[发明专利]一种双馈型风力发电系统的直流斩波装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术，尤其涉及双馈型风力发电系统中的低电压穿越方法。

背景技术

随着能源危机与环境问题的日益突出，世界各国都在大力发展风力发电、太阳能发电等可再生能源事业，其中，以风力发电为例，从失速型风电系统到变速恒频风电系统，从有齿轮箱的风电系统到无需齿轮箱的直驱型风电系统，我国风电的装机容量也在快速增长。

然而，在风电装机容量不断增大的同时，其并网发电后对于电网的影响已经不能简单地忽略不计。例如，为了应对风电机组给电网造成的影响，欧洲的很多国家已制订新的规则，对并网风力发电提出了新的要求，诸如有功功率和无功功率的控制，电压和频率控制，电能质量的控制，低电压穿越功能等。当并网的风电机组满足这些要求时，即使在电网故障(如电压跌落)时也可不间断地并网运行，从而快速地向电网提供有功功率和无功功率，以便电网的电压及频率能够及时恢复和稳定。

以双馈风力发电(DFIG，Doubly Fed Induction Generator)系统为例，当实现低电压穿越时，通常在电机转子侧并联AC crowbar(撬棍电路)或者在直流环节并联DC chopper(斩波装置)，以分别防止电网电压跌落和恢复所引起的Bus过压和转子侧逆变器过流。然而，上述AC crowbar或DC chopper主要存在以下不足：1)被动式的AC crowbar：切入该crowbar同时封锁转子侧逆变器驱动信号才能进行过压和过流保护，被动式crowbar切入使双馈发电机长时间从电网吸入大量无功，对电力系统恢复稳定不利；2)主动式AC crowbar在电网电压跌落和恢复期间，需要开启转子侧逆变器从而发送无功或有功，但转子侧逆变器与AC crowbar无法同时工作，因而变流器重新工作时可能再次产生转子冲击电流和Bus过压；3)现有的DC chopper引入DFIG系统时，只能防止变流器的Bus过压，并不能防止转子侧逆变器过流，导致转子变流器器件容量选择过大；4)同时使用AC crowbar和DC chopper时，当电网电压跌落时，AC crowbar切入DFIG系统后，必须封锁转子侧逆变器的驱动信号，这将给变频器的灵活控制带来诸多不便。

有鉴于此，如何设计一种新型的保护电路，在实现变流器Bus电压过压保护的同时，还能有效地防止变流器的转子侧逆变器过流，是相关领域的技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

针对现有技术中双馈型风力发电系统所存在的上述缺陷，本发明提供一种用于双馈型风力发电系统的直流斩波装置及方法。

依据本发明的一个方面，提供了一种用于双馈型风力发电系统的直流斩波装置，所述系统包括一变流器和一双馈发电机，其中，该直流斩波装置包括：

一控制单元，具有至少一输入端和一输出端，所述控制单元的输入端电性连接至所述变流器的直流电容两端，以检测一直流电压；以及

一功率电路，电性耦接至所述变流器、所述双馈发电机和所述控制单元，其中，该功率电路包括：

一输入端，并联耦接至所述变流器中的直流电容，所述直流电容位于所述变流器的一网侧逆变器与一机侧逆变器之间；

一过压保护模块，连接至所述功率电路的输入端，包括由一放电电阻以及一开关组件形成的至少一放电单元，所述放电电阻和所述开关组件串联连接，并且所述开关组件电性连接至所述控制单元的输出端；

一整流模块，与所述过压保护模块并联连接；以及

一输出端，耦接至所述整流模块以及所述双馈发电机，

其中，当所述系统的电网电压跌落时，所述控制单元的输出端根据所检测的直流电压来输出相应的控制信号，以驱动所述开关组件导通或关断；以及所述功率电路的输出端吸收来自所述双馈发电机的转子冲击电流的一部分，以便对所述机侧逆变器进行过流保护。

其中，当所述系统的电网电压跌落，且所述控制单元所检测的直流电压大于一第一预定电压时，所述控制单元的输出端根据所述直流电压来输出一第一控制信号，以导通所述开关组件。在一实施例中，当所述系统的电网电压跌落，并且所检测的直流电压大于所述第一预定电压时，所述控制单元的另一输出端仍然向所述变流器的机侧逆变器发送驱动信号，以便所述机侧逆变器正常工作，从而双馈发电机系统将无功功率发送至电网，以补偿所述电网的当前电压。

在另一实施例中，所述放电单元还包括一续流单元，与所述放电电阻并联连接，以便在所述开关组件关断时为所述放电电阻提供续流回路。