[发明专利]撬棒电路及双馈型感应发电机穿越电网故障的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种撬棒电路，还涉及一种在电网故障时使用该撬棒电路保护双馈型感应发电机系统的装置，以及使用该装置保护双馈型感应发电机系统的方法，更具体地说，涉及一种撬棒电路及双馈型感应发电机穿越电网故障的装置及方法。

背景技术

作为清洁、可再生、有着巨大潜力的新能源，风力发电在全世界范围内获得了迅猛的发展。基于双馈型感应发电机的风力发电机组是目前市场上的主流机型。如图1所示，发电机10的定子侧直接接电网20，转子侧经变流器连接电网。变流器一般可分为与电网相连的网侧变流器60和与连接在发电机转子上的du/dt电感80相连的机侧变流器40，机侧变流器40与网侧变流器60二者之间通过直流母线(及其直流母线电容50)连接。变流器40、60通过控制器70实施控制。控制器70通过变流器控制发电机转子侧的电流来实现对发电机有功功率和无功功率的控制。由于发动机转子功率仅是定子功率的一部分，一般转子功率最大为1/3的定子功率，因此控制发电机转子侧的电流可以大大减小变流器的体积和造价。

随着风力发电机组装机容量的不断增大，其发电容量在电网中所占的比重也越来越高。如果在电网发生跌落故障时，风力发电机组脱网停机，不能给电网提供频率和电压的支撑，将非常不利于电网的安全运行。因此，世界各国先后推出了一系列的风力发电机组运行规范，包括电网故障穿越能力，即在电网出现短暂跌落时，风力发电机组要保持并网状态，并在故障期间提供一定的无功支持，以帮助电网尽快恢复。

基于双馈型感应发电机的风力发电机组，由于是通过控制转子电流间接控制定子功率，而定子直接连接在电网的双馈型感应发电机则会受到电网的直接影响，对电网的扰动非常敏感，从而使得在电网故障时系统的控制难度加大，甚至失控。当电网出现短暂跌落时，发电机会产生去磁过程，该过程引起定子电流、转子电流急速上升。当电网跌落幅度较大时，定、转子就会出现过流，如果不采取其他措施，将导致变流器毁坏。

为了解决上述问题，现有技术采用配备被动式撬棒电路的技术手段。如图1所示，被动式撬棒电路30一般并接在du/dt电感80的前端(即du/dt电感80与双馈感应发电机10的转子绕组之间)。当电网出现短暂跌路时，被动撬棒电路中的半控型电力电子器件被触发导通，短路发电机转子，使变流器40、60迅速脱网停机，实现保护变流器的目的。

但是，由于被动式撬棒电路采用的半控型电力电子器件在电网发生故障时导通，实现对变流器的保护后在发电机转子绕组能量耗尽前无法进行关断，需要将变流器脱网且使发电机转子绕组剩余能量消耗完毕才能实现该半控型电力电子器件关断，使得电网发生故障，发电机不能实现连续工作，即不具备穿越电网故障的能力。

为了解决这一问题，出现了如图2所示的采用主动式撬棒电路100替代被动式撬棒电路30实现电网故障穿越的双馈型感应发电机的风力发电机组。

现有常用的主动式撬棒电路如图3所示，该主动撬棒电路100包括驱动电路120、开关电路130、耗能电阻150和检测电路110，驱动电路120与开关电路130驱动连接，开关电路130的三相输入端连接耗能电阻110，检测电路分别与控制器70和耗能电阻150信号连接。主动撬棒电路100的三相输入端(即耗能电阻110输入端)连接在机侧变流器与电机转子侧连接的连接端，控制器70与驱动电路120控制连接。开关电路130包括由全控型电力电子器件为构成元件构成的桥式电路。

当电网电压发生跌落故障时，控制器70关闭机侧变流器40，同时触发该主动式撬棒电路100导通，短路发电机转子，对机侧变流器40实现保护。当电网故障产生的瞬时能量衰减到设定值时，控制器70关闭该主动式撬棒电路100，同时开启机侧变流器40，对电网20提供无功支持，帮助电网快速恢复，实现电网故障穿越。

上述主动式撬棒电路虽然解决了被动式撬棒电路存在的问题，但仍然存在如下缺陷：

1、当电网发生不对称跌落且滑差较大时，流过撬棒电路上的电流将非常大，此时关闭撬棒电路，发动机转子上的能量会瞬间冲击变流器直流母线，导致变流器直流母线电流再次升高，到达触发撬棒电路的条件，撬棒电路再次导通，如此循环往复，使撬棒电路难以关闭；

2、如无法关闭撬棒电路，发电机会从电网吸收很大的无功功率，甚至会吸收很大的有功功率(在亚同步时)，此种情形非常不利于电网的恢复；

3、由于撬棒电路耗能电阻阻值很小，每次撬棒电路动作时，对电网和发电机的冲击电流都会非常大，撬棒电路的频繁动作，将严重影响发电机寿命。

发明内容