一種應用于風機低電壓穿越的單相可控串聯補償裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種應用于風機低電壓穿越的單相可控串聯補償裝置，包含一個三相四線橋式電路、兩組放電電路、一個預充電回路、三組濾波電路、三個單相隔離變壓器以及三個旁路開關。本發明將一種單相可控串聯補償裝置應用在風場中，串聯在每臺風機與風機并網點之間，解決系統故障后，并網點電壓跌落引起風機拖網，風機變流器發生過流過壓失效的問題，使風機滿足國家對風機低電壓穿越能力的要求。串聯補償裝置核心為三相四線橋式電路，電路輸出電壓經濾波器通過變壓器耦合到線路中，每一相獨立，可以根據三相電壓不同特點進行獨立補償，最終使連接到風機的三相端電壓都有最好的補償效果；補償電壓期間由裝置的放電電路消耗風機發出的部分有功功率。
【專利說明】—種應用于風機低電壓穿越的單相可控串聯補償裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及風機低電壓穿越領域，更具體地說，是涉及一種應用于風機低電壓穿越的單相可控串聯補償裝置。
【背景技術】
[0002]目前，世界上主要發達國家和發展中國家，都已經將發展風能、太陽能等可再生能源作為應對新世紀能源和氣候變化雙重挑戰的重要手段。然而，除水能之外的所有可再生能源中，風能無疑是世界上公認的最接近商業化的可再生能源技術之，風能的產業化基礎好，經濟性優勢最明顯，而且不存在生物質能所面臨的資源約束，另外也沒有任何大的環境影響。
[0003]雙饋風機是目前風場裝機的主流機型，與直驅型風機相比，雙饋風機有較大的價格優勢，其價格差異除了永磁體的成本外，主要原因為雙饋風機變流器的容量僅為整機容量的20%?30%。在安裝并網方式上，雙饋風機的定子側直接通過變壓器與電網相連，這樣對系統電壓較為敏感，系統發生短路故障時，風機并網點電壓就會發生電壓跌落，會直接影響雙饋風機轉子側電壓電流等參量，若不采取任何控制策略或保護措施，雙饋風機轉子變流器就會因為過流過壓失效。
[0004]早期風場規模小，發電量占系統比重小，在電網發生短路故障時，直接切除風機即可完成保護風機的作用，隨著風電規模的不斷增大，風電在系統中的影響也是越來越大，為了有利于系統電壓的恢復，不造成更大范圍更嚴重的故障，新的風電并網規定要求在系統故障期間，風機要保持不脫網。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種應用于風機低電壓穿越的單相可控串聯補償裝置，能夠防止風場風機并網點發生電壓跌落時，風機因電壓跌落脫網，做到單相可控，獨立補償，同時裝置構成簡潔，便于結構設計。
[0006]為達到上述目的，本發明采用如下的技術方案:
[0007]一種應用于風機低電壓穿越的單相可控串聯補償裝置，包含一個三相四線橋式電路、兩組放電電路、一個預充電回路、三組濾波電路、三個單相隔離變壓器以及三個旁路開關;
[0008]所述三相四線橋式電路的輸出端分別連接三組濾波回路，所述三組濾波回路中的A相輸出端、B相輸出端以及C相輸出端分別并聯在A相隔離變壓器、B相隔離變壓器以及C相隔離變壓器的二次側；所述A相隔離單相變壓器、B相隔離變壓器以及C相隔離變壓器的一次側分別串聯在三相風機并網點與風機之間，且分別與相對應的旁路開關并聯；
[0009]所述兩組放電電路以及預充電回路分別通過正、負極直流母線并聯在三相四線橋式電路的輸入端。
[0010]所述三相四線橋式電路包括第一絕緣柵型場效應管、第二絕緣柵型場效應管、第三絕緣柵型場效應管、第四絕緣柵型場效應管、第五絕緣柵型場效應管、第六絕緣柵型場效應管、第一電容以及第二電容，
[0011]所述第一絕緣柵型場效應管的漏極、第二絕緣柵型場效應管的漏極、第三絕緣柵型場效應管的漏極以及第一電容的第一端子均與正極直流母線相連；
[0012]所述第四絕緣柵型場效應管的源極、第五絕緣柵型場效應管的源極、第六絕緣柵型場效應管的源極以及第二電容的第二端子均與負極直流母線相連；
[0013]所述第一絕緣柵型場效應管的源極與第四絕緣柵型場效應管的漏極相連并作為A相輸出端；
[0014]所述第二絕緣柵型場效應管的源極與第五絕緣柵型場效應管的漏極相連并作為B相輸出端；
[0015]所述第三絕緣柵型場效應管的源極與第六絕緣柵型場效應管的漏極相連并作為C相輸出端；
[0016]所述第一電容的第二端子與第二電容的第一端子相連為直流母線中點。
[0017]所述兩組放電電路包括由第七絕緣柵型場效應管以及第一電阻組成的第一組放電電路以及由第八絕緣柵型場效應管以及第二電阻組成的第二組放電電路，
[0018]所述第七絕緣柵型場效應管的漏極與正極直流母線連接，第七絕緣柵型場效應管的源極與第一電阻的第一端子相連，第一電阻的第二端子與直流母線中點相連；
[0019]所述第八絕緣柵型場效應管的漏極與直流母線中點相連，第八絕緣柵型場效應管的源極與第二電阻的第一端子相連，第二電阻的第二端子與負極直流母線相連。
[0020]所述三組濾波回路包括，
[0021]第一組濾波回路，包括第一電感以及第三電容，所述第一電感的一端與所述A相輸出端相連，第一電感的另一端通過第三電容與直流母線中點相連；所述第三電容的兩端分別與所述A相隔離變壓器的二次側的兩端相連；
[0022]第二組濾波回路，包含第二電感以及第四電容，所述第二電感的一端與所述B相輸出端相連，第二電感的另一端通過第四電容與直流母線中點相連；所述第四電容的兩端分別與所述B相隔離變壓器的二次側的兩端相連；
[0023]第三組濾波回路，包含第三電感以及第五電容，所述第三電感的一端與所述C相輸出端相連，第三電感的另一端通過第五電容與直流母線中點相連。所述第五電容的兩端分別與所述C相隔離變壓器的二次側的兩端相連。
[0024]所述預充電回路包括變壓器以及與變壓器相連的整流橋。
[0025]與現有技術相比，采用本發明的一種應用于風機低電壓穿越的單相可控串聯補償裝置具有以下的技術效果:
[0026]本發明將一種單相可控串聯補償裝置應用在風場中，串聯在每臺風機與風機并網點之間，解決系統故障后，并網點電壓跌落引起風機拖網，風機變流器發生過流過壓失效的問題，使風機滿足國家對風機低電壓穿越能力的要求。串聯補償裝置核心為三相四線橋式電路，電路輸出電壓經濾波器通過變壓器耦合到線路中，每一相獨立，可以根據三相電壓不同特點進行獨立補償，最終使連接到風機的三相端電壓都有最好的補償效果；補償電壓期間由裝置的放電電路消耗風機發出的部分有功功率。本裝置開關器件少，成本低，便于結構設計。[0027]在并網點與風機之間加入電壓串聯補償裝置可以有效解決風機低電壓穿越問題，當系統發生短路故障時，風機并網點電壓發生電壓跌落，串聯補償裝置檢測到跌落幅度信息，輸出一定電壓，使進入風機的電壓保持不變，即不會影響風機的運行狀態，風機在系統發生短路故障時仍保持并網運行。
[0028]考慮到系統故障時，受短路阻抗影響，三相電壓諧波成分不盡相同，因此單相可控的串聯補償裝置可以分相單獨控制，應用在風機低電壓穿越中會有較好的效果。與每個單相均用一個H橋式逆變器實現相比，則整個裝置開關器件少，減少設備成本，可靠性高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明的電路拓撲圖；
[0030]圖2為圖1中的預充電回路的拓撲圖；
[0031]圖3為無故障時并網點A相電壓的示意圖；
[0032]圖4為故障后并網點A相電壓的示意圖；
[0033]圖5為補償時串聯補償裝置應輸出電壓的示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖以及實施例進一步說明本發明的技術方案。
[0035]請參見圖1所示的一種應用于風機低電壓穿越的單相可控串聯補償裝置，包含一個三相四線橋式電路，兩組放電電路，一個預充電回路，三組濾波電路，三個單相隔離變壓器，三個旁路開關。三相四線橋式電路的輸出端分別連接三組濾波回路，三組濾波回路的電容兩端分別并聯三個單相隔離變壓器的二次側，三個隔離單相變壓器的一次側分別串聯在三相風機并網點與風機之間，且分別與三個旁路開關并聯，兩個放電電路分別并聯在三相四線橋式電路直流電容兩端，預充電電路并聯在三相四線橋式電路直流電容兩端。
[0036]其中三相四線橋式電路:包含第一至第六絕緣柵型場效應管Ml、M2、M3、M4、M5、M6，第一電容Cl、第二電容C2。它們的連接方式為第一至第三絕緣柵型場效應管Ml、M2、M3的漏極、第一電容Cl的第一端子連接，為直流母線正。第四至第六絕緣柵型場效應管M4、M5、M6的源極、第二電容的第二端子連接，為直流母線負，第一絕緣柵型場效應管Ml的源極與第四絕緣柵型場效應管M4的漏極相連為A相輸出端，第二絕緣柵型場效應管M2的源極與第五絕緣柵型場效應管M5的漏極相連為B相輸出端，第三絕緣柵型場效應管M3的源極與第六絕緣柵型場效應管M6的漏極相連為C相輸出端。第一電容Cl的第二端子與第二電容C2的第一端子相連為直流母線中點；
[0037]兩組放電回路:第一組放電電路包含第七絕緣柵型場效應管M7、第一電阻R1，第七絕緣柵型場效應管M7的漏極與直流母線正連接，第七絕緣柵型場效應管M7的源極與第一電阻Rl的第一端子相連，第一電阻Rl的第二端子與直流母線中點相連；第二組放電電路包含第八絕緣柵型場效應管M8、第二電阻R2，第八絕緣柵型場效應管M8的漏極與直流母線中點連接，第八絕緣柵型場效應管M8的源極與第二電阻R2的第一端子相連，第二電阻R2的第二端子與直流母線負相連；
[0038]三組濾波回路:第一組濾波回路包含第一電感L1、第三電容C3，第一電感LI的第一端子與A相輸出端相連,第一電感LI的第二端子與第三電容C3的第一端子相連,第三電容C3的第二端子與直流母線中點連接。第二組濾波回路包含第二電感L2、第四電容C4，第二電感L2的第一端子與B相輸出端相連,第二電感L2的第二端子與第四電容C4的第一端子相連，第四電容C4的第二端子與直流母線中點連接。第三組濾波回路包含第三電感L3、第五電容C5,第三電感L3的第一端子與C相輸出端相連,第三電感L3的第二端子與第五電容C5的第一端子相連，第五電容C5的第二端子與直流母線中點連接。
[0039]三個單相隔離變壓器和三個旁路開關:A相隔離變壓器Tl 二次側的第一端子、第二端子分別與第三電容C3的第一端子、第二端子連接。A相隔離變壓器Tl 一次側的第一端子、第二端子分別與第一旁路開關SI的第一端子、第二端子相連；B相隔離變壓器T2 二次側的第一端子、第二端子分別與第四電容C4的第一端子、第二端子連接。B相隔離變壓器T2—次側的第一端子、第二端子分別與第二旁路開關S2的第一端子、第二端子相連；C相隔離變壓器T3 二次側的第一端子、第二端子分別與第五電容C5的第一端子、第二端子連接。C相隔離變壓器T3 —次側的第一端子、第二端子分別與第三旁路開關S3的第一端子、第二端子相連；
[0040]單相可控串聯補償裝置與電網并網點、風機的連接方式為:電網并網點A相出線與A相隔離變壓器Tl的第一端子相連，風機A相進線與A相隔離變壓器Tl的第二端子相連；電網并網點B相出線與B相隔離變壓器T2的第一端子相連，風機B相進線與B相隔離變壓器T2的第二端子相連；電網并網點C相出線與C相隔離變壓器T3的第一端子相連，風機B相進線與C相隔離變壓器T3的第二端子相連；
[0041]預充電回路的第一端子與直流母線正相連，預充電回路的第二端子與直流母線負相連。
[0042]本實施例工作過程如下:
[0043]在風機處于未接入電網狀態，將單相可控串聯補償裝置安裝在風機與風機并網點之間。第一至第三旁路開關S1、S2、S3處于閉合狀態，單相可控串聯補償裝置的預充電電路將三相四線橋式電路直流電容充到一定電壓，電壓值為串聯補償裝置可補償電網跌落電壓交流峰峰值，(當隔離變壓器T1、T2、T3 —次側二次側變比為1:1時)，預充電電路可由變壓器Τ，整流橋Q構成，具體見圖2。三相四線橋式電路的開關器件，放電電路的開關器件均處于閉鎖狀態，此時為裝置就緒狀態。
[0044]裝置就緒后，風機接入電網，在系統無故障，風機并網點電壓正常時，三個旁路開關器件S1、S2、S3保持閉合，串聯補償裝置處于被旁路狀態，即風機向系統發出的電流經過三個開關器件直接進入電網，沒有流經串聯補償裝置。三相四線橋式電路直流電容電壓仍保持原預充電電壓值。三相四線橋式電路開關器件、放電電路的開關器件保持閉鎖狀態。
[0045]當系統發生短路故障，造成風機并網點電壓跌落，單相可控串聯補償裝置通過對風機并網點電壓檢測，得到跌落信息，三個旁路開關S1、S2、S3斷開，同時投入三相四線橋式電路，補償風機并網點電壓，使風機側端電壓保持不變。
[0046]由于此裝置為的單相可控串聯補償，在電壓跌落時，可對每一相進行對立補償，以A相為例說明補償策略，實際應用中，單相可控串聯補償裝置需用以風機端電壓為閉環控制目標，更好的保證風機端電壓不變。為了簡化分析過程，現通過開環控制說明補償工作原理，系統無故障時，風機并網點電壓為1.0 (pu)見圖3，系統發生短路故障后，并網點電壓降為0.3pu見圖4，按照電壓開環控制策略，單相可控串聯補償裝置應輸出電壓為0.7pu,相位與并網點電壓一致見圖5，即可使風機端口電壓仍為l.0pu。三相四線A相橋臂兩個開關器件Ml、M4按照0.7pu的參考電壓，通過PWM調制的方式輸出電壓，經過濾波回路后，電壓通過變壓器耦合到風機并網點與風機端口之間。
[0047]在裝置補償電壓期間，風機仍保持原工作狀態，假定風機發出電流的為純有功電流，當補償裝置補償電壓時，風機會向補償裝置注入有功功率，注入有功功率的大小與風機發出有功電流大小，風機并網點電壓跌落深度，裝置產生的補償電壓大小有關。當有功功率注入串聯補償裝置，直接造成的影響為裝置直流電容電壓上升，不同的補償時刻，直流電容Cl、C2電壓均可上升，為了穩定直流側電壓，放電電路會直接檢測直流電容Cl、C2兩端電壓，當其電壓超過某一閾值后，對應的放電電路開關器件開通，將電容電荷泄放，使電容電壓降低，當電容電壓降到另一閾值后，放電電路開關器件恢復阻斷狀態。
[0048]當系統故障恢復后，三相四線橋式電路開關器件閉鎖，旁路開關S1、S2、S3閉合導通，裝置恢復到就緒狀態。
[0049]本【技術領域】中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明的目的，而并非用作對本發明的限定，只要在本發明的實質范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明的權利要求的范圍內。
【權利要求】
1.一種應用于風機低電壓穿越的單相可控串聯補償裝置，其特征在于: 包含一個三相四線橋式電路、兩組放電電路、一個預充電回路、三組濾波電路、三個單相隔離變壓器以及三個旁路開關； 所述三相四線橋式電路的輸出端分別連接三組濾波回路，所述三組濾波回路中的A相輸出端、B相輸出端以及C相輸出端分別并聯在A相隔離變壓器、B相隔離變壓器以及C相隔離變壓器的二次側；所述A相隔離單相變壓器、B相隔離變壓器以及C相隔離變壓器的一次側分別串聯在三相風機并網點與風機之間，且分別與相對應的旁路開關并聯； 所述兩組放電電路以及預充電回路分別通過正、負極直流母線并聯在三相四線橋式電路的輸入端。
2.根據權利要求1所述的單相可控串聯補償裝置，其特征在于: 所述三相四線橋式電路包括第一絕緣柵型場效應管、第二絕緣柵型場效應管、第三絕緣柵型場效應管、第四絕緣柵型場效應管、第五絕緣柵型場效應管、第六絕緣柵型場效應管、第一電容以及第二電容， 所述第一絕緣柵型場效應管的漏極、第二絕緣柵型場效應管的漏極、第三絕緣柵型場效應管的漏極以及第一電容的第一端子均與正極直流母線相連； 所述第四絕緣柵型場效應管的源極、第五絕緣柵型場效應管的源極、第六絕緣柵型場效應管的源極以及第二電容的第二端子均與負極直流母線相連； 所述第一絕緣柵型場效應管的源極與第四絕緣柵型場效應管的漏極相連并作為A相輸出端； 所述第二絕緣柵型場效應管的 源極與第五絕緣柵型場效應管的漏極相連并作為B相輸出端； 所述第三絕緣柵型場效應管的源極與第六絕緣柵型場效應管的漏極相連并作為C相輸出端； 所述第一電容的第二端子與第二電容的第一端子相連為直流母線中點。
3.根據權利要求1所述的單相可控串聯補償裝置，其特征在于: 所述兩組放電電路包括由第七絕緣柵型場效應管以及第一電阻組成的第一組放電電路以及由第八絕緣柵型場效應管以及第二電阻組成的第二組放電電路， 所述第七絕緣柵型場效應管的漏極與正極直流母線連接，第七絕緣柵型場效應管的源極與第一電阻的第一端子相連，第一電阻的第二端子與直流母線中點相連； 所述第八絕緣柵型場效應管的漏極與直流母線中點相連，第八絕緣柵型場效應管的源極與第二電阻的第一端子相連，第二電阻的第二端子與負極直流母線相連。
4.根據權利要求1所述的單相可控串聯補償裝置，其特征在于: 所述三組濾波回路包括， 第一組濾波回路，包括第一電感以及第三電容，所述第一電感的一端與所述A相輸出端相連，第一電感的另一端通過第三電容與直流母線中點相連；所述第三電容的兩端分別與所述A相隔離變壓器的二次側的兩端相連； 第二組濾波回路，包含第二電感以及第四電容，所述第二電感的一端與所述B相輸出端相連，第二電感的另一端通過第四電容與直流母線中點相連；所述第四電容的兩端分別與所述B相隔離變壓器的二次側的兩端相連；第三組濾波回路，包含第三電感以及第五電容，所述第三電感的一端與所述C相輸出端相連，第三電感的另一端通過第五電容與直流母線中點相連。所述第五電容的兩端分別與所述C相隔離變壓器的二次側的兩端相連。
5.根據權利要求1所述的單相可控串聯補償裝置，其特征在于: 所述預充電回路包括變壓器 以及與變壓器相連的整流橋。
【文檔編號】H02J3/38GK103683327SQ201310659519
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月8日 優先權日:2013年12月8日
【發明者】王天宇, 李巖, 胡磊磊, 王聰, 李錦 , 沈斐, 陳遠華 申請人:思源清能電氣電子有限公司, 思源電氣股份有限公司