系统无影响，大大避免电网故障对轴系产生的扭曲、振荡等影响，提高风机的使用寿命；

故障期间可以给电网提供有功和无功支持(可选功能)；