[发明专利]风电机组综合串联补偿电压穿越装置及控制方法

权利要求书

1.风电机组综合串联补偿电压穿越装置，其特征在于：该风电机组综合串联补偿电压穿越装置安装于风力发电机及其控制装置（9）与电网公共连接PCC点之间的三相电路上，包括三相标准变换器（1）、串联耦合变压器（4）、双向充放电电路、直流母线电容（2）和旁路开关（6）；

所述三相电路的每相电路上均串接有串联耦合变压器（4）的副边，串联耦合变压器（4）的副边上均并联有旁路开关（6），串联耦合变压器（4）的原边与三相标准变换器（1）的相应相进行连接；

所述三相标准变换器（1）与直流母线电容（2）并联；

所述双向充放电电路包括双向充放电控制电路与双向DC/DC变换器（3）串联连接组成，其中双向充放电控制电路包括超级电容（8）与DC/DC充/放电电感（7）串联组成，双向充放电电路与所述直流母线电容（2）并联。

2.根据权利要求1所述的风电机组综合串联补偿电压穿越装置，其特征在于：所述串联耦合变压器（4）的原边经过滤波回路（5）与三相标准变换器（1）相连接。

3.根据权利要求1所述的风电机组综合串联补偿电压穿越装置，其特征在于：所述旁路开关（6）为1个标准IGBT开关和4个相同的二极管组成的H型桥式电路结构，所述4个二极管构成2个桥臂，所述标准IGBT开关并接在两个桥臂中间，其中IGBT的集电极C与桥臂中的二极管阴极相连，IGBT的发射极E与桥臂中的二极管阳极相连；所述H型桥式电路结构中将两路桥臂中二极管串接的两个中间连接点分别接在串联耦合变压器（4）的副边两端。

4.根据权利要求2所述的风电机组综合串联补偿电压穿越装置，其特征在于：所述滤波回路（5）为LC滤波回路。

5.风电机组综合串联补偿电压穿越的控制方法，其特征在于：包括以下3种不同情况对应的控制方法：

（1）、低电压穿越控制方法：实时采集电网公共连接PCC点的电压，一旦检测到PCC点的电压低于低压门槛，关断旁路开关（6）中IGBT的触发信号，进入低压串联补偿模式，直流母线电容（2）提供补偿电压叠加在PCC点，直流母线电容（2）电压上升，此时双向DC/DC变换器（3）工作在降压Buck模式，直流母线电容（2）对超级电容（8）进行充电，直流母线电容（2）电压回落，风力发电机机端电压升高至正常值，实现低电压穿越；

（2）、高电压穿越控制方法：实时采集电网公共连接PCC点的电压，一旦检测到PCC点的电压高于高压门槛，关断旁路开关（6）中IGBT的触发信号，进入高压串联补偿模式，直流母线电容（2）提供补偿电压叠加在PCC，直流母线电容（2）电压下降，此时双向DC/DC变换器（3）工作在升压Boost模式，超级电容（8）对直流母线电容（2）放电，直流母线电容（2）电压回升，风力发电机机端电压降低至正常值，实现高电压穿越；

（3）、谐波电压平缓转矩穿越控制方法：实时采集电网公共连接PCC点的电压，并对PCC点的电压进行5次和7次谐波提取，一旦检测到PCC点5次或者7次谐波电压高于设定的相应次数的谐波补偿门槛，关断旁路开关（6）中IGBT的触发信号，进入谐波串联补偿模式，风电机组综合串联补偿电压穿越装置产生相应的反相谐波电压补偿PCC点谐波电压，消除电网谐波。

6.如权利要求5所述的风电机组综合串联补偿电压穿越的控制方法，其特征在于：针对低电压穿越控制方法和高电压穿越控制方法这两种情况下对PCC点的电压的测量和PCC点电压高低的判断方法包括顺序执行的以下步骤：

（1）将电网PCC点三相电压U_pcc,a、U_pcc,b、U_pcc,b基于两相静止αβ坐标进行PARK变换，转换为U_α和U_β；

（2）求取U_α和U_β在αβ坐标下的正序电压分量和

（3）再将进行2s/2r变换得到和

（4）将和分别进行平方再求和，求和的结果再开方，然后除以U_pcc点正序电压正常值得到标幺值；

（5）将标幺值与设定的低压门槛0.9pu和高压门槛1.1pu进行比较，一旦检测到标么值低于0.9pu时，立即关闭旁路开关（6）中IGBT的触发信号，启动低压串联补偿模式；一旦检测到标么值高于1.1pu时，立即关闭旁路开关（6）中IGBT的触发信号，启动高压串联补偿模式。

7.如权利要求5所述的风电机组综合串联补偿电压穿越的控制方法，其特征在于：针对谐波电压平缓转矩穿越控制方法中对PCC点的电压谐波提取及判断方法包括顺序执行的以下步骤：

（1）将电网PCC点三相电压U_pcc,a、U_pcc,b、U_pcc,b基于两相静止αβ坐标进行PARK变换，转换为U_α和U_β；

（2）对U_α和U_β进行5次和7次的低次谐波检测，分别将相对应次数的谐波检测幅值与谐波补偿门槛进行比较，一旦检测到谐波检测幅值高于谐波补偿门槛，立即关闭旁路开关（6）中IGBT的触发信号，启动谐波串联补偿模式。