[发明专利]一种双馈式风电变流器Crowbar保护电路及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电领域，尤其是双馈式风电变流器Crowbar保护电路。

背景技术

双馈式风力发电机的定子绕组直接与电网连接，转子绕组通过变流器与电网连接，其变流器容量通常仅为机组额定容量的30%左右，使得双馈电机具备成本低的优势，所以被广泛应用于兆瓦级大功率风力发电机中，成为了目前风力发电机的主导机型。但同时这一特殊的变流拓扑结构也使得该机型对电网电压的扰动较为敏感，其低电压穿越运行也较为复杂。随着风电电网穿透率的提高，国家相关机构已经出台了标准和规范，要求风力发电机必须具备低电压穿越功能，这使得双馈式风电变流器的低电压穿越问题成为当前研究的热点问题。

现有的低电压穿越技术分为软件和附加硬件两种方法。目前提出的不增加额外硬件的软件控制方法很多，但是均无法达到实际应用的效果。而附加硬件的方法主要有转子回路附件硬件和定子回路附加硬件两类：转子回路附加硬件方法主要指在双馈电机转子侧配置Crowbar保护电路；定子回路附加硬件方法主要包括：串联电力电子开关、串联变流器以及增设无源阻抗网络等方法。

转子侧附加Crowbar保护电路的方法是当前较为成熟并商用的一种双馈式风电机组低电压穿越技术（Morren J，Sjoerd W H．Ride through of wind turbines with doubly-fed induction generator during a voltage dip[J]．IEEE Transacitons on Energy Conversion，2005，20(2)：435-441；徐殿国，王伟，陈宁．基于撬棒保护的双馈电机风电场低电压穿越动态特性分析[J]．中国电机工程学报，2010，20(22)：29-36；周维来，孙敬华，张哲等.一种双馈风电变流器Crowbar保护装置[P]，200910072960；张侃，朱玲，周青等.一种双馈风电变流器用Crowbar保护装置[P]，201120359510）。其中，被动式Crowbar保护电路是较早用于风电变流器在电网故障时自我保护的硬件设备，但这种自我保护方式无法实现低电压穿越。随着风电并网要求的提高，采用IGBT等全控器件构成的主动式Crowbar保护电路成为近年研究低电压穿越的技术方法之一。但电网故障下电机的高耐冲击电流使得IGBT等全控器件的设计困难、成本较高，而且撬棒动作期间，因DFIG处于不控状态而引发的无功功率问题、电磁转矩冲击问题等使其难以满足日趋苛刻的风电并网导则。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种成本低、结构简单、可靠性高的双馈式风电变流器Crowbar保护电路及控制方法，从而以半控型器件可控硅实现了常规以全控器件才能实现的主动式Crowbar保护电路功能。

本发明的目的可采用如下技术方案加以实现：

本发明提供了一种双馈式风电变流器Crowbar保护电路，双馈式风电变流器结构由转子侧变流器、中间直流环及网侧变流器构成，Crowbar保护电路由三相双向可控硅依次连接组成的三角形结构串接三相保护电阻构成，Crowbar保护电路的三相输出端与转子侧变流器三相交流输出端连接。

优选的，所述的三相双向可控硅部分中，每相为双向可控硅器件（TRIAC）；

优选的，所述的三相双向可控硅部分中，每相为为两个可控硅反并联组成；

所述三角形结构包括具有等效电气性能的其它电路结构。

本发明还提供了一种双馈式风电变流器Crowbar保护电路的控制方法，该方法能够以可控硅实现主动式Crowbar保护电路功能，具体步骤如下：

1）实时检测双馈电机转子三相电流i_A、i_B、i_C；

2）将检测到的上述转子三相电流与设定的保护值比较，如果大于设定的保护值，触发三角形结构中三相双向可控硅，从而将双馈电机转子绕组通过Crowbar保护电路构成回路，以旁路双馈电机转子的暂态电流；