一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)方法及裝置，涉及新能源領(lǐng)域。本方法包括下列步驟：風(fēng)電機(jī)組AC/DC和DC/AC變換器整流與逆變；電網(wǎng)、機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)電物理量數(shù)據(jù)采集；零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測；并網(wǎng)開關(guān)與風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器協(xié)調(diào)控制；有功潮流方向檢測與零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制。本裝置設(shè)置有零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元，電力電子開關(guān)單元和零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有濾波器節(jié)能、提高風(fēng)力發(fā)電效率和電網(wǎng)電壓質(zhì)量以及提高并網(wǎng)逆變器使用壽命的特點(diǎn)。
【專利說明】一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)方法及裝置
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]能源供應(yīng)形式的多樣化是降低一個(gè)國家能源風(fēng)險(xiǎn)、提高能源安全的重要戰(zhàn)略之一。21世紀(jì)，由于工業(yè)化和城市化的驅(qū)動(dòng)，世界能源需求將繼續(xù)大幅度增長。為了滿足日益增長的能源需求，需要開展大規(guī)模的能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以增加能源供應(yīng)能力。但由于資源和環(huán)境條件的嚴(yán)重制約，世界能源供應(yīng)形勢面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
[0004]風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)今世界可再生能源開發(fā)利用中技術(shù)最成熟、最具開發(fā)規(guī)模和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電形式，由于其在減輕環(huán)境污染、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展等方面的突出作用，展現(xiàn)了良好的發(fā)展前景，是中國和世界重要的后續(xù)能源之一。
[0005]風(fēng)力發(fā)電是一種特殊的電力，具有許多不同于常規(guī)能源發(fā)電的特點(diǎn)。早期的風(fēng)電場規(guī)模很小，風(fēng)電機(jī)組大多采用小容量異步發(fā)電機(jī)組，風(fēng)電場直接和配電網(wǎng)相連，滿足地區(qū)供電需求，風(fēng)電場給電網(wǎng)帶來的影響主要是局部的諧波污染、電壓波動(dòng)及閃變等電能質(zhì)量問題，不會給大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生明顯影響。
[0006]由于風(fēng)速的波動(dòng)性、隨機(jī)性引起風(fēng)電場輸出功率變化，以及風(fēng)電場一般都處于電網(wǎng)的末端，此處電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對薄弱，因此風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)時(shí)輸出功率波動(dòng)和電流沖擊可能會出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、線路傳輸功率超出熱極限、系統(tǒng)短路容量增加和系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性改變等一系列問題。因此，必須通過合理的動(dòng)態(tài)并網(wǎng)技術(shù)來解決風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)引起的一系列問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案解決風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)引起的上述問題:
一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)方法，其特征在于，包括下列步驟:
步驟I，風(fēng)電機(jī)組AC/DC和DC/AC變換器整流與逆變的步驟，具體包括:在風(fēng)電機(jī)組風(fēng)力發(fā)電過程中，先通過交/直流變換器將風(fēng)電機(jī)組輸出的非工頻的交流電壓源整流為直流電壓源，然后通過直/交流變換器將直流電壓源逆變?yōu)楣ゎl的交流電壓源。工作在四個(gè)狀態(tài):分別是:
狀態(tài)一，停運(yùn)狀態(tài)，包括檢修:工作在發(fā)電系統(tǒng)不具備發(fā)電條件、按計(jì)劃停運(yùn)或設(shè)備檢修的情況下。
[0008]狀態(tài)二，待機(jī)狀態(tài):工作在發(fā)電條件不穩(wěn)定或電網(wǎng)對風(fēng)電場發(fā)電功率具有限制性要求的情況下。
[0009]狀態(tài)三，并網(wǎng)狀態(tài):工作在檢測風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)條件和實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)過程的情況下。
[0010]風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)條件:同時(shí)滿足同期條件(S卩:風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)前所輸出的交流電壓的頻率、幅值和相位與電網(wǎng)工頻交流電壓相同)和零過渡并網(wǎng)條件(g卩:在風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)過程，注入電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓和動(dòng)態(tài)電流的非周期分量接近零)。
[0011]實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)過程:風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器與并網(wǎng)電力電子開關(guān)相配合，由風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器通過調(diào)整機(jī)組輸出的交流電壓的頻率、幅值和相位，以滿足同期條件的要求;并網(wǎng)電力電子開關(guān)在同期條件滿足的基礎(chǔ)上，動(dòng)態(tài)檢測零過渡并網(wǎng)條件，當(dāng)零過渡并網(wǎng)條件滿足時(shí)，并網(wǎng)電力電子開關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組安全、無沖擊動(dòng)態(tài)并網(wǎng)。
[0012]狀態(tài)四，發(fā)電狀態(tài):工作在風(fēng)電機(jī)組輸出的有功功率大于零的情況下。
[0013]步驟2，電網(wǎng)、機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)電物理量數(shù)據(jù)采集的步驟，具體包括:通過在電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和電流互感器進(jìn)行實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)采集，并將同步采集的三相電壓和電流數(shù)據(jù)加注時(shí)標(biāo)后存儲起來，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出頻率、三相電壓和電流的幅值和相位、有功功率、無功功率和功率因數(shù)，同時(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算出系統(tǒng)的等值參數(shù)，為確定同期條件和零過渡并網(wǎng)條件提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
[0014]步驟3，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測的步驟，具體包括:實(shí)時(shí)檢測電力電子開關(guān)兩側(cè)三相電壓和三相電流，動(dòng)態(tài)確定濾波器電容電壓和耦合變壓器的電流兩個(gè)狀態(tài)變量的初始值和系統(tǒng)等值參數(shù)，即:系統(tǒng)等值電阻和系統(tǒng)等值電抗，兩初始值使注入電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓的非周期分量接近零的條件確定為零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件。當(dāng)零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件滿足時(shí)控制系統(tǒng)自動(dòng)生成一個(gè)脈沖信號，該信號為零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件信號。脈沖的寬度和幅值需要與實(shí)際控制系統(tǒng)和電力電子開關(guān)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)要求相匹配。
[0015]步驟4，并網(wǎng)開關(guān)與風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器協(xié)調(diào)控制的步驟，具體包括:并網(wǎng)開關(guān)包括并網(wǎng)斷路器和電力電子開關(guān)，電力電子開關(guān)與并網(wǎng)斷路器配合運(yùn)行。并網(wǎng)開關(guān)的運(yùn)行原則是電力電子開關(guān)用于風(fēng)電機(jī)組接通電網(wǎng)和從電網(wǎng)斷開，以避免在風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)和解列過程中產(chǎn)生過電壓和過電流;并網(wǎng)斷路器在風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)下閉合，在停運(yùn)狀態(tài)和并網(wǎng)、解列過程中斷開，以降低并網(wǎng)開關(guān)運(yùn)行過程中的電能損耗。
[0016]步驟5，有功潮流方向檢測與零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制的步驟，具體包括:
有功潮流方向檢測由步驟2獲得有功功率的大小和方向，當(dāng)有功功率的方向是從風(fēng)電機(jī)組注入電網(wǎng)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組處于發(fā)電狀態(tài)，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制并網(wǎng)開關(guān)閉合;當(dāng)有功功率的方向是從電網(wǎng)流入風(fēng)電機(jī)組時(shí)，風(fēng)電機(jī)組處于待并網(wǎng)或待解列狀態(tài)，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)度的要求或風(fēng)電場安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要，決定并網(wǎng)開關(guān)工作于并網(wǎng)狀態(tài)還是解列狀態(tài);是從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換到斷開狀態(tài)，還是從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)換到閉合狀態(tài)。
[0017]從風(fēng)電場安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度考慮，當(dāng)有功功率的方向是從電網(wǎng)流入風(fēng)電機(jī)組時(shí)，直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組和從并網(wǎng)開關(guān)電網(wǎng)側(cè)獲取轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的雙饋型風(fēng)電機(jī)組將從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換到斷開狀態(tài)，即風(fēng)電機(jī)組自動(dòng)解列；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組具備發(fā)電條件時(shí)，風(fēng)電機(jī)組將從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)換到閉合狀態(tài)，風(fēng)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能注入電網(wǎng)。
[0018]在上述的一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)方法，所述的步驟4中，包括風(fēng)電機(jī)組處于以下兩個(gè)狀態(tài)時(shí)的處理方法:
當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于并網(wǎng)狀態(tài)，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器處于同期并網(wǎng)工作狀態(tài)，將風(fēng)電機(jī)組輸出的電壓頻率、幅值和相位調(diào)整到與電網(wǎng)一致，即:保證風(fēng)電機(jī)組同期并網(wǎng)條件。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器處于發(fā)電控制工作狀態(tài)，控制風(fēng)電機(jī)組輸出的三相電壓、電流、功率和頻率，完成風(fēng)力發(fā)電過程。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組停運(yùn)或檢修狀態(tài)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器處于停運(yùn)狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于不穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)時(shí)，即:風(fēng)電機(jī)組時(shí)而具備發(fā)電條件處于發(fā)電狀態(tài)，時(shí)而又不具備發(fā)電條件，風(fēng)電機(jī)組從發(fā)電狀態(tài)退出，這時(shí)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器處于發(fā)電、解列和同期并網(wǎng)三種情況轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)。
[0019]當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于并網(wǎng)狀態(tài)，而且同期并網(wǎng)條件和零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件同時(shí)滿足時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)由斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組解列時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)為閉合狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于停運(yùn)或檢修狀態(tài)時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)為斷開狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于不穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)時(shí)，即:風(fēng)電機(jī)組電壓高于電網(wǎng)電壓，處于發(fā)電狀態(tài);時(shí)而又不具備發(fā)電條件，即:風(fēng)電機(jī)組電壓低于電網(wǎng)電壓，風(fēng)電機(jī)組將從發(fā)電狀態(tài)退出，這時(shí)并網(wǎng)開關(guān)工作于閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換到斷開狀態(tài)。
[0020]—種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)裝置，其特征在于，包括零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元和電力電子開關(guān)單元。
[0021]零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元的輸入端分別與電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和電力電子開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和三相電流互感器的二次側(cè)輸出信號端以及風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器的同期并網(wǎng)條件滿足輸出信號端相連接，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元的輸出端與零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元的輸入端相連接。零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元的輸出端與零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元的輸入端相連接。零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單兀的輸出端與電力電子開關(guān)單兀的輸入端相連接。電力電子開關(guān)單兀輸出端分別與風(fēng)電機(jī)組濾波器和電網(wǎng)相連接，即當(dāng)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，電力電子開關(guān)單元將風(fēng)電機(jī)組濾波器與電網(wǎng)接通;當(dāng)風(fēng)電機(jī)組解列時(shí)，電力電子開關(guān)單元將風(fēng)電機(jī)組濾波器與電網(wǎng)斷開。
[0022]在上述的一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)裝置，所述的零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元包括前置處理單元和多路模擬量同步數(shù)據(jù)采集單元。
[0023]所述前置處理單元采用電子電路將電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和電流互感器二次側(cè)的電壓信號和電流信號轉(zhuǎn)換為多路模擬量同步數(shù)據(jù)采集單元可接受的模擬電壓信號，并且進(jìn)行濾波、去噪處理。
[0024]所述多路模擬量同步數(shù)據(jù)采集單元設(shè)置I個(gè)采樣微處理器、3個(gè)8路帶有采樣保持的模擬量交流采樣獨(dú)立通道的采樣電路、I個(gè)模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器、一個(gè)雙口存儲器和工業(yè)總線。
[0025]采樣微處理器控制3個(gè)8路采樣電路從前置處理單元輸出讀取經(jīng)過轉(zhuǎn)換和濾波的電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和電力電子開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和三相電流互感器的二次側(cè)輸出信號端的數(shù)據(jù)，并將其數(shù)據(jù)帶時(shí)標(biāo)從指定端口存儲到雙口存儲器。數(shù)據(jù)存儲采用循環(huán)方式。數(shù)據(jù)通信采用總線方式。
[0026]采樣頻率、模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)、存儲器容量和總線方式的選擇需要與控制單元配合，采用常規(guī)設(shè)計(jì)方法考慮不低于I.5倍的冗余量。
[0027]在上述的一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)裝置，所述的零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元:包括計(jì)算模塊、計(jì)算存儲器和脈沖形成電路。
[0028]所述計(jì)算模塊采用高性能微處理器或工控機(jī)以及檢測算法，通過從總線從雙口存儲器的另一個(gè)端口讀取數(shù)據(jù)，獲得電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)各側(cè)的電流和電壓瞬時(shí)值(W、1T,W, IF； a、iL)，計(jì)算出各側(cè)的三相電壓和電流的幅值和相位、有功功率和無功功率的大小及方向、功率因數(shù)以及系統(tǒng)頻率和等值參數(shù)，并將計(jì)算結(jié)果存儲到計(jì)算存儲器中。
[0029]脈沖形成電路采用電子電路，當(dāng)檢測單元檢測到并網(wǎng)開關(guān)兩側(cè)的電壓和電流瞬時(shí)值以及系統(tǒng)等值參數(shù)使并網(wǎng)時(shí)并網(wǎng)開關(guān)的動(dòng)態(tài)電壓和動(dòng)態(tài)電流的衰減非周期分量接近零時(shí)，脈沖形成電路輸出一個(gè)零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件滿足脈沖信號，該脈沖信號幅值和脈寬需要與實(shí)際控制系統(tǒng)和電力電子開關(guān)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)要求相匹配。
[0030]當(dāng)檢測單元檢測到有功功率方向是電網(wǎng)向風(fēng)電機(jī)組倒送時(shí)，在有功功率計(jì)算結(jié)果存儲到計(jì)算存儲器中時(shí)加注標(biāo)志，即:有功功率小于零。
[0031]當(dāng)檢測單元檢測到風(fēng)電機(jī)組輸出電壓和頻率滿足同期并網(wǎng)條件時(shí)，脈沖形成電路輸出一個(gè)同期并網(wǎng)脈沖信號，脈沖的寬度為同期并網(wǎng)條件滿足的時(shí)間。
[0032]檢測算法滿足在線監(jiān)測、電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算、等值參數(shù)辨識和二維微分方程數(shù)值求解的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的功能和精度要求。
[0033]在上述的一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)裝置，所述的零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元采用高性能微處理器或工控機(jī)以及控制算法，根據(jù)從零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元獲得的零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件信息、同期并網(wǎng)信息、有功潮流方向信息和從調(diào)度獲得并網(wǎng)或解列命令，對風(fēng)電機(jī)組實(shí)施并網(wǎng)或解列控制。
[0034]在上述的一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)裝置，所述的電力電子開關(guān)單元包括電力電子開關(guān)組件、電力電子開關(guān)觸發(fā)電路和電力電子開關(guān)保護(hù)單元。
[0035]單相電力電子開關(guān)組件結(jié)構(gòu)為:一組正反極性并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管。
[0036]三相電力電子開關(guān)組件結(jié)構(gòu)為:A、B、C三相中的每一相設(shè)置正反極性并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管，三相互相獨(dú)立，形成三個(gè)獨(dú)立的開關(guān)。三相電力電子開關(guān)組件的一側(cè)連接發(fā)電機(jī)組的濾波器，另一側(cè)連接上網(wǎng)耦合變壓器低壓側(cè)。三相電力電子開關(guān)組件的耐壓水平和開關(guān)能力的設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用對象相匹配，除滿足相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范之外，在系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓和過電流以及散熱系統(tǒng)故障情況下，三相電力電子開關(guān)組件正常工作。
[0037]電力電子開關(guān)觸發(fā)電路采用電子電路，每一相電力電子開關(guān)觸發(fā)電路設(shè)置三個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出，一個(gè)輸入端連接電力電子開關(guān)組件的電壓和電流的過零檢測信號，以過零點(diǎn)為觸發(fā)脈沖的中心點(diǎn)，形成過零觸發(fā)脈沖，用于維持電力電子開關(guān)組件的正常工作；一個(gè)輸入端連接零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件滿足脈沖信號;一個(gè)輸入端連接零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元輸出的并網(wǎng)控制電平信號，該信號分別與“零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件滿足脈沖信號”和“過零觸發(fā)脈沖”進(jìn)行“與”運(yùn)算，形成的并網(wǎng)觸發(fā)脈沖和運(yùn)行觸發(fā)脈沖;并網(wǎng)觸發(fā)脈沖和運(yùn)行觸發(fā)脈沖通過功率放大、脈寬調(diào)制和脈沖變壓器電磁隔離后從觸發(fā)電路的兩個(gè)輸出端口分別接入正反極性并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管的門極端(G)和陰極端(K)。
[0038]電力電子開關(guān)保護(hù)單元設(shè)置有散熱器、溫控保護(hù)、暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)過電壓保護(hù)、快熔過電流保護(hù)、電壓變化率保護(hù)、電流變化率保護(hù)以及當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路、諧振、缺相故障時(shí)，封閉電力電子開關(guān)觸發(fā)脈沖的軟件保護(hù)。
[0039]因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):1、可以節(jié)省當(dāng)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)力不足時(shí)，電網(wǎng)功率倒送產(chǎn)生的功率損耗;2、動(dòng)態(tài)并網(wǎng)提高風(fēng)力發(fā)電效率和電網(wǎng)電壓質(zhì)量;3、減少風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器準(zhǔn)同期并網(wǎng)的過電流沖擊;4、提高風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器的使用壽命的特點(diǎn)；5、本發(fā)明具有節(jié)能降損、提高風(fēng)力發(fā)電效率和電網(wǎng)電壓質(zhì)量以及提高并網(wǎng)逆變器使用壽命的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[OO4O]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例流程不意圖。
[0041 ]圖2是本裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0043]實(shí)施例:
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明:
一、風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)方法
風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)方法實(shí)施例流程圖如圖1所示，由圖1可見:
步驟I為風(fēng)電機(jī)組AC/DC和DC/AC變換器整流與逆變I:
在風(fēng)電機(jī)組風(fēng)力發(fā)電過程中，先通過交/直流變換器將風(fēng)電機(jī)組輸出的非工頻(即:非50Hz頻率)的交流電壓源整流為直流電壓源，然后通過直/交流變換器將直流電壓源逆變?yōu)楣ゎl(S卩:50Hz頻率)的交流電壓源。工作在四個(gè)狀態(tài):①停運(yùn)狀態(tài)(含檢修);②待機(jī)狀態(tài);③并網(wǎng)狀態(tài);④發(fā)電狀態(tài)(即:有功功率大于零)。
[0044]停運(yùn)狀態(tài)(含檢修):工作在發(fā)電系統(tǒng)不具備發(fā)電條件、按計(jì)劃停運(yùn)或設(shè)備檢修的情況下。
[0045]待機(jī)狀態(tài):工作在發(fā)電條件不穩(wěn)定或電網(wǎng)對風(fēng)電場發(fā)電功率具有限制性要求的情況下。
[0046]并網(wǎng)狀態(tài):工作在檢測風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)條件和實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)過程的情況下。
[0047]風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)條件:同時(shí)滿足同期條件，S卩:風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)前所輸出的交流電壓的頻率、幅值和相位與電網(wǎng)工頻交流電壓相同或近似和零過渡并網(wǎng)條件，g卩:在風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)過程，注入電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓和動(dòng)態(tài)電流的非周期分量接近零。
[0048]實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)過程:風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器與并網(wǎng)電力電子開關(guān)相配合，由風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器通過調(diào)整機(jī)組輸出的交流電壓的頻率、幅值和相位，以滿足同期條件的要求;并網(wǎng)電力電子開關(guān)在同期條件滿足的基礎(chǔ)上，動(dòng)態(tài)檢測零過渡并網(wǎng)條件，當(dāng)零過渡并網(wǎng)條件滿足時(shí)，并網(wǎng)電力電子開關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組安全、無沖擊動(dòng)態(tài)并網(wǎng)。
[0049]發(fā)電狀態(tài):工作在風(fēng)電機(jī)組輸出的有功功率大于零的情況下。
[0050]步驟2為電網(wǎng)、機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)電物理量數(shù)據(jù)采集2:
通過在電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和電流互感器進(jìn)行實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)采集，并將同步采集的三相電壓和電流數(shù)據(jù)加注時(shí)標(biāo)后存儲起來，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出頻率、三相電壓和電流的幅值和相位、有功功率、無功功率和功率因數(shù)，同時(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算出系統(tǒng)的等值參數(shù)，為確定同期條件和零過渡并網(wǎng)條件提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
[0051 ]步驟3為零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測3:
實(shí)時(shí)檢測電力電子開關(guān)兩側(cè)三相電壓和三相電流，動(dòng)態(tài)確定濾波器電容電壓和耦合變壓器的電流兩個(gè)狀態(tài)變量的初始值和系統(tǒng)等值參數(shù)，即:系統(tǒng)等值電阻和系統(tǒng)等值電抗，兩初始值使注入電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓的非周期分量接近零的條件確定為零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件。當(dāng)零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件滿足時(shí)控制系統(tǒng)自動(dòng)生成一個(gè)脈沖信號，該信號為零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件信號。脈沖的寬度和幅值需要與實(shí)際控制系統(tǒng)和電力電子開關(guān)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)要求相匹配。
[0052]步驟4為并網(wǎng)開關(guān)與風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器協(xié)調(diào)控制4:
并網(wǎng)開關(guān)包括并網(wǎng)斷路器和電力電子開關(guān)，電力電子開關(guān)與并網(wǎng)斷路器配合運(yùn)行。并網(wǎng)開關(guān)的運(yùn)行原則是電力電子開關(guān)用于風(fēng)電機(jī)組接通電網(wǎng)和從電網(wǎng)斷開，以避免在風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)和解列過程中產(chǎn)生過電壓和過電流；并網(wǎng)斷路器在風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)下閉合，在停運(yùn)狀態(tài)和并網(wǎng)、解列過程中斷開，以降低并網(wǎng)開關(guān)運(yùn)行過程中的電能損耗。
[0053]當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于并網(wǎng)狀態(tài)，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器處于同期并網(wǎng)工作狀態(tài)，將風(fēng)電機(jī)組輸出的電壓頻率、幅值和相位調(diào)整到與電網(wǎng)一致，即:保證風(fēng)電機(jī)組同期并網(wǎng)條件。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器處于發(fā)電控制工作狀態(tài)，控制風(fēng)電機(jī)組輸出的三相電壓、電流、功率和頻率，完成風(fēng)力發(fā)電過程。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組停運(yùn)或檢修狀態(tài)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器處于停運(yùn)狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于不穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)時(shí)，即:風(fēng)電機(jī)組時(shí)而具備發(fā)電條件處于發(fā)電狀態(tài)，時(shí)而又不具備發(fā)電條件，風(fēng)電機(jī)組從發(fā)電狀態(tài)退出，這時(shí)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器處于發(fā)電、解列和同期并網(wǎng)三種情況轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)。
[0054]當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于并網(wǎng)狀態(tài)，而且同期并網(wǎng)條件和零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件同時(shí)滿足時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)由斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組解列時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)為閉合狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于停運(yùn)或檢修狀態(tài)時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)為斷開狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于不穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)時(shí)，即:風(fēng)電機(jī)組時(shí)而具備發(fā)電條件(風(fēng)電機(jī)組電壓高于電網(wǎng)電壓)，處于發(fā)電狀態(tài);時(shí)而又不具備發(fā)電條件，即:風(fēng)電機(jī)組電壓低于電網(wǎng)電壓，風(fēng)電機(jī)組將從發(fā)電狀態(tài)退出，這時(shí)并網(wǎng)開關(guān)工作于閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換到斷開狀態(tài)。
[0055]步驟5為有功潮流方向檢測與零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制5:
有功潮流方向檢測由步驟2獲得有功功率的大小和方向，當(dāng)有功功率的方向是從風(fēng)電機(jī)組注入電網(wǎng)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組處于發(fā)電狀態(tài)，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制并網(wǎng)開關(guān)閉合;當(dāng)有功功率的方向是從電網(wǎng)流入風(fēng)電機(jī)組時(shí)，風(fēng)電機(jī)組處于待并網(wǎng)或待解列狀態(tài)，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)度的要求或風(fēng)電場安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要，決定并網(wǎng)開關(guān)工作于并網(wǎng)狀態(tài)還是解列狀態(tài);是從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換到斷開狀態(tài)，還是從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)換到閉合狀態(tài)。
[0056]從風(fēng)電場安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度考慮，當(dāng)有功功率的方向是從電網(wǎng)流入風(fēng)電機(jī)組時(shí)，直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組和從并網(wǎng)開關(guān)電網(wǎng)側(cè)獲取轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的雙饋型風(fēng)電機(jī)組將從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換到斷開狀態(tài)，即風(fēng)電機(jī)組自動(dòng)解列；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組具備發(fā)電條件時(shí)，風(fēng)電機(jī)組將從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)換到閉合狀態(tài)，風(fēng)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能注入電網(wǎng)。
[0057]二、裝置。
[0058]1、總體。
[0059]如圖2，本裝置包括零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元和電力電子開關(guān)單元。
[0060]其連接和交互關(guān)系是:
零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元的輸入端分別與電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和電力電子開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和三相電流互感器的二次側(cè)輸出信號端以及風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器的同期并網(wǎng)條件滿足輸出信號端相連接，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元的輸出端與零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元的輸入端相連接。零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元的輸出端與零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元的輸入端相連接。零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單兀的輸出端與電力電子開關(guān)單兀的輸入端相連接。電力電子開關(guān)單兀輸出端分別與風(fēng)電機(jī)組濾波器和電網(wǎng)相連接，即當(dāng)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，電力電子開關(guān)單元將風(fēng)電機(jī)組濾波器與電網(wǎng)接通;當(dāng)風(fēng)電機(jī)組解列時(shí)，電力電子開關(guān)單元將風(fēng)電機(jī)組濾波器與電網(wǎng)斷開。
[0061]2、功能塊。
[0062](I)零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元:包括前置處理單元和多路模擬量同步數(shù)據(jù)采集單
J L ο
[0063]所述前置處理單元采用電子電路將電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和電流互感器的電壓信號和電流信號轉(zhuǎn)換為多路模擬量同步數(shù)據(jù)采集單元可接受的模擬電壓信號，并且進(jìn)行濾波、去噪處理。
[0064]所述多路模擬量同步數(shù)據(jù)采集單元設(shè)置I個(gè)采樣微處理器、3個(gè)8路帶有采樣保持的模擬量交流采樣獨(dú)立通道的采樣電路、I個(gè)模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器、一個(gè)雙口存儲器和工業(yè)總線。
[0065]采樣微處理器控制3個(gè)8路采樣電路從前置處理單元輸出讀取經(jīng)過轉(zhuǎn)換和濾波的電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和電力電子開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和三相電流互感器的二次側(cè)輸出信號端的數(shù)據(jù)，并將其數(shù)據(jù)帶時(shí)標(biāo)從指定端口存儲到雙口存儲器。數(shù)據(jù)存儲采用循環(huán)方式。數(shù)據(jù)通信采用總線方式。
[0066]采樣頻率、模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)、存儲器容量和總線方式的選擇需要與控制單元配合，采用常規(guī)設(shè)計(jì)方法考慮不低于I.5倍的冗余量。
[0067](2)零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元:包括計(jì)算模塊、計(jì)算存儲器和脈沖形成電路。
[0068]所述計(jì)算模塊采用高性能微處理器或工控機(jī)以及檢測算法，通過從總線從雙口存儲器的另一個(gè)端口讀取數(shù)據(jù)，獲得電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)各側(cè)的電流和電壓瞬時(shí)值(W、1T,W, IF； a、iL)，計(jì)算出各側(cè)的三相電壓和電流的幅值和相位、有功功率和無功功率的大小及方向、功率因數(shù)以及系統(tǒng)頻率和等值參數(shù)，并將計(jì)算結(jié)果存儲到計(jì)算存儲器中。
[0069]脈沖形成電路采用電子電路，當(dāng)檢測單元檢測到并網(wǎng)開關(guān)兩側(cè)的電壓和電流瞬時(shí)值以及系統(tǒng)等值參數(shù)使并網(wǎng)時(shí)并網(wǎng)開關(guān)的動(dòng)態(tài)電壓和動(dòng)態(tài)電流的衰減非周期分量接近零時(shí)，脈沖形成電路輸出一個(gè)零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件滿足脈沖信號，該脈沖信號幅值和脈寬需要與實(shí)際控制系統(tǒng)和電力電子開關(guān)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)要求相匹配。
[0070]當(dāng)檢測單元檢測到有功功率方向是電網(wǎng)向風(fēng)電機(jī)組倒送時(shí)，在有功功率計(jì)算結(jié)果存儲到計(jì)算存儲器中時(shí)加注標(biāo)志，即:有功功率小于零。
[0071]當(dāng)檢測單元檢測到風(fēng)電機(jī)組輸出電壓和頻率滿足同期并網(wǎng)條件時(shí)，脈沖形成電路輸出一個(gè)同期并網(wǎng)脈沖信號，脈沖的寬度為同期并網(wǎng)條件滿足的時(shí)間。
[0072]檢測算法滿足在線監(jiān)測、電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算、等值參數(shù)辨識和二維微分方程數(shù)值求解的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的功能和精度要求。
[0073](3)零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元:采用高性能微處理器或工控機(jī)以及控制算法，根據(jù)從零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元獲得的零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件信息、同期并網(wǎng)信息、有功潮流方向信息和從調(diào)度獲得并網(wǎng)或解列命令，對風(fēng)電機(jī)組實(shí)施并網(wǎng)或解列控制。零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元的控制算法滿足(2)和(3)所述要求。
[0074](4)電力電子開關(guān)單元:包括電力電子開關(guān)組件、電力電子開關(guān)觸發(fā)電路和電力電子開關(guān)保護(hù)單元。
[0075]單相電力電子開關(guān)組件結(jié)構(gòu)為:一組正反極性并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管。
[0076]三相電力電子開關(guān)組件結(jié)構(gòu)為:A、B、C三相中的每一相設(shè)置正反極性并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管，三相互相獨(dú)立，形成三個(gè)獨(dú)立的開關(guān)。三相電力電子開關(guān)組件的一側(cè)連接發(fā)電機(jī)組的濾波器，另一側(cè)連接上網(wǎng)耦合變壓器低壓側(cè)。三相電力電子開關(guān)組件的耐壓水平和開關(guān)能力的設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用對象相匹配，除滿足相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范之外，在系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓和過電流以及散熱系統(tǒng)故障情況下，三相電力電子開關(guān)組件正常工作。
[0077]電力電子開關(guān)觸發(fā)電路采用電子電路，每一相電力電子開關(guān)觸發(fā)電路設(shè)置三個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出，一個(gè)輸入端連接電力電子開關(guān)組件的電壓和電流的過零檢測信號，以過零點(diǎn)為觸發(fā)脈沖的中心點(diǎn)，形成過零觸發(fā)脈沖，用于維持電力電子開關(guān)組件的正常工作；一個(gè)輸入端連接零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件滿足脈沖信號;一個(gè)輸入端連接零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元輸出的并網(wǎng)控制電平信號，該信號分別與“并網(wǎng)條件滿足脈沖信號”和“過零觸發(fā)脈沖”進(jìn)行“與”運(yùn)算，形成的并網(wǎng)觸發(fā)脈沖和運(yùn)行觸發(fā)脈沖;并網(wǎng)觸發(fā)脈沖和運(yùn)行觸發(fā)脈沖通過功率放大、脈寬調(diào)制和脈沖變壓器電磁隔離后從觸發(fā)電路的兩個(gè)輸出端口分別接入正反極性并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管的門極端(G)和陰極端(K)。
[0078]電力電子開關(guān)保護(hù)單元設(shè)置有散熱器、溫控保護(hù)、暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)過電壓保護(hù)、快熔過電流保護(hù)、電壓變化率保護(hù)、電流變化率保護(hù)以及當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路、諧振、缺相故障時(shí)，封閉電力電子開關(guān)觸發(fā)脈沖的軟件保護(hù)。
[0079]工作原理是:
(I)零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元
首先通過前置處理單元將電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和電流互感器二次側(cè)的電壓信號和電流信號轉(zhuǎn)換為多路模擬量同步數(shù)據(jù)采集單元可接受的模擬電壓信號，并且進(jìn)行濾波、去噪處理。然后通過采樣微處理器控制多路模擬量同步數(shù)據(jù)采集單元從前置處理單元輸出讀取經(jīng)過轉(zhuǎn)換和濾波的電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和電力電子開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和三相電流互感器的二次側(cè)輸出信號端的數(shù)據(jù)，并將其數(shù)據(jù)帶時(shí)標(biāo)從指定端口存儲到雙口存儲器。
[0080](2)零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元
通過從總線從雙口存儲器的另一個(gè)端口讀取數(shù)據(jù)，獲得電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)各偵Ij的電流和電壓瞬時(shí)值(OT、iT,UF>iF-,UL>ii)，計(jì)算出各側(cè)的三相電壓和電流的幅值和相位、有功功率和無功功率的大小及方向、功率因數(shù)以及系統(tǒng)頻率和等值參數(shù)，并將計(jì)算結(jié)果存儲到計(jì)算存儲器中。
[0081]當(dāng)檢測單元檢測到有功功率方向是電網(wǎng)向風(fēng)電機(jī)組倒送時(shí)，在有功功率計(jì)算結(jié)果存儲到計(jì)算存儲器中時(shí)加注標(biāo)志，即:有功功率小于零。
[0082]當(dāng)檢測單元檢測到零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件滿足時(shí)，即:當(dāng)檢測單元檢測到并網(wǎng)開關(guān)兩側(cè)的電壓和電流瞬時(shí)值以及系統(tǒng)等值參數(shù)使并網(wǎng)時(shí)并網(wǎng)開關(guān)的動(dòng)態(tài)電壓和動(dòng)態(tài)電流的衰減非周期分量接近零時(shí)，脈沖形成電路輸出一個(gè)“零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件滿足脈沖信號”。
[0083]當(dāng)檢測單元檢測到風(fēng)電機(jī)組輸出電壓和頻率滿足同期并網(wǎng)條件時(shí)，脈沖形成電路輸出一個(gè)同期并網(wǎng)脈沖信號，脈沖的寬度為同期并網(wǎng)條件滿足的時(shí)間。
[0084](3)零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元
根據(jù)從零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元獲得零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件信息、從風(fēng)電機(jī)組逆變器獲得同期并網(wǎng)信息、從調(diào)度獲得并網(wǎng)或解列命令，對并網(wǎng)實(shí)施并網(wǎng)或解列控制。
[0085](4)電力電子開關(guān)單元
接受零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元并網(wǎng)和解列的控制信號，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組接入電網(wǎng)和從電網(wǎng)退出功能。
[0086]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)方法，其特征在于，包括下列步驟: 步驟I，風(fēng)電機(jī)組AC/DC和DC/AC變換器整流與逆變，具體是:先通過交/直流變換器將風(fēng)電機(jī)組輸出的非工頻(S卩:非50Hz頻率)的交流電壓源整流為直流電壓源，然后通過直/交流變換器將直流電壓源逆變?yōu)楣ゎl的交流電壓源;工作在四個(gè)狀態(tài)，分別是: 狀態(tài)一:停運(yùn)狀態(tài)，工作在發(fā)電系統(tǒng)不具備發(fā)電條件、按計(jì)劃停運(yùn)或設(shè)備檢修的情況下； 狀態(tài)二:待機(jī)狀態(tài)，工作在發(fā)電條件不穩(wěn)定或電網(wǎng)對風(fēng)電場發(fā)電功率具有限制性要求的情況下； 狀態(tài)三:并網(wǎng)狀態(tài)，工作在檢測風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)條件和實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)過程的情況下； 風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)條件:同時(shí)滿足同期條件和零過渡并網(wǎng)條件； 實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)過程:風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器與并網(wǎng)電力電子開關(guān)相配合，由風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器通過調(diào)整機(jī)組輸出的交流電壓的頻率、幅值和相位，以滿足同期條件的要求;并網(wǎng)電力電子開關(guān)在同期條件滿足的基礎(chǔ)上，動(dòng)態(tài)檢測零過渡并網(wǎng)條件，當(dāng)零過渡并網(wǎng)條件滿足時(shí)，并網(wǎng)電力電子開關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組安全、無沖擊動(dòng)態(tài)并網(wǎng)； 狀態(tài)四:發(fā)電狀態(tài)，工作在風(fēng)電機(jī)組輸出的有功功率大于零的情況下； 步驟2，電網(wǎng)、機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)電物理量數(shù)據(jù)采集:通過在電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和電流互感器進(jìn)行實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)采集，并將同步采集的三相電壓和電流數(shù)據(jù)加注時(shí)標(biāo)后存儲起來，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出頻率、三相電壓和電流的幅值和相位、有功功率、無功功率和功率因數(shù)，同時(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算出系統(tǒng)的等值參數(shù)，為確定同期條件和零過渡并網(wǎng)條件提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)； 步驟3，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測:實(shí)時(shí)檢測電力電子開關(guān)兩側(cè)三相電壓和三相電流，動(dòng)態(tài)確定濾波器電容電壓和耦合變壓器的電流兩個(gè)狀態(tài)變量的初始值和系統(tǒng)等值參數(shù)，即:系統(tǒng)等值電阻和系統(tǒng)等值電抗，兩初始值使注入電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓的非周期分量接近零的條件確定為零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件；當(dāng)零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件滿足時(shí)控制系統(tǒng)自動(dòng)生成一個(gè)脈沖信號，該信號為零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件信號;脈沖的寬度和幅值需要與實(shí)際控制系統(tǒng)和電力電子開關(guān)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)要求相匹配； 步驟4，并網(wǎng)開關(guān)與風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器協(xié)調(diào)控制:并網(wǎng)開關(guān)包括并網(wǎng)斷路器和電力電子開關(guān)，電力電子開關(guān)與并網(wǎng)斷路器配合運(yùn)行；并網(wǎng)開關(guān)的運(yùn)行原則是電力電子開關(guān)用于風(fēng)電機(jī)組接通電網(wǎng)和從電網(wǎng)斷開，以避免在風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)和解列過程中產(chǎn)生過電壓和過電流;并網(wǎng)斷路器在風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)下閉合，在停運(yùn)狀態(tài)和并網(wǎng)、解列過程中斷開，以降低并網(wǎng)開關(guān)運(yùn)行過程中的電能損耗； 步驟5，有功潮流方向檢測與零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)方法，其特征在于，所述的步驟4中，并網(wǎng)開關(guān)與風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器協(xié)調(diào)控制包括兩個(gè)狀態(tài): 狀態(tài)一:當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于并網(wǎng)狀態(tài)，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器處于同期并網(wǎng)工作狀態(tài)，將風(fēng)電機(jī)組輸出的電壓頻率、幅值和相位調(diào)整到與電網(wǎng)一致，即:保證風(fēng)電機(jī)組同期并網(wǎng)條件；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器處于發(fā)電控制工作狀態(tài)，控制風(fēng)電機(jī)組輸出的三相電壓、電流、功率和頻率，完成風(fēng)力發(fā)電過程；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組停運(yùn)或檢修狀態(tài)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器處于停運(yùn)狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于不穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)時(shí)，即:風(fēng)電機(jī)組時(shí)而具備發(fā)電條件處于發(fā)電狀態(tài)，時(shí)而又不具備發(fā)電條件，風(fēng)電機(jī)組從發(fā)電狀態(tài)退出，這時(shí)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器處于發(fā)電、解列和同期并網(wǎng)三種情況轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)； 狀態(tài)二:當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于并網(wǎng)狀態(tài)，而且同期并網(wǎng)條件和零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件同時(shí)滿足時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)由斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組解列時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)為閉合狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于停運(yùn)或檢修狀態(tài)時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)為斷開狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于不穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)時(shí)，即:風(fēng)電機(jī)組時(shí)而具備發(fā)電條件(風(fēng)電機(jī)組電壓高于電網(wǎng)電壓)，處于發(fā)電狀態(tài)；時(shí)而又不具備發(fā)電條件，即:風(fēng)電機(jī)組電壓低于電網(wǎng)電壓，風(fēng)電機(jī)組將從發(fā)電狀態(tài)退出，這時(shí)并網(wǎng)開關(guān)工作于閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換到斷開狀態(tài)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)方法，其特征在于，所述的步驟5中，有功潮流方向檢測與零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制: 有功潮流方向檢測由步驟2獲得有功功率的大小和方向，當(dāng)有功功率的方向是從風(fēng)電機(jī)組注入電網(wǎng)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組處于發(fā)電狀態(tài)，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制并網(wǎng)開關(guān)閉合;當(dāng)有功功率的方向是從電網(wǎng)流入風(fēng)電機(jī)組時(shí)，風(fēng)電機(jī)組處于待并網(wǎng)或待解列狀態(tài)，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)度的要求或風(fēng)電場安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要，決定并網(wǎng)開關(guān)工作于并網(wǎng)狀態(tài)還是解列狀態(tài);是從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換到斷開狀態(tài)，還是從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)換到閉合狀態(tài)； 從風(fēng)電場安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度考慮，當(dāng)有功功率的方向是從電網(wǎng)流入風(fēng)電機(jī)組時(shí)，直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組和從并網(wǎng)開關(guān)電網(wǎng)側(cè)獲取轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的雙饋型風(fēng)電機(jī)組將從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換到斷開狀態(tài)，即風(fēng)電機(jī)組自動(dòng)解列；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組具備發(fā)電條件時(shí)，風(fēng)電機(jī)組將從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)換到閉合狀態(tài)，風(fēng)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能注入電網(wǎng)。4.一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)裝置，其特征在于，包括零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元和電力電子開關(guān)單元； 零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元的輸入端分別與電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和電力電子開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和三相電流互感器的二次側(cè)輸出信號端以及風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器的同期并網(wǎng)條件滿足輸出信號端相連接，零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元的輸出端與零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元的輸入端相連接;零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元的輸出端與零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元的輸入端相連接;零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單兀的輸出端與電力電子開關(guān)單兀的輸入端相連接；電力電子開關(guān)單兀輸出端分別與風(fēng)電機(jī)組濾波器和電網(wǎng)相連接，即當(dāng)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，電力電子開關(guān)單元將風(fēng)電機(jī)組濾波器與電網(wǎng)接通;當(dāng)風(fēng)電機(jī)組解列時(shí)，電力電子開關(guān)單元將風(fēng)電機(jī)組濾波器與電網(wǎng)斷開。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)裝置，其特征在于，所述的零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)信號單元包括前置處理單元和多路模擬量同步數(shù)據(jù)采集單元； 所述前置處理單元采用電子電路將電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和電流互感器二次側(cè)的電壓信號和電流信號轉(zhuǎn)換為多路模擬量同步數(shù)據(jù)采集單元可接受的模擬電壓信號，并且進(jìn)行濾波、去噪處理； 所述多路模擬量同步數(shù)據(jù)采集單元設(shè)置I個(gè)采樣微處理器、3個(gè)8路帶有采樣保持的模擬量交流采樣獨(dú)立通道的采樣電路、I個(gè)模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器、一個(gè)雙口存儲器和工業(yè)總線； 采樣微處理器控制3個(gè)8路采樣電路從前置處理單元輸出讀取經(jīng)過轉(zhuǎn)換和濾波的電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和電力電子開關(guān)各側(cè)安裝三相交流電壓互感器和三相電流互感器的二次側(cè)輸出信號端的數(shù)據(jù)，并將其數(shù)據(jù)帶時(shí)標(biāo)從指定端口存儲到雙口存儲器;數(shù)據(jù)存儲采用循環(huán)方式；數(shù)據(jù)通信采用總線方式； 采樣頻率、模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)、存儲器容量和總線方式的選擇需要與控制單元配合，采用常規(guī)設(shè)計(jì)方法考慮不低于1.5倍的冗余量。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)裝置，其特征在于，所述的零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元:包括計(jì)算模塊、計(jì)算存儲器和脈沖形成電路； 所述計(jì)算模塊采用高性能微處理器或工控機(jī)以及檢測算法，通過從總線從雙口存儲器的另一個(gè)端口讀取數(shù)據(jù)，獲得電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組和并網(wǎng)開關(guān)各側(cè)的電流和電壓瞬時(shí)值，計(jì)算出各側(cè)的三相電壓和電流的幅值和相位、有功功率和無功功率的大小及方向、功率因數(shù)以及系統(tǒng)頻率和等值參數(shù)，并將計(jì)算結(jié)果存儲到計(jì)算存儲器中； 脈沖形成電路采用電子電路，當(dāng)檢測單元檢測到并網(wǎng)開關(guān)兩側(cè)的電壓和電流瞬時(shí)值以及系統(tǒng)等值參數(shù)使并網(wǎng)時(shí)并網(wǎng)開關(guān)的動(dòng)態(tài)電壓和動(dòng)態(tài)電流的衰減非周期分量接近零時(shí)，脈沖形成電路輸出一個(gè)零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件滿足脈沖信號，該脈沖信號幅值和脈寬需要與實(shí)際控制系統(tǒng)和電力電子開關(guān)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)要求相匹配； 當(dāng)檢測單元檢測到有功功率方向是電網(wǎng)向風(fēng)電機(jī)組倒送時(shí)，在有功功率計(jì)算結(jié)果存儲到計(jì)算存儲器中時(shí)加注標(biāo)志，即:有功功率小于零； 當(dāng)檢測單元檢測到風(fēng)電機(jī)組輸出電壓和頻率滿足同期并網(wǎng)條件時(shí)，脈沖形成電路輸出一個(gè)同期并網(wǎng)脈沖信號，脈沖的寬度為同期并網(wǎng)條件滿足的時(shí)間； 檢測算法滿足在線監(jiān)測、電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算、等值參數(shù)辨識和二維微分方程數(shù)值求解的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的功能和精度要求。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)裝置，其特征在于，所述的零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元采用高性能微處理器或工控機(jī)以及控制算法，根據(jù)從零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件檢測與有功潮流方向檢測單元獲得的零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件信息、同期并網(wǎng)信息、有功潮流方向信息和從調(diào)度獲得并網(wǎng)或解列命令，對風(fēng)電機(jī)組實(shí)施并網(wǎng)或解列控制。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)電機(jī)組零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)裝置，其特征在于，所述的電力電子開關(guān)單元包括電力電子開關(guān)組件、電力電子開關(guān)觸發(fā)電路和電力電子開關(guān)保護(hù)單元； 單相電力電子開關(guān)組件結(jié)構(gòu)為:一組正反極性并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管； 三相電力電子開關(guān)組件結(jié)構(gòu)為:A、B、C三相中的每一相設(shè)置正反極性并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管，三相互相獨(dú)立，形成三個(gè)獨(dú)立的開關(guān);三相電力電子開關(guān)組件的一側(cè)連接發(fā)電機(jī)組的濾波器，另一側(cè)連接上網(wǎng)耦合變壓器低壓側(cè);三相電力電子開關(guān)組件的耐壓水平和開關(guān)能力的設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用對象相匹配，除滿足相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范之外，在系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓和過電流以及散熱系統(tǒng)故障情況下，三相電力電子開關(guān)組件正常工作； 電力電子開關(guān)觸發(fā)電路采用電子電路，每一相電力電子開關(guān)觸發(fā)電路設(shè)置三個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出，一個(gè)輸入端連接電力電子開關(guān)組件的電壓和電流的過零檢測信號，以過零點(diǎn)為觸發(fā)脈沖的中心點(diǎn)，形成過零觸發(fā)脈沖，用于維持電力電子開關(guān)組件的正常工作;一個(gè)輸入端連接零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件滿足脈沖信號;一個(gè)輸入端連接零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)控制單元輸出的并網(wǎng)控制電平信號，該信號分別與“零過渡動(dòng)態(tài)并網(wǎng)條件滿足脈沖信號”和“過零觸發(fā)脈沖”進(jìn)行“與”運(yùn)算，形成的并網(wǎng)觸發(fā)脈沖和運(yùn)行觸發(fā)脈沖;并網(wǎng)觸發(fā)脈沖和運(yùn)行觸發(fā)脈沖通過功率放大、脈寬調(diào)制和脈沖變壓器電磁隔離后從觸發(fā)電路的兩個(gè)輸出端口分別接入正反極性并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管的門極端(G)和陰極端(K); 電力電子開關(guān)保護(hù)單元設(shè)置有散熱器、溫控保護(hù)、暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)過電壓保護(hù)、快熔過電流保護(hù)、電壓變化率保護(hù)、電流變化率保護(hù)以及當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路、諧振、缺相故障時(shí)，封閉電力電子開關(guān)觸發(fā)脈沖的軟件保護(hù)。
【文檔編號】H02J3/38GK105958528SQ201610309584
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】李曉明, 劉芬, 劉恒
【申請人】武漢大學(xué)