時(shí)間:2013-06-04 11:42:28來(lái)源:暴國(guó)輝,孫先春,傅闖
隨著風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的擴(kuò)大與單機(jī)容量的提高,風(fēng)力發(fā)電所產(chǎn)生的電能在我國(guó)電網(wǎng)中所占的比重越來(lái)越大?;陔p饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)電系統(tǒng)具有變流器容量小、有功功率與無(wú)功功率可以單獨(dú)調(diào)節(jié)、調(diào)速范圍廣等特點(diǎn),因此在風(fēng)電場(chǎng)中被廣泛應(yīng)用[1]。
由于DFIG定子直接接入電網(wǎng),電網(wǎng)故障對(duì)其影響較大,一般常采用增加硬件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)DFIG在嚴(yán)重電網(wǎng)故障下LVRT運(yùn)行。在這些技術(shù)中,轉(zhuǎn)子側(cè)并聯(lián)Crowbar旁路電阻技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用[2]。
LVRT簡(jiǎn)介
低電壓穿越LVRT,指在風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候,風(fēng)機(jī)能夠保持并網(wǎng),甚至向電網(wǎng)提供一定的無(wú)功功率支持電網(wǎng)恢復(fù),直到電網(wǎng)恢復(fù)正常,從而“穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間(區(qū)域)[3]。圖1為我國(guó)《大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越的要求。
電壓跌落前,風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)維持在額定水平,0s電網(wǎng)發(fā)生短路故障引起電壓跌落,當(dāng)電壓不低于額定電壓的15%時(shí),在625ms時(shí)間范圍內(nèi),風(fēng)電場(chǎng)必須保持并網(wǎng)運(yùn)行;另外風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓在電網(wǎng)故障3s內(nèi)能夠始終高于圖中電壓輪廓線以上,并在3s后恢復(fù)至額定電壓的90%以上,此過(guò)程中風(fēng)電場(chǎng)必須保持并網(wǎng)運(yùn)行。
圖1風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)
Fig.1Thelowvoltageride-throughstandardofwindpowerfarm
2.電壓跌落對(duì)風(fēng)機(jī)的影響
目前市場(chǎng)上風(fēng)機(jī)類型可概括為三類,即直接并網(wǎng)的恒速異步機(jī)FSIG、直驅(qū)式永磁同步風(fēng)機(jī)PMSG和雙饋異步式風(fēng)機(jī)DFIG。其中FSIG與PMSG
在兆瓦級(jí)風(fēng)電中所占的份額相對(duì)較少,并且它們的LVRT控制相對(duì)簡(jiǎn)單。而DFIG所占的份額相對(duì)
較多,LVRT控制復(fù)雜,對(duì)電網(wǎng)的影響大,所以對(duì)雙饋異步式風(fēng)機(jī)的LVRT研究是目前風(fēng)力發(fā)電的一個(gè)重點(diǎn)。
圖2三種主流的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
Fig.2Threemaintrendsofwindpowergenerationsystem
電網(wǎng)電壓跌落瞬間,雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子磁鏈不能跟隨定子端電壓突變,從而產(chǎn)生直流分量,由于積分量的減小,定子磁鏈幾乎不發(fā)生變化,而轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn),會(huì)產(chǎn)生較大的滑差,這樣便會(huì)引起轉(zhuǎn)子繞組的過(guò)流、過(guò)壓。過(guò)流會(huì)損壞轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變流器,而過(guò)壓會(huì)使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組絕緣擊穿,嚴(yán)重危害風(fēng)機(jī)本身及其控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行。然而,一般情況下若電網(wǎng)出現(xiàn)故障,風(fēng)機(jī)就實(shí)施被動(dòng)式自我保護(hù)而立即脫網(wǎng),并不考慮故障的持續(xù)時(shí)間和嚴(yán)重程度,這樣能最大限度保障風(fēng)機(jī)的安全,在風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)穿透率(即風(fēng)力發(fā)電占電網(wǎng)的比重)較低時(shí)是可以接受的。但是當(dāng)風(fēng)電在電網(wǎng)中占有較大比重時(shí),若風(fēng)機(jī)在電壓跌落時(shí)仍采取被動(dòng)保護(hù)式脫網(wǎng),則會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù)難度,甚至可能加劇故障,最終導(dǎo)致系統(tǒng)其它機(jī)組全部脫網(wǎng),因此必須采取有效的LVRT措施,以維護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定[4]。
3.LVRT的解決辦法
為保證電網(wǎng)故障時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁變流器能安全不脫網(wǎng)運(yùn)行,適應(yīng)新電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)則
的要求,國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)電網(wǎng)故障時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的保護(hù)原理與控制策略進(jìn)行了大量
研究。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,當(dāng)前的低電壓穿越技術(shù)一般有三種方案:一種是轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù),二種是引入新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),三是采用合理的勵(lì)磁控制算法。而轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù),目的在于當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)電壓跌落時(shí),立刻投入轉(zhuǎn)子回路旁路保護(hù)裝置,為轉(zhuǎn)子側(cè)電路提供旁路,達(dá)到限制通過(guò)勵(lì)磁變流器的電流和轉(zhuǎn)子繞組過(guò)電壓的作用,以此來(lái)維持雙饋電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行。
目前典型的Crowbar電路如圖3所示[4]
(a)混合橋型Crowbar電路,每個(gè)橋臂由GTO和二極管串聯(lián)而成。當(dāng)系統(tǒng)正常時(shí),Crowbar電路不工作,當(dāng)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓、過(guò)電流時(shí),開(kāi)通整流側(cè)GTO,使轉(zhuǎn)子旁路過(guò)電壓、過(guò)電流時(shí),開(kāi)通整流側(cè)GTO,使轉(zhuǎn)子旁路形成回路,分散轉(zhuǎn)子的過(guò)電流,從而起到保護(hù)作用,控制上要進(jìn)行3個(gè)GTO的控制。
(b)IGBT型Crowbar電路,各橋臂由2個(gè)二極管串聯(lián),直流側(cè)串入一個(gè)IGBT器件和一個(gè)吸收電阻。當(dāng)轉(zhuǎn)子過(guò)流時(shí),通過(guò)檢測(cè)信號(hào)給予IGBT的導(dǎo)通信號(hào),從而通過(guò)直流端的電阻釋放能量,起到泄流保護(hù)作用。
(c)旁路電阻型Crowbar電路,出現(xiàn)電網(wǎng)電壓跌落時(shí),通過(guò)功率開(kāi)關(guān)器件將旁路電阻連接到轉(zhuǎn)子回路,為電網(wǎng)故障期間所產(chǎn)生的大電流提供了一個(gè)旁路,從而達(dá)到限制大電流、保護(hù)勵(lì)磁變流器的作用。
圖3典型Crowbar電路
Fig.3ThetypicalCrowbarcircuit
4.新型Crowbar電阻器
為適應(yīng)低電壓穿越更高的要求,上海鷹峰電子科技有限公司自主研發(fā)了新型Crowbar電阻器。
如圖4所示
圖4鋼板切割式Crowbar電阻器
Fig.4SteelplatecuttingtypeCrowbarresistor
此Crowbar電阻器的主要特點(diǎn)是抗電流沖擊能力強(qiáng)。以1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例,電流沖擊標(biāo)準(zhǔn)如表1所示:
表11.5MW電流沖擊標(biāo)準(zhǔn)
沖擊 能量 |
沖擊頻率 |
沖擊 次數(shù) |
使用 壽命 |
200J |
1次/秒 |
|
|
220KJ |
1次/30分鐘 |
350000次 |
20年 |
640KJ |
1次/星期 |
1000次 |
20年 |
1360KJ |
1次/月 |
250次 |
20年 |
Tab.1Thecurrentimpulsestandardof1.5MW
圖5為Crowbar電阻能量沖擊波形圖,能量500KJ阻值2.5Ω沖擊時(shí)間0.984s。
圖5Crowbar電阻能量沖擊波形圖
Fig.5Crowbarresistorenergyimpulsewaveformcurve
由圖5可知,接入Crowbar電阻器后電流峰值由7KA衰減到4.5KA。
圖6為Ansysworkbench對(duì)Crowbar電阻器進(jìn)行的電流仿真計(jì)算。
圖6電流仿真圖
Fig.6Currentsimulationgraph
電流的趨膚效應(yīng),在拐點(diǎn)處電流密度很高。
圖7為Ansysworkbench對(duì)Crowbar電阻器進(jìn)行的溫度仿真計(jì)算。
圖7溫度仿真圖
Fig.7Temperaturesimulationgraph
電阻片的溫度最高可達(dá)7200C。
圖8為Ansysworkbench對(duì)Crowbar電阻器進(jìn)行的溫度場(chǎng)-電場(chǎng)聯(lián)合仿真計(jì)算。
圖8溫度-電場(chǎng)耦合仿真圖
Fig.8Temperature-currentcouplingsimulationgraph
5.試驗(yàn)
能量沖擊試驗(yàn)圖如圖9所示
圖9能量沖擊試驗(yàn)測(cè)試圖
Fig.9Energyimpulsetestgraph
其中CH01電阻片上部CH02電阻片底部CH03殼體上部?jī)?nèi)側(cè)CH04殼體下部外側(cè)。
電阻器阻值為0.75Ω,沖擊能量為2000KJ。沖擊時(shí)間1s,間隔10s再?zèng)_擊一次。
圖10第一次沖擊電壓電流波形
Fig.10Thefirstimpulsevoltagecurrentwaveform
初始電壓U=1.27KV,初始電流I=1.69KA,沖擊時(shí)間T=1.04s。經(jīng)過(guò)沖擊后電流變?yōu)?.2KA。
圖11為間隔10s再次沖擊的電流波形
圖11第二次沖擊電壓電流波形
Fig.11Thesecondimpulsevoltagecurrentwaveform
初始電壓U=1.27KV,I=1.27KA,經(jīng)過(guò)1.04s的沖擊后,電流變?yōu)?KA。
沖擊時(shí),采用無(wú)紙記錄儀記錄的溫度情況,溫度曲線如下:
圖12各通道溫度曲線
Fig.12Eachchanneltemperaturecurve
各通道溫度情況如表2所示:
表2各通道溫度情況表
Tab.2Temperaturetableofeachchannel
通 道 |
開(kāi)始 溫度 (0C) |
最 高 溫 度 (0C) |
通 道 |
開(kāi) 始 溫 度 (0C) |
最 高 溫 度 (0C) |
CH01 |
15.2 |
178.3 |
CH03 |
14.1 |
127.7 |
CH02 |
14.0 |
52.3 |
CH04 |
14.3 |
79.2 |
按測(cè)試需求承受相應(yīng)的能量沖擊后,其各項(xiàng)電氣性能均正常。
實(shí)物圖如圖13所示
圖13新型Crowbar電阻器實(shí)物圖
Fig.13ThephysicalmapofnewCrowbarresistor
6.結(jié)論
采用Crowbar保護(hù)電路可以極大地提高雙饋式風(fēng)電系統(tǒng)的低電壓穿越能力,使其具有更好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和應(yīng)用前景。本文介紹了低電壓穿越及電壓跌落對(duì)風(fēng)機(jī)的影響,同時(shí)對(duì)幾種Crowbar電路進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上對(duì)上海鷹峰電子科技有限公司研制的新型Crowbar電阻器進(jìn)行了仿真和試驗(yàn)。結(jié)果表明,此種電阻器具有較強(qiáng)的抗電流沖擊能力,能很好的滿足低電壓穿越對(duì)Crowbar電阻的要求。
參考文獻(xiàn)
[1]MullerS,DeickeM,DeDonckerRW.Doublyfedinductiongeneratorsystemforwindturbines[J].IndustryApplicationsMagazine,2002,8(3):26-33.
[2]張興,張龍?jiān)?,余勇?風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越技術(shù)綜述[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2008,4(20).2
[3]李學(xué)林,趙棟利,李亞西等.適用于變速恒頻雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的Crowbar對(duì)比分析[J].可再生能源.2006.5(129)
[4]劉鵬飛,胡佑群,刑云龍等.應(yīng)用于低電壓穿越下Crowbar保護(hù)電路的分析[J].電氣制造.2011.11
標(biāo)簽:
中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明[來(lái)源:中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨(dú)家所有。如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個(gè)人轉(zhuǎn)載使用時(shí)須注明來(lái)源“中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。
本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來(lái)源的稿件,均來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留稿件來(lái)源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。
產(chǎn)品新聞
更多>新品發(fā)布:CD300系列總線型伺服驅(qū)動(dòng)器
2024-10-31
2024-10-31
2024-10-31
新勢(shì)能 新期待|維智B1L直線伺服驅(qū)動(dòng)器
2024-10-31
纖薄之間,化繁為簡(jiǎn)|合信全新simple系...
2024-10-29
2024-10-18
推薦專題
更多>