基于dvr的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越裝置制造方法
【專利摘要】一種基于DVR的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越裝置，其特征在于它包括雙饋異步風(fēng)電機(jī)組和DVR動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器；其優(yōu)越性在于：提高了DFIG機(jī)組的低電壓穿越能力，同時(shí)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器和注入變壓器還能夠減小甚至消除定子電壓的波動(dòng)。
【專利說明】基于DVR的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越裝置
(-)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于DVR的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越裝置，屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】。
(二)【背景技術(shù)】:
[0002]能源是構(gòu)成客觀世界的三大基礎(chǔ)之一，人類尋找可持續(xù)的能源道路，開發(fā)利用新能源和可再生能源是完善能源系統(tǒng)的重點(diǎn)。風(fēng)能是地球表面大量空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能。由于地面各處受太陽輻照后氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的含量不同，因而引起各地氣壓的差異，在水平方向高壓空氣向低壓地區(qū)流動(dòng)。風(fēng)力發(fā)電是可再生能源，很環(huán)保，很潔凈。風(fēng)能作為潔凈的能量來源，其設(shè)施日趨進(jìn)步，大量生產(chǎn)降低成本，在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電成本已低于其它發(fā)電機(jī)。隨著風(fēng)力發(fā)電在全世界范圍內(nèi)的高速增長，風(fēng)電裝機(jī)容量在電力系統(tǒng)中所占的比重快速提高，使得大型風(fēng)電機(jī)組與局部電網(wǎng)之間的相互影響也越來越大。為了保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全，世界各國的電網(wǎng)運(yùn)營商對風(fēng)電接入提出了越來越嚴(yán)格的要求，其中最受人關(guān)注、也是最難以滿足的要求即為風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越(LVRT)能力。
[0003]在各種類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)(DFIG)以其調(diào)速范圍寬、有功和無功功率可獨(dú)立調(diào)節(jié)以及所需勵(lì)磁變流器容量較小等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為國際主流風(fēng)電機(jī)型，占據(jù)絕大部分市場份額。但是由于DFIG定子直接并網(wǎng)，很容易受到各種電網(wǎng)故障的影響，因此在電網(wǎng)跌落時(shí)，具有反應(yīng)速度慢、低電壓穿越能力不足等缺點(diǎn)。而動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器(dynamicvoltagerestore簡稱DVR)作為目前最為先進(jìn)的補(bǔ)償設(shè)備,可以在ms級內(nèi)做出補(bǔ)償動(dòng)作，使得跌落過程中電壓穩(wěn)定?；谏鲜鲈颍緦?shí)用新型在雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中加入動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器可以有效的解決目前存在的問題。
[0004]除了低電壓穿越(LVRT)能力之外，當(dāng)前電網(wǎng)規(guī)范對風(fēng)電機(jī)組的高壓穿越(HighvoItageridethrough, HVRT)能力也提出了要求,例如澳大利亞電網(wǎng)規(guī)范要求風(fēng)電機(jī)組具有在電網(wǎng)電壓驟升至1.3pu時(shí)維持60ms不間斷運(yùn)行的能力。與LVRT不同，當(dāng)前廣泛采用的Crowbar技術(shù)和直流斬波電路對HVRT不起作用，只有保持雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(DFIG)定子電壓穩(wěn)定才能實(shí)現(xiàn)HVRT運(yùn)行。當(dāng)前主要采用的方案有DVR和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器(Staticcompensator, STATC0M)。相對于DVR，STATC0M需要吸收很大的無功功率才能維持DFIG定子電壓的穩(wěn)定，對功率器件容量要求較高:而且在電網(wǎng)電壓不對稱情況下STATC0M的應(yīng)用不如DVR靈活，因此應(yīng)優(yōu)先選用DVR來實(shí)現(xiàn)DFIG的HVRT運(yùn)行。
(三)實(shí)用新型內(nèi)容:
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于DVR的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越裝置，在電網(wǎng)正常運(yùn)行是可以檢測系統(tǒng)電壓波動(dòng)，在電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障的情況下，系統(tǒng)可快速輸出補(bǔ)償電壓以補(bǔ)償電網(wǎng)電壓的跌落，使逆變器輸出端口的電壓基本保持恒定，從而使得雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有低電壓穿越的能力，它通過合理設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，然后利用動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器的自身特點(diǎn)減少電壓跌落的反應(yīng)時(shí)間，改善低電壓穿越能力，且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種基于DVR的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越裝置，其特征在于它包括雙饋異步風(fēng)電機(jī)組和DVR動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器；其中所述的雙饋異步風(fēng)電機(jī)組直接連接電網(wǎng)；所述DVR動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的輸入端采集電網(wǎng)系統(tǒng)側(cè)的電壓，其輸出端連接雙饋異步風(fēng)電機(jī)組的輸出端和電網(wǎng)的輸入端。
[0007]所述雙饋異步風(fēng)電機(jī)組是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和變流器組成；所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接連接電網(wǎng)，采集電網(wǎng)電壓作為定子電壓；采集變流器電壓作為轉(zhuǎn)子電壓；所述變流器包括GSC網(wǎng)側(cè)變流器和RSC轉(zhuǎn)子側(cè)變流器。
[0008]所述DVR動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是由控制器單元、能量儲存單元、并聯(lián)電容器、逆變電路單元、濾波電路單元、串聯(lián)變壓器以及整流器組成；所述DVR動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器通過濾波電路單元和串聯(lián)變壓器接入電網(wǎng)；所述能量儲存單元的輸入端與整流器和控制器單元的輸出端連接，其輸出端通過并聯(lián)電容器與逆變電路單元連接；所述整流器單元的輸入端采集電網(wǎng)的電壓電流信號。
[0009]所述控制器單元采用的是UC3942A芯片。
[0010]所述DVR動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的儲能單元設(shè)有五個(gè)串聯(lián)的儲能供電部分，每個(gè)部分由一個(gè)H橋逆變器和一個(gè)儲能元件構(gòu)成。
[0011]本實(shí)用新型的工作方法:(1)檢測電壓波動(dòng)并做出合理動(dòng)作；(2)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器接受信號并做出補(bǔ)償；(3)將補(bǔ)償電壓注入線路，穩(wěn)定雙饋異步發(fā)電機(jī)輸出能力。
[0012]本實(shí)用新型的工作原理:
[0013](I)電壓跌落補(bǔ)償
[0014]當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時(shí)，DVR不工作，電網(wǎng)與DFIG定子之間通過注入變壓器的副邊相連接。由于注入變壓器的漏阻抗很小，使得電網(wǎng)電壓與定子電壓基本相等。當(dāng)電網(wǎng)電壓故障導(dǎo)致DFIG定子電壓幅值偏離正常值時(shí)，DVR開始工作，采用前饋控制原理，輸出合適電壓，經(jīng)過LC濾波器向注入變壓器的原邊輸出補(bǔ)償電壓。原邊電壓經(jīng)由變壓器繞組耦合傳遞至注入變壓器副邊后，使得DFIG的定子電壓為電網(wǎng)電壓與注入變壓器副邊電壓之和，SP
[0015]Us+Ug = Ucom
[0016]式中U.SDVR輸出的補(bǔ)償電壓，通過改變U?！芳纯烧{(diào)節(jié)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的定子電壓。
[0017]其控制器單元采用的是UC3942A芯片，如圖6所示，是高性能固定頻率電流模式控制器。為設(shè)計(jì)人員只需最少原件就能獲得最高收益的解決方案。這些集成電路具有可微調(diào)的振蕩器，能進(jìn)行精確地占空比控制，高增益放大。其特點(diǎn)是啟動(dòng)電流低，內(nèi)部基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定，較強(qiáng)的負(fù)載相應(yīng)特性，自動(dòng)負(fù)反饋補(bǔ)償電路?？梢詾殡姍C(jī)提供穩(wěn)定的控制技術(shù)。
[0018]同樣若電網(wǎng)電壓中還含有諧波分量，則通過DVR同樣可對諧波電壓進(jìn)行補(bǔ)償，確保雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定子電壓的對稱且正弦，保持DFIG機(jī)組發(fā)出的總有功、無功功率穩(wěn)定，整個(gè)機(jī)組輸出的電流對稱且正弦。
[0019]DVR動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器通過注入變壓器串聯(lián)在風(fēng)電系統(tǒng)的系統(tǒng)側(cè)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生電壓跌落時(shí)，控制單元向逆變器發(fā)出指令，使其產(chǎn)生補(bǔ)償電壓通過逆變器，然后經(jīng)過輸出濾波器出去諧波，再者通過串聯(lián)變壓器進(jìn)入線路進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行時(shí)，DVR補(bǔ)償側(cè)斷開，整流側(cè)打開，系統(tǒng)對DVR補(bǔ)充能量。[0020](2)電壓波動(dòng)檢測
[0021]常見的三相電源系統(tǒng)是以abc坐標(biāo)系統(tǒng)表示的，這種坐標(biāo)在空間是靜止不動(dòng)的。dq坐標(biāo)是由在空間以發(fā)電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)構(gòu)成的，從abc坐標(biāo)系到dq坐標(biāo)系的變換稱為派克變換(dq變換)。
[0022]考慮實(shí)際電壓存在畸變和不平衡，則令abc三相電壓的表達(dá)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于DVR的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越裝置，其特征在于它包括雙饋異步風(fēng)電機(jī)組和DVR動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器；其中所述的雙饋異步風(fēng)電機(jī)組直接連接電網(wǎng)；所述DVR動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的輸入端采集電網(wǎng)系統(tǒng)側(cè)的電壓，其輸出端連接雙饋異步風(fēng)電機(jī)組的輸出端和電網(wǎng)的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于DVR的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越裝置，其特征在于述雙饋異步風(fēng)電機(jī)組是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和變流器組成；所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接連接電網(wǎng)，采集電網(wǎng)電壓作為定子電壓；采集變流器電壓作為轉(zhuǎn)子電壓；所述變流器包括GSC網(wǎng)側(cè)變流器和RSC轉(zhuǎn)子側(cè)變流器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于DVR的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越裝置，其特征在于所述DVR動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是由控制器單元、能量儲存單元、并聯(lián)電容器、逆變電路單元、濾波電路單元、串聯(lián)變壓器以及整流器組成；所述DVR動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器通過濾波電路單元和串聯(lián)變壓器接入電網(wǎng)；所述能量儲存單元的輸入端與整流器和控制器單元的輸出端連接，其輸出端通過并聯(lián)電容器與逆變電路單元連接；所述整流器單元的輸入端采集電網(wǎng)的電壓電流信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于DVR的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越裝置，其特征在于所述控制器單元采用的是UC3942A芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于DVR的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越裝置，其特征在于所述DVR動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的能量儲存單元設(shè)有五個(gè)串聯(lián)的儲能供電部分，每個(gè)部分由一個(gè)H橋逆變器和一個(gè)儲能元件構(gòu)成。
【文檔編號】H02J3/16GK203574375SQ201320727637
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】梁廷婷, 周雪松, 吳浩, 馬幼捷, 吳濤, 劉漢民, 孔祥富, 周曉青, 李龍, 何紅光, 宋堃, 劉海旭, 牛虎 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)新源張家口風(fēng)光儲示范電站有限公司, 天津理工大學(xué)