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^ ^ 1、 一种基于 IGBT的 H桥串联多电平电压跌落发生器, 其特征在于, 该装置为能量回 馈型四象限变流器, 可实现能量的双向流动; 其输入端与电网交流母线相连接, 输出端与被 测系统相连接; 该装置输入端由电网交流母线经过馈电开关 QF1供电, 馈电开关 QF1与馈 电开关 QF2实现互锁, 不能同时闭合; 馈电开关 QF2接于电网交流母线与装置输出端之间, 在检测系统低电压穿越能力时, 该装置将被测系统的发电能量回馈到交流母线。 2、 根据权利要求 1所述的一种基于 IGBT的 H桥串联多电平电压跌落发生器, 其特征 在于,所述的能量回馈型四象限变流器由多个低压 H桥变频功率单元串联叠加构成一相,三 相 Y连接构成。 3、 根据权利要求 1或 2所述的一种基于 IGBT的 H桥串联多电平电压跌落发生器, 其 特征在于, 所述的 H桥变频功率单元整流侧为 IGBT可控器件三相可控全桥, 经整流后给滤 波电容充电; 输出侧由逆变的四个 IGBT可控器件组成。 4、 根据权利要求 1或 2所述的一种基于 IGBT的 H桥串联多电平电压跌落发生器, 其 特征在于, 该装置还包括输入电抗器、 输入断路器、 输入移相变压器、 输出变压器、 输出断 路器、 输出电抗器, 电网交流母线与能量回馈型四象限变流器之间依次接有输入电抗器、 输 入断路器、输入移相变压器;能量回馈型四象限变流器与被测系统之间依次接有输出变压器、 输出断路器、 输出电抗器。 5、 根据权利要求 4所述的一种基于 IGBT的 H桥串联多电平电压跌落发生器, 其特征 在于, 所述的能量回馈型四象限变流器、 输出电抗器及输入电抗器、 输入移相变压器、 输出 变压器及输出断路器分别装于四个集装箱中, 为可移动式结构。 |
本发明涉及电力电子行业中基于 IGBT 的 H 桥功率单元串联多电平电压跌落发生器
背景技术
通常情况下, 当电网出现故障导致电压较大波动时, 风力发电系统便会自动脱网, 而随 着风电装机容量的增加, 这种应对电压波动的方法对电网的影响己经不 能忽略。 目前, 风力 发电占主导地位的一些国家, 如丹麦、 德国等国相继制定了新的电网运行准则, 要求风电系 统具有低电压穿越能力 LVRT(Low Voltage Ride-Through), 只有当电网电压跌落到一定程度 后才允许风力机脱网。 我国于 2009年颁布的 《风电场接入电力系统技术规定》 中规定对于 风电装机容量占其电源总容量比例大于 5 %的省 (区域)级电网, 该电网区域内运行的风力 发电机组应具有低电压穿越能力。
为了测试风力发电机组的低电压穿越能力,风 力发电机试验系统就需要能模拟电网电压 跌落的装置, 即电压跌落发生器(VSG)。 国内外现有 (VSG) 主要有阻抗形式与变压器形式, 但这两种形式电压跌落发生器 (VSG)产生的电压跌落深度和频率波动不能灵活 制控制, 并 且能量损耗较大, 不易进行潮流与无功的研究分析。 因此理想的 VSG应能设定故障类型与 电压跌落深度、 时间, 不仅能检测被测系统的低电压穿越能力, 并且可以进行潮流与无功的 研究分析。 发明内容
为解决现有技术的问题, 本发明的目的是提供一种基于 IGBT的 H桥串联多电平电压跌 落发生器 (VSG), 该装置不仅可输出满足 《风电场接入电力系统技术规定》 中规定的电网 电压跌落波形, 并且可以任意设定其它的跌落深度与时间, 装置自身损耗小, 可以进行潮流 与无功的研究分析; 并且为整体可移动式结构。
为实现上述目的, 本发明通过以下技术方案实现:
一种基于 IGBT的 H桥串联多电平电压跌落发生器,该装置为能 回馈型四象限变流器, 可实现能量的双向流动; 其输入端与电网交流母线相连接, 输出端与被测系统相连接; 该装 置输入端由电网交流母线经过馈电开关 QF1供电,馈电开关 QF1与馈电开关 QF2实现互锁, 不能同时闭合; 馈电开关 QF2接于电网交流母线与装置输出端之间, 在检测系统低电压穿 越能力时, 该装置将被测系统的发电能量回馈到交流母线 。
所述的能量回馈型四象限变流器由多个低压 H桥变频功率单元串联叠加构成一相,三相 Y连接构成。
所述的 H桥变频功率单元整流侧为 IGBT可控器件三相可控全桥,经整流后给滤波 容 充电; 输出侧由逆变的四个 IGBT可控器件组成。
该装置还包括输入电抗器、 输入断路器、 输入移相变压器、 输出变压器、 输出断路器、 输出电抗器, 电网交流母线与能量回馈型四象限变流器之间 依次接有输入电抗器、输入断路 器、 输入移相变压器; 能量回馈型四象限变流器与被测系统之间依次 接有输出变压器、 输出 断路器、 输出电抗器。
所述的能量回馈型四象限变流器、 输出电抗器及输入电抗器、 输入移相变压器、 输出变 压器及输出断路器分别装于四个集装箱中, 为可移动式结构。
该装置的输出电压由控制器输出的调制信号决 定,采用三角载波和正弦调制信号波相交 获得的 PWM波形直接控制各个 IGBT可以得到脉冲宽度和各脉冲间的占空比可 的呈正弦 变化的输出脉冲电压, 能获得理想的控制效果: 输出电流近似正弦, 各个功率单元输出的波 形串联叠加产生所需的电压波形。根据所需的 电压跌落波形设定调制波信号, 即可得到符合 检测要求的电压跌落曲线。
与现有技术相比, 本发明的新颖性和创造性体现在以下几个方面 :
1、 可以模拟各种电网故障, 如单相对地故障、 两相对地故障、 相间故障、 三相故障;
2、 跌落深度、 相位、 时间可设定, 这是传统的阻抗形式与变压器形式 VSG无法完美实 现的功能, 阻抗形式与变压器形式 VSG的电压跌落曲线不平滑, 容易出现电压与电流的尖 峰, 本发明的 VSG产生的电压跌落曲线平滑无拐点, 电压恢复快, 最低跌落深度可达 15%, 优于国家要求的 20%;
3、 频率变化可设定, 可设定偏离百分比 (_5%〜+5%), 模拟电网频率闪变。
4、 提供了足够的 VSG容量, 电压跌落到额定电压的 20%时, 风力发电系统产生的过电 流约为额定电流的 3倍以上,传统的阻抗形式 VSG容易出现因容量选择不当而损坏 VSG的 情况, 本发明的 VSG的容量选为被测风力发电系统的 4倍, 提供了足够的短路容量。
5、 提高了系统的效率, 传统的阻抗形式 VSG的能量损耗较大, 不利进行潮流与无功的 研究分析, 本发明的 VSG的整体效率在 96%以上, 利于进行潮流与无功的研究分析。
6、 提高了系统的功率因数, 电压跌落到额定电压的 20%时, 风力发电系统将失去无功 调节能力, 此时整个发电系统的功率因数很低, 对电网产生较大的影响, 本发明的 VSG可 以使电网侧的功率因数稳定在 0.95左右, 在进行低电压穿越检测时不会对电网产生冲击 。
7、 VSG 设备将风力发电机组发电能量回馈到电网母线 , 实现"背靠背 "对拖试验的微能 耗。 附图说明
图 1 是本发明装置与被测系统连接的整体系统图;
图 2是本发明装置与被测系统的具体连接结构图
图 3 是波形串联叠加原理图;
图 4 是多个变频功率单元串联叠加示意图;
图 5 是能量回馈型四象限变流器的拓扑结构图;
图 6 是 H桥变频功率单元的结构图。 具体实施方式
见图 1, 被试的风力发电系统是双馈风力发电系统与光 伏发电系统, 本装置基于 IGBT 的 H桥串联多电平电压跌落发生器 VSG也可以用于永磁直驱风力发电系统。 VSG装置由交 流母线经过馈电开关 QF1供电, QF1与 QF2实现互锁, 不能同时闭合; 在检测系统低电压 穿越能力时, VSG将被测系统的发电能量回馈到交流母线, 实现 "背靠背"对拖试验的微 能耗。
见图 2, 该装置由输入电抗器 Ll、 输入断路器 Kl、 输入移相变压器 Tl、 能量回馈型四 象限变流器 1、输出变压器 Τ2、输出断路器 Κ2、输出电抗器 L2构成, 电网交流母线与能量 回馈型四象限变流器 1之间依次接有输入电抗器 Ll、 输入断路器 Kl、 输入移相变压器 T1 ; 能量回馈型四象限变流器 1与被测系统之间依次接有输出变压器 Τ2、 输出断路器 Κ2、 输出 电抗器 L2。
所述的能量回馈型四象限变流器 1、 输出电抗器 L2及输入电抗器 Ll、 输入移相变压器
Tl、 输出变压器 Τ2及输出断路器 Κ2分别装于四个集装箱中, 为可移动式结构。 便于运输、 安装。
见图 4、 图 5, 所述的能量回馈型四象限变流器由多个低压 Η桥变频功率单元串联叠加 构成一相, 三相 Υ连接构成。 由电网送来的三相交流电经过移相变压器供给 每相 Ν个 IGBT 变频功率单元, 每相上的 Ν个功率单元输出的 PWM波相叠后, 采用 Υ形连接, 将形成线 的高质量的正弦波输出, 供给被测的风力发电系统或光伏发电系统。 见图 6, 所述的 H桥变频功率单元整流侧为 IGBT可控器件三相可控全桥, 经整流后给 滤波电容充电; 输出侧由逆变的四个 IGBT可控器件组成。
见图 3, 同一相的不同单元的调制波信号相同, 载波信号相差一个相位, 三角载波和正 弦调制信号波相交获得的 PWM波形直接控制各个 IGBT可以得到脉冲宽度和各脉冲间的占 空比可变的呈正弦变化的输出脉冲电压,各个 功率单元输出的波形串联叠加产生所需的电压 波形。 根据所需的电压跌落波形设定调制波信号, 即可得到符合检测要求的电压跌落曲线。
见图 5, H桥变频功率单元输入侧设有熔断器、 整流侧 IGBT模块、 电容器和输出侧逆 变侧 IGBT模块, 以及变频单元控制和驱动电路。 每个单元主接线有 5个端子: 其中 3个为 输入, 即 R、 S、 T, 与电抗器相连, 接受变压器次级输出三相交流电。 另 2个端子为调制后 的输出, 即 u、 V。
功率单元的整流侧为可控整流方式, 这种方式可使从发电机侧的过能量回送到电网 。变 频功率单元为基本的交-直 -交三相整流 /单相逆变电路, 整流侧为 IGBT三相全桥, 经整流后 给滤波电容充电; 输出侧由逆变的 IGBT相互串接组成, 与被测系统连接。
移相变压器的副边绕组分为多组, 二级线圈互相存在一个相位差, 根据电压等级和变频 功率单元级数, 一般由几十个脉冲系列构成多级移相叠加的整 流方式。
控制器由高速 DSP、 工控 PC、 和 PLC共同组成, 控制器与变频功率单元之间采用光纤 通讯技术, 低压部分和高压部分完全可靠隔离。
Next Patent: MEMS PRESSURE SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR