[发明专利]一种双馈风电变流器穿越电网故障的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双馈风电变流器穿越电网故障的装置及方法，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的装置及方法。主要应用于风力发电系统中低电压穿越的撬棒Crowbar电路。

背景技术

在世界提倡绿色能源的今天，风力发电作为一种可再生的新能源得到了迅猛的发展，风力发电在电网供电中所占比例不断提高。在运行过程中，电网故障可能会导致电压跌落，这会导致风力发电设备短时出现过压、过流或转速上升等现象，使大量风力发电机脱网，使电力系统稳定性变差。因此，风力发电机组的并网质量及运行状态的稳定性至关重要。

基于双馈型变流器的风力发电机组，通过控制转子电流来控制整机的功率，定子直接连接在电网。当电网电压发生跌落时，其转子端会出现过压、过流，并使连接网侧变流器和机侧变流器的直流母线电压升高，这对变流器的安全构成严重威胁，如不采取措施，会导致变流器损坏，降低电网的稳定性。

为了解决上诉问题，需要引入风力发电设备的低电压穿越技术（简称LVRT，Low Voltage Ride Through），即：电网故障引起电压跌落，风电场在电网发生故障时及故障后，保持不脱网连续并网运行的能力。现有的技术采用被动式Crowbar电路手段，通常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成直流，在需要的时候触发晶闸管，并通过耗能电阻释放能量以实现对变流器的保护。

但是，晶闸管的关闭只能依靠反向电压，其反向电压由外电路产生，该Crowbar电路触发后，需要把发电机定子从电网断开，并把转子能量耗尽后实现关闭，这使得发电机不能实现连续工作，产生电网故障，所以这种装置并不能完成风电机组的低电压穿越功能。

为了解决上述问题，出现了主动式Crowbar电路，其原理是把被动式Crowbar电路的晶闸管换成全控型电力电子器件，当电网电压发生跌落时，控制机侧变流器关闭，同时开通Crowbar电路，把发电机转子侧能量消耗掉。当电网电压恢复时，控制Crowbar电路关闭，并开启机侧变流器，对电网提供无功支持，帮助电网快速恢复，实现低电压穿越功能。

但上述主动式Crowbar电路依然存在缺陷。当Crowbar由开通转为关闭时，由于电机电感的存在，使得Crowbar输入端产生高压尖峰，容易损坏全控型电力电子器件.

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种提高主动式Crowbar电路的工作可靠性和使用寿命，保证电网电压的稳定性的双馈风电变流器穿越电网故障的装置及方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种双馈风电变流器穿越电网故障的装置，所述的双馈风电变流器包括网侧变流器和机侧变流器，所述网侧变流器与电网相连，所述机侧变流器与发电机相连的，所述网侧变流器与所述机侧变流器之间通过直流母线连接；

所述的穿越电网故障的装置包括控制电路和Crowbar电路，所述控制电路分别与网侧变流器、机侧变流器和Crowbar电路双向连接，所述Crowbar电路连接到机侧变流器与发电机之间的电线上；

所述的Crowbar电路包括整流电路、耗能电路、开关电路和驱动电路，所述的整流电路的输入端与发电机转子端连接，整流电路的输出端有两个接口，其中一个接口经耗能电路与开关电路连接、另一个接口直接与开关电路连接；所述的开关电路与驱动电路的输出端连接，驱动电路的输入端与控制电路的输出端连接；所述的开关电路至少包含两个串联的全控型电力电子器件。

本发明所述的开关电路由至少两个并联电路模块串联构成，所述的并联电路模块由至少两个全控型电力电子器件并联构成。

本发明所述的开关电路由至少两个串联电路模块并联而成，所述串联电路模块由至少两个全控型电力电子器件串联构成。

一种双馈风电变流器穿越电网故障的装置的方法，包括以下步骤：

A、当电网电压跌落导致双馈型变流器发电机转子电流或直流母线电压上升到等于或大于设定的Crowbar电路导通门限值时，控制电路关闭机侧变流器并触发Crowbar电路，使Crowbar电路中的开关电路内的串联全控型电力电子器件同时导通；

B、当双馈型变流器发电机的转子电流衰减到等于或小于设定的Crowbar电路关断门限值、电网侧电压恢复正常状态时，控制电路关断Crowbar电路，使Crowbar电路中的开关电路内的串联全控型电力电子器件同时关断，并开启机侧变流器，为电网迅速提供无功支持，帮助电网恢复。

本发明的有益效果是：