CN101917156A - 应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护方法及装置 - Google Patents

Abstract

应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护方法及装置,本发明是在风力发电系统中，设置低电压穿越的crowbar电路，低电压穿越的crowbar电路包括至少一套主晶闸管及由辅助晶闸管、电容和电抗器组成的辅助电路，主晶闸管和辅助电路一同实现crowbar电路的开通和关断。当需要开通时，触发主晶闸管使电路开通，当需要关断时，触发辅助晶闸管，由辅助电容，辅助电抗器一起工作，实现先前开通的主晶闸管关断。本发明利用辅助晶闸管，辅助电容器和辅助电抗器构成的晶闸管的关断回路，在需要关断的时候，触发辅助晶闸管，则可实现先前开通的晶闸管的关断。

Description

应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护方法及装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电系统的电网电压控制方法及装置，特别是一种应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护方法及装置。主要应用于风力发电系统中低电压穿越的crowbar电路。

背景技术

在风力发电系统中，例如双馈型风力发电系统，由于电网的波动或电网的短时间故障，而引发电网电压跌落，该电压跌落将使风力发电机组从正常工况转入低电压穿越工况，随着风能在电网中所占比例的升高，如果低电压穿越处理不好，将会引发风电机组大面积停机，给电网造成巨大冲击，甚至引发电网崩溃。

应对电网电压短时间跌落，是风力发电机组必须处理好的问题，对于双馈型风力发电系统，当电网发生跌落时，其转子端会出现过压，过流；使变流器中间直流电压升高，对变流器的安全构成严重威胁，为了消除该问题，在发生低电压穿越时，需要将转子回路旁路，并在旁路中消耗转子回路的一部分能量。因此，新的电网规则要求风力发电系统具有低电压穿越能力，现在一般风电系统通过增加Crowbar保护电路，可以极大地提高其故障穿越能力。

通常，crowbar电路由二极管整流桥及晶闸管组成，二极管整流桥将电机转子三相输出整流成直流，在需要的时候，触发晶闸管，电机转子，二极管整流器，晶闸管及能耗电阻组成一个回路，实现对变流器的保护。

但是，晶闸管触发后，不能自行关断，其关断只能依靠外电路电压的反向。这种crowbar电路只能实现变流器的保护，并不能完成风电机组的低电压穿越。该crowbar电路触发后，需要等待一段时间，并把电机的定子从电网断开，待晶闸管由于外电路的变化而关断后，电机及变流器实施再次并网并发动。该型crowbar电路不能实现低电压穿越，原因在于晶闸管不能受控关断，只能依靠外电路的反向，实现关断。

一些企业看到了这点，将晶闸管换成了IGBT,IGCT，或是GTO，并申请了专利。这样，被改进的crowbar电路能自如开关，能适应低电压穿越的要求。但是，由于需要采用电流等级较高的IGBT，IGCT或GTO，因而成本较高，并且可靠性也较难保证。

一些企业将上述的IGBT，IGCT或GTO换成了高速接触器，或是在晶闸管前面串进高速接触器，该方案虽然也实现了低电压穿越的功能，并且可靠性变高，但是仍存在成本高昂的不足（大容量高速接触器价格昂贵）。因此很有必要对此加以解决。

发明内容

本发明的目的为了克服现有Crowbar保护电路的不足，提供一种既能保证低电压穿越的要求，又成本更低的应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护方法及装置。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的，一种应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护方法，在风力发电系统中，设置低电压穿越的crowbar电路，其特征在于所述的低电压穿越的crowbar电路包括至少一套主晶闸管及由辅助晶闸管、电容和电抗器组成的辅助电路，主晶闸管和辅助电路一同实现crowbar电路的开通和关断。当需要开通时，触发主晶闸管使电路开通，当需要关断时，触发辅助晶闸管，由辅助电容，辅助电抗器一起工作，实现先前开通的主晶闸管关断。当检测到需要触发crowbar时，则触发主晶闸管T1，转子通过整流器，能耗电阻R，主晶闸管T1，连线等效的电感L1，组成回路，这时转子处于旁路，无法继续向变流器输送能量；当检测到故障解除，需要断开crowbar回路，以便风力发电机组发电，则触发辅助晶闸管T2，这时事先被充电的电容C2，辅助晶闸管T2，电抗器L2，以及处于导通状态的主晶闸管T1，组成了一个回路，随着电抗器L2中电流的逐渐增加，流过主晶闸管T1的电流逐渐减小，并最终实现关断。主晶闸管T1关断后，crowbar电路随即失去了旁路作用，该电路与电机的转子构成的回路断开。

一种根据上述方法所提出的应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护装置是：一种应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护装置，采用crowbar电路适应低电压穿越的要求，其特征在于所述的低电压穿越的crowbar电路包括至少一套主晶闸管及由辅助晶闸管、电容和电抗器组成的辅助电路，并由主晶闸管和辅助电路一同实现crowbar电路的开通和关断。

本发明的有益效果是：由于实现低电压穿越的crowbar电路具有单次工作，并且较少动作的特点，因此，利用辅助晶闸管，辅助电容器和辅助电抗器构成的晶闸管的关断回路，在需要关断的时候，触发辅助晶闸管，则可实现先前开通的晶闸管的关断。这样不仅能有效保证保证低电压穿越的要求，而由于晶闸管的成本比IGBT，IGCT或GTO要低得多，所以又可以有效降低成本，实现本发明的目的。

附图说明：

图1是本发明的电路结构示意图。

图中：1、crowbar电路模块，2、整流器，3、转子，4、机侧变流器，5、网侧变流器， 6、电网，7、第一电节点，8、第二电节点，9、第三电节点，10、第四电节点，T1、主晶闸管，T2、辅助晶闸管，C1、电容，C2、电容，L1、电感，L2、电抗器，R、能耗电阻。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

如图1所示，根据附图可以看出，本发明是一种应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护方法及装置。他是在风力发电系统中，设置低电压穿越的crowbar电路，其特征在于所述的低电压穿越的crowbar电路包括至少一套主晶闸管及由辅助晶闸管、电容和电抗器组成的辅助电路，主晶闸管和辅助电路一同实现crowbar电路的开通和关断。当需要开通时，触发主晶闸管使电路开通，当需要关断时，触发辅助晶闸管，由辅助电容，辅助电抗器一起工作，实现先前开通的主晶闸管关断。当检测到需要触发crowbar时，则触发主晶闸管T1，转子通过整流器，能耗电阻R，主晶闸管T1，连线等效的电感L1，组成回路，这时转子处于旁路，无法继续向变流器输送能量；当检测到故障解除，需要断开crowbar回路，以便风力发电机组发电，则触发辅助晶闸管T2，这时事先被充电的电容C2，辅助晶闸管T2，电抗器L2，以及处于导通状态的主晶闸管T1，组成了一个回路，随着电抗器L2中电流的逐渐增加，流过主晶闸管T1的电流逐渐减小，并最终实现关断。主晶闸管T1关断后，crowbar电路随即失去了旁路作用，该电路与电机的转子构成的回路断开。

一种根据上述方法所提出的应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护装置是：一种应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护装置，采用crowbar电路适应低电压穿越的要求，其特征在于所述的低电压穿越的crowbar电路包括至少一套主晶闸管T1及由辅助晶闸管T2、电容C2和电抗器L2组成的辅助电路，并由主晶闸管T1和辅助电路一同实现crowbar电路的开通和关断。在电机的转子3与机侧变流器4的电连接线中插接有crowbar电路模块1，在crowbar电路模块1的整流器2旁路设有主晶闸管T1，主晶闸管T1又旁路设有由辅助晶闸管T2、电容C2和电抗器L2组成的辅助电路；主晶闸管T1接在第一电节点7至第二电节点8，及第三电节点9至第四电节点10所构成的旁路中，且在第一电节点7与第二电节点8之间串接有能耗电阻R，在第三电节点9与第四电节点10之间串接有电感L1；辅助晶闸管T2旁接在主主晶闸管T1旁路的第二电节点8与第三电节点9上，且电容C2串接在第二电节点8与辅助晶闸管T2之间，电抗器L2串接在第三电节点9与辅助晶闸管T2之间。

当需要开通时，触发主晶闸管T1使电路开通，当需要关断时，触发触发辅助晶闸管T2，由辅助电容C2，辅助电抗器L2一起工作，实现先前开通的主晶闸管关断。当检测到需要触发crowbar时，则触发主晶闸管T1，转子通过整流器，能耗电阻R，主晶闸管T1，连线等效的电感L1，组成回路，这时转子处于旁路，无法继续向变流器输送能量；当检测到故障解除，需要断开crowbar回路，以便风力发电机组发电，则触发辅助晶闸管T2，这时事先被充电的辅助电容C2，辅助晶闸管T2，辅助电抗器L2，以及处于导通状态的主晶闸管T1，组成了一个回路，随着辅助电抗器L2中电流的逐渐增加，流过主晶闸管T1的电流逐渐减小，并最终实现关断。主晶闸管T1关断后，crowbar电路随即失去了旁路作用，该电路与电机的转子构成的回路断开。

Claims (6)

1.一种应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护方法，其特征在于：在风力发电系统中，设置低电压穿越的crowbar电路，其特征在于所述的低电压穿越的crowbar电路包括至少一套主晶闸管及由辅助晶闸管、电容和电抗器组成的辅助电路，主晶闸管和辅助电路一同实现crowbar电路的开通和关断。

2.如权利要求1所述的应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护方法，其特征在于：当需要开通时，触发主晶闸管使电路开通，当需要关断时，触发辅助晶闸管，由辅助电容，辅助电抗器一起工作，实现先前开通的主晶闸管关断。

3.如权利要求1所述的应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护方法，其特征在于：当检测到需要触发crowbar时，则触发主晶闸管，转子通过整流器，能耗电阻，主晶闸管，连线等效的电感，组成回路，这时转子处于旁路，无法继续向变流器输送能量；当检测到故障解除，需要断开crowbar回路，以便风力发电机组发电，则触发辅助晶闸管，这时事先被充电的电容，辅助晶闸管，电抗器，以及处于导通状态的主晶闸管，组成了一个回路，随着电抗器中电流的逐渐增加，流过主晶闸管的电流逐渐减小，并最终实现关断;主晶闸管关断后，crowbar电路随即失去了旁路作用，该电路与电机的转子构成的回路断开。

4.一种如权利要求1—3所述应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护方法的应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护装置，采用crowbar电路适应低电压穿越的要求，其特征在于：所述的低电压穿越的crowbar电路包括至少一套主晶闸管及由辅助晶闸管、电容和电抗器组成的辅助电路，并由主晶闸管和辅助电路一同实现crowbar电路的开通和关断。

5.如权利要求4所述的应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护装置，其特征在于：在电机的转子与机侧变流器的电连接线中插接有crowbar电路模块，在crowbar电路模块的整流器旁路设有主晶闸管，主晶闸管又旁路设有由辅助晶闸管、电容和电抗器组成的辅助电路。

6.如权利要求5所述的应对电网电压短时间跌落的风力发电机组防护装置，其特征在于：主晶闸管接在第一电节点至第二电节点，及第三电节点至第四电节点所构成的旁路中，且在第一电节点与第二电节点之间串接有能耗电阻，在第三电节点与第四电节点之间串接有电感；辅助晶闸管旁接在主主晶闸管旁路的第二电节点与第三电节点上，且电容串接在第二电节点与辅助晶闸管之间，电抗器串接在第三电节点与辅助晶闸管之间。