大功率直驱式永磁风力发电系统低压穿越控制系统及控制方法

摘要

本发明属于风力发电技术，涉及一种大功率直驱式永磁风力发电系统低压穿越控制系统及控制方法。该系统包括位于风力发电机与电网之间的由机侧变流器和网侧变流器组成的全功率变流器，在全功率变流器的直流母线上连接有一个Crowbar电路。本发明使得直驱式永磁风力发电系统在电网电压跌落时能较好实现对变流器的保护，且能够配合变流器系统较好实现低电压穿越。

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术，涉及一种大功率直驱式永磁风力发电系统低压穿越控制系统及控制方法。

背景技术

作为新能源行的风力发电近年来发展迅速，装机容量不断增大。随着风电装机容量的不断提高，风力发电机组具备“低电压穿越功能”已成为风电系统的强制性要求，变流器作为风电机组的核心部件，必须具备这个功能。由风力发电系统的基本原理可知，在电压跌落过程中，系统会产生大电流和高电压，因此必须在变流器系统中设计保护装置以防止对变流器造成损坏。

相较于双馈式电机，永磁直驱风机更能适应低风速，且能耗较少、后续维护成本低。永磁直驱风机是我国风力发电机未来发展趋势，因此解决直驱系统的低电压穿越问题日趋重要。直驱式永磁风力发电系统在电网电压跌落时，输出电压下降，此时必须增加输出电流，以保持变流器从风机吸收的功率与输出到电网功率间的平衡，但当电网发生故障电压跌落较大时，输入与输出功率发生不平衡，造成直流侧电压上升，此时对变流器主电路的绝缘栅极晶体管（IGBT）和电容造成威胁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种大功率直驱式永磁风力发电系统低压穿越控制系统及控制方法，使得当直驱式永磁风力发电系统在电网电压跌落能较好实现对变流器的保护，且能够配合变流器系统较好实现低电压穿越。

本发明的大功率直驱式永磁风力发电系统低压穿越控制系统，包括位于风力发电机与电网之间的由机侧变流器和网侧变流器组成的全功率变流器，在全功率变流器的直流母线上连接有一个Crowbar电路。

该系统还包括一个能够控制Crowbar电路以及全功率变流器工作状态的控制模块，控制模块的信号输入端连接有能够检测电网电压跌落的电压跌落检测装置。控制模块根据电压跌落检测装置的检测信号来控制网侧变流器的工作模式以及Crowbar装置5的投入或切出。

本发明的大功率直驱式永磁风力发电系统低压穿越控制方法基于上述的控制系统，该方法是：当风力发电系统运行时，控制模块实时采集检测电压跌落检测装置信号，如果电网电压和直流母线电压没有出现异常，控制模块控制变流器正常工作，并网发电；当电压跌落检测装置检测到到电网电压发生跌落以及直流母线电压过高时，由控制模块立即发出控制信号，触发投入Crowbar电路，并且同时启动全功率变流器的网侧变流器STATCOM模式。

本发明的积极效果是：采用软硬件结合的方式，实现了直驱式永磁风力发电系统在电网电压跌落时对变流器的保护，且配合变流器系统较好的实现了低电压穿越。在低电压穿越穿越过程中，同时启动全功率变流器的电网侧变流器STATCOM模式，向电网提供无功功率支持，有利于电网故障快速恢复。

附图说明

图1是本发明实施例的系统原理图；

图2是本发明实施例的Crowbar电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，该大功率直驱式永磁风力发电系统低压穿越控制系统，包括位于风力发电机与电网之间的由机侧变流器和网侧变流器组成的全功率变流器1，在全功率变流器的直流母线上连接有一个Crowbar电路2。该系统还包括一个能够控制Crowbar电路以及全功率变流器工作状态的控制模块，控制模块的信号输入端连接有能够检测电网电压跌落的电压跌落检测装置。控制模块根据电压跌落检测装置的检测信号来控制网侧变流器的工作模式以及Crowbar电路的投入或切出。

本发明的系统工作过程中，控制模块实时采集检测电压跌落检测装置信号，如果电网电压和直流母线电压没有出现异常，控制模块控制变流器正常工作，并网发电；当电压跌落检测装置检测到到电网电压发生跌落以及直流母线电压过高时，将信号传入控制模块，控制模块通过低压穿越的算法，来判断是否对电容和变流器的IGBT运行造成威胁，如果满足低压穿越的条件，立即触发Crowbar电路2的控制开关IGBT1(见图2)，投入卸荷电阻R2，消耗直流侧多余的能量，保持电容电压稳定在一定范围内。并且同时启动全功率变流器1的电网侧变流器的STATCOM模式，通过对电网的跌落深度、故障点与变流器之间的线路阻抗等关系的计数，重新分配重新分配无功电流和有功电流的参考值，向电网提供无功功率支持，以利于电网恢复。当直流侧电压恢复到正常范围，如图2，Crowbar电路的IGBT1关断，由D1、D2、R1、R2、C组成的缓冲电路吸收关断瞬间的能量，保护Crowbar电路。等到电网电压恢复时，重新启动全功率变流器网侧变流器并网发电。