[发明专利]一种风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置及切换方法

权利要求书

1.一种风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置，其特征在于：该装置包括PWM变换器（1）、LC滤波器（2）、切换装置（3）、串联耦合变压器（4）、旁路开关（5）、脉冲控制单元（6）、风力发电机（7）和电网公共连接点（8）；其中，PWM变换器（1）的三相输出连接到LC滤波器（2）的一端，所述的LC滤波器（2）另一端与切换装置（3）的输入端连接，切换装置（3）的输出分成三相且每相有两个输出端，每相的一个输出端A₃、B₃、C₃端口接入到电网公共连接点（8），另一个输出端A₄、B₄、C₄端口接入到串联耦合变压器（4）的原边一端，串联耦合变压器（4）的原边另一端三相短接，串联耦合变压器（4）副边两端跨接在电网公共连接点（8）和风力发电机（7）端口之间，旁路开关（5）跨接在串联耦合变压器（4）的副边两端，脉冲控制单元（6）通过信号线分别与PWM变换器（1）、切换装置（3）和旁路开关（5）连接，所述的旁路开关（5）采用双向晶闸管。

2.根据权利要求1所述的可自动切换的风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置，其特征在于：所述切换装置（3）包括三个静态切换开关（9）和三个快速切换开关（10），所述的静态切换开关（9）采用双向晶闸管，所述快速切换开关（10）由两个相同的晶闸管共阳极连接组成，并且每个晶闸管都反向并联有一个续流二极管；每个静态切换开关（9），以及每个快速切换开关（10）均对应一相线路，同相的静态切换开关（9）和快速切换开关（10）在输入端并联后共同连接到LC滤波器（2）的一相端口上，静态切换开关（9）的输出端作为切换装置（3）一相的一个输出端与串联耦合变压器（4）的原边一端连接，快速切换开关（10）输出端作为切换装置（3）一相的另一个输出端与电网公共连接点（8）的一相端口连接。

3.一种风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置的模式切换方法，其特征在于，该方法将权利要求1或2所述装置从并联型有源滤波器模式切换到串联型低电压穿越模式，包括以下步骤：

①装置初始工作状态为并联型有源滤波器模式，实时采集电网公共连接点（8）的电压，设定低电压门槛值为0.9 倍的额定电压，一旦检测到电网公共连接点（8）的电压值低于所述低电压门槛值，脉冲控制单元（6）停止向PWM变换器（1）和旁路开关（5）输出触发脉冲，并联型有源滤波器模式停止；

②在电压过零点之前，利用外部强迫换流回路切断快速切换开关（10），对快速切换开关（10）的电流进行采样，当三个切断快速切换开关（10）的电流都为零时，确认快速切换开关（10）实现关断，此时PWM变换器（1）与电网断开连接；

③ 脉冲控制单元（6）触发闭合静态切换开关（9），使PWM变换器（1）通过切换装置（3）的一组输出端A₄、B₄和C₄端口与串联耦合变压器（4）接通；

④ 对旁路开关（5）的电流i-_x的大小和方向进行采样，x= a, b, c，a, b, c代表电路的三相，根据电流i-_x的方向，脉冲控制单元（6）驱动 PWM变换器（1）产生与电流i-_x方向相反、幅值恒定的电压，施加到串联耦合变压器（4）的原边并感应到副边，叠加到旁路开关（5）两端；

⑤ 检测旁路开关（5）的电流i-_x，当电流i-_x减小到零时，旁路开关（5）就实现断开， PWM变换器（1）停止输出反向电压，开始输出低电压补偿信号，装置开始工作在串联型低电压穿越模式。

4.一种风电机组低电压穿越和有源滤波补偿装置的模式切换，其特征在于，该方法将权利要求1或2所述装置从串联型低电压穿越模式切换到并联型有源滤波器模式，包括以下步骤：

① 装置初始工作状态为串联型低电穿越模式，实时采集电网公共连接点（8）的电压，若检测到电网公共连接点（8）的电压高于0.9倍的额定电压，则判定电网公共连接点（8）的电压恢复正常，然后关闭PWM变换器（1），使串联型低电压穿越模式停止工作；

② 脉冲控制单元（6）触发闭合旁路开关（5），使串联耦合变压器（4）被旁路，从而退出运行；

③ 脉冲控制单元（6）停止向静态切换开关（9）发送触发信号，当切换开关（9）中的交流电流过零后，切换开关（9）自然断开，对静态切换开关（9）的电流进行采样，当三个静态切换开关（9）的电流都为零时，确认静态切换开关（9）实现断开；

④ 脉冲控制单元（6）触发闭合快速切换开关（10），使PWM变换器（1）通过切换装置（3）的另一组输出端A₃、B₃和C₃端口与电网公共连接点（8）接通，装置开始工作在并联型有源滤波器模式。