一種風力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用儲能型泄放電路，該電路中由兩個帶有反并聯(lián)二極管的開關(guān)元件、電感、電阻組成。當檢測到直流母線電壓高于設(shè)定的最高電壓值時，儲能型泄放電路中的第二開關(guān)元件斷開，第一開關(guān)元件與第二二極管構(gòu)成降壓斬波電路，通過電感將多余的能量吸收，直流電壓降低；當直流母線電壓降低到允許的最低電壓值時，第一開關(guān)元件斷開，第二開關(guān)元件與第一二極管構(gòu)成升壓斬波電路，釋放儲存在電感中的能量，幫助直流母線電壓恢復正常值。通過對儲能型泄放電路的兩個開關(guān)器件的交替斬波控制，可以實現(xiàn)高電壓穿越過程中直流母線能量的泄放和穩(wěn)壓控制，并且可以通過釋放電感中的能量幫助直流母線電壓在降低后快速恢復。
【專利說明】—種風力發(fā)電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電系統(tǒng)，屬于風力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，海上風電和陸地風電快速發(fā)展，裝機容量逐年增加，采用永磁同步電機作為發(fā)電機的直驅(qū)型風機因其可以省去雙饋型風機的增速齒輪箱，減少發(fā)電機的體積和重量，同時也可以降低噪聲和維護費用，而得到了越來越廣泛的應用。隨著風電的迅速發(fā)展，接入電網(wǎng)的風電規(guī)模越來越大，風電系統(tǒng)的波動性的特點帶來的影響也越來越明顯，例如:電壓波動、功率不平衡、諧波含量大等現(xiàn)象，影響了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
[0003]已經(jīng)公布的中國國家標準中，明確規(guī)定了低電壓穿越的相關(guān)標準，見《⑶乙19963-2011風電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》，而高電壓穿越(取奶)的相關(guān)標準暫未正式出臺。但是電網(wǎng)高電壓的影響也已經(jīng)日益凸顯，當電網(wǎng)電壓發(fā)生故障驟升時，在沒有采取控制措施的情況下，可能會損壞變流器和風電機組，也可能對電網(wǎng)產(chǎn)生功率沖擊，造成電力系統(tǒng)的暫態(tài)不穩(wěn)定，嚴重時甚至可能導致局部或者系統(tǒng)癱瘓，危害電網(wǎng)中其他設(shè)備造成更嚴重的損失。因此，當電網(wǎng)故障或者擾動引起風電場并網(wǎng)點的電壓升高時，風電機組能夠不間斷的并網(wǎng)運行對于維持電網(wǎng)的穩(wěn)定有著重要意義。
[0004]風電場中的很對因素可能引起電網(wǎng)電壓的驟升，如:單相對地故障、風電場負載的突然切除、大的電容補償器的投入等等。直驅(qū)風電變流器的網(wǎng)側(cè)直接與電網(wǎng)相連，當電網(wǎng)電壓驟升時，電網(wǎng)側(cè)功率無法送出，功率由電網(wǎng)側(cè)流入變流器，導致直流母線電壓快速升高，導致系統(tǒng)故障停機，嚴重情況下可能因為過電壓毀壞功率器件1(?丁。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種風力發(fā)電系統(tǒng)，用以解決直流母線電壓上升可能導致系統(tǒng)故障停機和毀壞功率器件的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:一種風力發(fā)電系統(tǒng)，包括依次連接的風力發(fā)電機、機側(cè)變流器、直流母線和網(wǎng)側(cè)變流器，網(wǎng)側(cè)變流器用于連接電網(wǎng)，直流母線上連接有一個電容器，直流母線上還連接有一個儲能型泄放電路，該儲能型泄放電路包括依次串聯(lián)的第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件，第一開關(guān)元件反向并聯(lián)第一二極管，第二開關(guān)元件反向并聯(lián)第二二極管，且第二開關(guān)元件還與一條電感、電阻串聯(lián)支路并聯(lián)。
[0007]當直流母線的電壓值達到第一設(shè)定值時，第二開關(guān)元件斷開，第一開關(guān)元件與第二二極管組成降壓斬波電路；當直流母線的電壓值達到第二設(shè)定值時，第一開關(guān)元件斷開，第二開關(guān)元件與第一二極管組成升壓斬波電路。
[0008]上述開關(guān)元件為1(?丁。
[0009]第一開關(guān)元件連接直流母線的正極，第二開關(guān)元件連接直流母線的負極。
[0010]在風力發(fā)電機與機側(cè)變流器之間、電網(wǎng)與網(wǎng)側(cè)變流器之間均設(shè)置有濾波器。
[0011]本發(fā)明采用儲能型泄放電路，該電路中由兩個帶有反并聯(lián)二極管的開關(guān)元件、電感、電阻組成。當檢測到直流母線電壓高于變流器設(shè)定的允許最高電壓值時，儲能型泄放電路中的第二開關(guān)元件斷開，第一開關(guān)元件與第二二極管構(gòu)成降壓斬波電路，通過電感將直流母線多余的能量吸收，直流電壓降低；當直流母線電壓降低到允許的最低電壓值時，泄放電路中的第一開關(guān)元件斷開，第二開關(guān)元件與第一二極管構(gòu)成升壓斬波電路，釋放儲存在電感中的能量，為直流母線電壓充電，幫助直流母線電壓恢復正常值。通過對儲能型泄放電路的兩個開關(guān)器件的交替斬波控制，可以實現(xiàn)高電壓穿越過程中直流母線能量的泄放和穩(wěn)壓控制，并且可以通過釋放電感中的能量幫助直流母線電壓在降低后快速恢復。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是風力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是泄放電路控制策略原理框圖；
[0014]圖3是本發(fā)明儲能型泄放電路工作流程圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0016]本發(fā)明為一種風力發(fā)電系統(tǒng)，包括依次連接的風力發(fā)電機、機側(cè)變流器、直流母線和網(wǎng)側(cè)變流器，網(wǎng)側(cè)變流器用于連接電網(wǎng)，直流母線上連接有一個電容器，直流母線上還連接有一個儲能型泄放電路，儲能型泄放電路包括依次串聯(lián)的第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件，第一開關(guān)元件反向并聯(lián)第一二極管，第二開關(guān)元件反向并聯(lián)第二二極管，且第二開關(guān)元件還與一條電感、電阻串聯(lián)支路并聯(lián)。
[0017]當直流母線的電壓值達到第一設(shè)定值時，第二開關(guān)元件斷開，第一開關(guān)元件與第二二極管組成降壓斬波電路；當直流母線的電壓值達到第二設(shè)定值時，第一開關(guān)元件斷開，第二開關(guān)元件與第一二極管組成升壓斬波電路。
[0018]基于以上技術(shù)方案，結(jié)合附圖，給出以下一個【具體實施方式】。
[0019]如圖1所示，風力發(fā)電系統(tǒng)，包括風力發(fā)電機、濾波器、機側(cè)變流器、直流母線、網(wǎng)側(cè)變流器、濾波器、電網(wǎng)。直流母線上連接一個電容器。
[0020]直流母線上連接一個儲能型泄放電路，如圖1所示，該儲能型泄放電路包括:兩個開關(guān)元件％81，分別為31、32，兩個二極管，分別為01、02，電感匕電阻233。31與01反向并聯(lián)，82與02反向并聯(lián)，81與52串聯(lián)。32、02反向并聯(lián)電路與電感[、電阻￡33的串聯(lián)電路并聯(lián)。
[0021]圖2所示為該儲能型泄放電路控制策略原理框圖，圖3是該儲能型泄放電路工作流程圖，該儲能型泄放電路的工作過程為:當變流器檢測電網(wǎng)電壓升高時，變流器進入取尺1狀態(tài)，同時啟動儲能型泄放電路的控制；網(wǎng)側(cè)變流器實時檢測直流母線電壓值，當直流母線電壓值高于變流器允許的最大電壓值時，通過比例控制方式獲取斬波脈沖的寬度信息用于控制32斷開，51與02形成降壓斬波電路，通過電感I將直流母線多余的能量吸收，電阻￡33也消耗一些能量，完成直流母線電壓能量的泄放，直流母線電壓值逐漸降低；當直流母線電壓值低于變流器允許的最小電壓值時，通過比例控制方式獲取斬波脈沖的寬度信息用于控制51斷開，32與01形成升壓斬波電路，電感[釋放其存儲的能量，對直流母線進行充電，幫助直流母線電壓恢復到正常值。
[0022]通過對開關(guān)器件31和32的交替斬波控制保證了直流母線電壓值在變流器允許范圍內(nèi)波動，同時通過電感I將直流母線電壓的能量存儲和泄放，和電阻￡33對直流母線電壓的能量的泄放，完成高電壓穿越過程中的直流母線穩(wěn)定；當變流器檢測到電網(wǎng)電壓恢復正常后，切除該儲能型泄放電路，變流器網(wǎng)側(cè)恢復正常狀態(tài)下的穩(wěn)壓控制。
[0023]在儲能型泄放電路中，對開關(guān)器件51和32的交替斬波控制保證了直流母線電壓值在變流器允許范圍內(nèi)波動，同時，變流器網(wǎng)側(cè)控制增加無功電流分量，增大感性無功電流出力。這樣上述兩個步驟同時完成能量泄放和直流母線電壓穩(wěn)壓控制。通過該泄放電路的控制策略和網(wǎng)側(cè)變流器無功輸出控制相結(jié)合的方式，可以順利實現(xiàn)在1.1?1.3？11電壓下機組的不脫網(wǎng)運行。
[0024]以上給出了具體的實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述基本方案，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導，設(shè)計出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種風力發(fā)電系統(tǒng)，包括依次連接的風力發(fā)電機、機側(cè)變流器、直流母線和網(wǎng)側(cè)變流器，網(wǎng)側(cè)變流器用于連接電網(wǎng)，所述直流母線上連接有一個電容器，其特征在于，所述直流母線上還連接有一個儲能型泄放電路，所述儲能型泄放電路包括依次串聯(lián)的第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件，第一開關(guān)元件反向并聯(lián)第一二極管，第二開關(guān)元件反向并聯(lián)第二二極管，且第二開關(guān)元件還與一條電感、電阻串聯(lián)支路并聯(lián)； 當直流母線的電壓值達到第一設(shè)定值時，第二開關(guān)元件斷開，第一開關(guān)元件與第二二極管組成降壓斬波電路；當直流母線的電壓值達到第二設(shè)定值時，第一開關(guān)元件斷開，第二開關(guān)元件與第一二極管組成升壓斬波電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)元件為IGBT。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一開關(guān)元件連接直流母線的正極，所述第二開關(guān)元件連接直流母線的負極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，在風力發(fā)電機與機側(cè)變流器之間、電網(wǎng)與網(wǎng)側(cè)變流器之間均設(shè)置有濾波器。
【文檔編號】H02J3/38GK104362672SQ201410584419
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】郜亞秋, 肖鵬, 劉剛, 孫健, 梁燕, 高亞春, 岳巍澎, 朱斯, 程林志, 楊楊, 史航, 盧仁寶 申請人:國家電網(wǎng)公司, 許繼集團有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼風電科技有限公司, 國網(wǎng)新源張家口風光儲示范電站有限公司