[实用新型]一种恒速恒频风电机组低电压穿越装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及电力系统领域，具体涉及一种恒速恒频风电机组低电压穿越装置。

背景技术：

随着风力发电技术的快速发展和世界各国在政策上对可再生能源发电的重视，风力发电进入了快速发展期。风电机组单机容量、风电场规模以及风力发电在电力系统中所占的份额都逐渐增大。大规模的风力发电并入电网对电网的规划、建设、运行调度、分析控制、经济运行和电能质量均产生了一定的影响。为了促进风电场的有序开发，保证电力系统的安全稳定运行，欧洲、北美、澳大利亚等地区的一些电力协会或电网公司都制定了风电场并网技术导则，我国也在2006年颁布了有关的国家标准和国家电网公司风电场接入电力系统技术规定。各国的风电场并网技术规定涉及到一些共性问题，包括功率控制、无功电压控制、低电压穿越能力等，对风电机组并网技术提出了具体要求，其中风电机组具备低电压穿越能力是对风电机组并网技术的巨大挑战，因此迫切需要一种装置来解决目前在风电并网技术领域存在的问题。

目前，针对恒速恒频异步风电机组的低电压穿越装置还比较少，有一些学者提出了一种基于动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer，DVR)原理的恒速恒频异步风电机组低电压穿越装置。如附图1所示，在风电机组与电网系统之间串联接入一套DVR装置，此装置主要包括以下模块：模块1是充电回路交流电源(或不配备此部分)，模块2是DVR背靠背H桥换流器，模块3是放电IGBT缓冲吸收回路，模块4是DVR输出低通滤波器。当风电机组正常并网运行时，通过控制模块2里面的两个上桥臂IGBT常通或者两个下桥臂IGBT常通与续流二极管一起形成交流通路，使得换流器输出零电压，电网系统与风电机组通过开关器件直接交换有功和无功，其他部分不参与工作。一旦发生电网系统电压暂降，DVR的工作状态立刻改变，完全补偿电网系统电压跌落值，也就是实现风电机组机端电压不变，依然维持在正常工作电压。这样就不会使风电机组欠压保护动作，从而成功实现低电压穿越。在这种方案中，由电流与电压参考方向不难发现，在电网系统故障时整个风电机组发出的有功功率有很大部分都流入了DVR回路，从而引起DVR直流电压的升高，需要通过合适的控制对换流器直流母线电压放电，通常采用脉宽调制方式(PWM)控制放电IGBT来实现，最终这些有功功率通过与电容器并联的放电电阻消耗。电网系统故障恢复后，DVR装置停止补偿电压工作状态，继续工作在模块2中的IGBT与续流二极管所构成的交流通路模式。通过这样的工作流程实现风电机组低电压穿越。

基于DVR的这种方案有较多缺点。第一，正常工作状态电力电子器件始终要工作在风电机组额定输出电流下，这样对IGBT的器件要求很高，成本会骤然升高，而这一缺点是这种串联DVR方案所无法克服的；第二，仅从适用的电力电子器件个数上也不难发现，这种DVR的控制方案使用全控器件IGBT较多，这必然会导致控制系统的复杂以及装置成本的提高；第三，这种控制方式需要换流器建立稳定的直流电压，而换流器直流电压的建立需要有一个独立的直流充电回路或者在电网系统发生故障时依靠风电机组发出的有功来建立，前者会大大增加这套装置的成本与占地面积，后者则会使控制复杂，并且两者又都需要在风电机组向DVR装置馈入有功时通过放电回路抑制过电压，维持直流电压稳定，这样一来直流稳压控制的难度又有所增加。以上这几点都说明了基于DVR原理的低电压穿越装置在装置成本、控制复杂性、工程改造实施难度等方面存在较多的不足与欠缺。

实用新型内容：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种恒速恒频风电机组低电压穿越装置，可保证系统稳态情况下风电机组的正常并网运行，系统电压暂降期间风能的快速消耗及故障恢复后风电机组有功潮流输送的恢复，满足风电场、风电机组并网的技术要求。所述电压跌落故障是指当电网三相电压任一相电压小于V1时的现象称为系统压跌落故障；系统电压恢复是指三相电压恢复到幅值V2时，认为系统电压恢复。V1小于V2，具体幅值由现场实际应用确定。

本实用新型提供的一种恒速恒频风电机组低电压穿越装置，其改进之处在于，在电网系统和风电机组之间串联接入开关；在所述开关和风电机组之间并联接入串联的接触器和无功补偿模块；在所述接触器和无功补偿模块之间并联接入有功吸收回路。

其中，所述无功补偿模块包括并联电容器组。

其中，所述有功吸收回路包括电抗器、三相不可控整流桥和放电电路；所述电抗器与所述三相不可控整流桥串联后与所述放电电路并联。