風電雙饋變流器在併網中的供電控制迴路的製作方法
2023-06-18 22:56:16
本發明屬於風力發電的技術領域，尤其是涉及一種風電雙饋變流器在併網中的供電控制迴路。
背景技術：
風能已成為當前技術最成熟、最具備規模和開發條件的可再生潔淨能源。風力發電機組是一套自動調節、無人值守的全自動化設備，在運行過程中，需要滿足國家標準中對低電壓穿越的要求，在一定時間內電壓在額定電壓20%不能脫網，故變流器的配電環節，即控制器以及主迴路開關等部分的電源需要使用在線型UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply，即不間斷電源）。
但是隨著風電領域的發展，風力發電機組容量不斷增加，其應用於雙饋變流器定子側與電網連接的併網接觸器容量隨之增大，併網接觸器合閘線圈的電流也隨之增加，從而對為其供電的在線型UPS提出了要求。如果UPS內部逆變模塊容量不足以支撐併網接觸器合閘線圈的瞬間電流，會造成在併網接觸器閉合瞬間，交流UPS電壓降低，影響後端核心控制器及其他主迴路器件控制電源電壓，對雙饋變流器正常運行造成威脅。
現在在線型UPS容量選用主要有兩種，第一種方式是根據併網接觸器合閘線圈瞬間電流的容量增加UPS容量，此種方法的弊端是在併網接觸器容量增加後，要以主迴路容量比例，甚至更大比例的方式加大UPS容量，而在長期運行過程中，其他控制迴路容量並未增加，只是用到UPS容量的30~10%甚至更低，這種方式經濟性很差，而且佔用較大的變流器結構設計空間。
第二方式是種根據UPS後端控制迴路長期使用的容量選用UPS，忽略合閘線圈瞬間電流過程，只增加控制器的直流UPS，避免電流對控制器24VDC電壓的影響，降低對其他器件的影響。此種方法的缺點在於需要增加一個直流UPS和相應電池，增加成本和故障點，佔用結構空間；另外，容量的不匹配會對UPS內部逆變模塊的半導體器件造成傷害，增加故障率，降低交流UPS使用壽命。
技術實現要素：
本發明為解決了現有的技術問題，而提供一種應用經濟、節約結構空間並解決雙饋變流器併網接觸器合閘線圈瞬間電流對UPS容量要求的風電雙饋變流器在併網中的供電控制迴路。
本發明為解決現有技術中存在的技術問題所採取的技術方案是：
本發明的風電雙饋變流器在併網中的供電控制迴路，包括交流電源、直流電源、UPS、併網接觸器、中間繼電器與監控繼電器，所述的交流電源與UPS連通，UPS通過中間繼電器連接併網接觸器，所述的直流電源也連接併網接觸器，直流電源與併網接觸器間連接有監控繼電器，所述的UPS包括輸入端和輸出端，所述的併網接觸器包括第一線圈電源端、第二線圈電源端以及吸合信號端、分斷信號端與公共觸點端，且併網接觸器設置在雙饋變流器定子側並與電網相連。
所述的中間繼電器具有兩組觸點，中間繼電器的第一公共動觸點和第二公共動觸點分別與併網接觸器的第一線圈電源端和第二線圈電源端連接，中間繼電器的第一常閉靜觸點和第二常閉靜觸點分別連接在UPS的輸出端L端和輸出端N端上，中間繼電器的第一常開靜觸點和第二常開靜觸點分別連接在UPS的輸入端L端和輸入端N端上，並與交流電源的L端和N端相連。
所述的中間繼電器採用魏德米勒的RPW系列中間繼電器。
所述的監控繼電器的兩端分別與24V直流電源端和0V直流電源端相連，監控繼電器一端還連接併網接觸器的吸合信號端和分斷信號端，監控繼電器另一端還連接併網接觸器的公共觸點端。
所述的併網接觸器的吸合信號端連接中間繼電器常開開關的一端，常開開關的另一端連接24V直流電源端，併網接觸器的分斷信號端連接中間繼電器常閉開關的一端，中間繼電器常閉開關的另一端連接監控繼電器常閉開關的一端，監控繼電器常閉開關的另一端連接24V直流電源端，併網接觸器的公共觸點端接入0V直流電源端。
所述的中間繼電器常開開關的一端與中間繼電器的第一常開靜觸點連接，另一端連接中間繼電器的第一公共動觸點；所述的中間繼電器常閉開關的一端和監控繼電器常閉開關的一端均與中間繼電器的第一常閉靜觸點連接，中間繼電器常閉開關的另一端和監控繼電器常閉開關的另一端均連接中間繼電器的第一公共動觸點。
所述的中間繼電器的常開開關和中間繼電器的常閉開關由變流器控制器連接控制。
所述的監控繼電器的常閉開關由併網接觸器控制器連接控制。
所述的併網接觸器採用ABB的AF2050接觸器。
本發明具有的優點和積極效果是：
本發明的迴路結構簡單，大幅度降低了整體成本，避免增加結構空間，並且具有設置失效監控的設計等優點。在考慮併網接觸器合閘線圈瞬間電流問題的條件下，解決風電雙饋變流器對UPS容量的選擇，避免了併網接觸器合閘線圈瞬間電流對雙饋變流器正常運行造成危害，對併網接觸器合閘線圈電源的改進，完善雙饋變流器併網接觸器合閘線圈供電迴路及其控制。
附圖說明
圖1是本發明的電路示意圖。
其中：KM1：併網接觸器 K1：中間繼電器
K2：監控繼電器 S1：中間繼電器的兩組觸點
S2：監控繼電器的常閉開關 S3：中間繼電器的常開開關
S4：中間繼電器的常閉開關 A1：第一線圈電源端
A2：第二線圈電源端 1：吸合信號端
2：分斷信號端 3：公共觸點端
11：第一公共動觸點 21：第二公共動觸點
12：第一常閉靜觸點 22：第二常閉靜觸點
14：第一常開靜觸點 24：第二常開靜觸點。
具體實施方式
以下參照附圖及實施例對本發明進行詳細的說明。
如圖1所示，本發明的風電雙饋變流器在併網中的供電控制迴路，包括交流電源、直流電源、UPS、併網接觸器、中間繼電器與監控繼電器，所述的交流電源與UPS連通，UPS通過中間繼電器連接併網接觸器，所述的直流電源也連接併網接觸器，直流電源與併網接觸器間連接有監控繼電器，所述的UPS包括輸入端和輸出端，所述的併網接觸器包括第一線圈電源端、第二線圈電源端以及吸合信號端、分斷信號端與公共觸點端，且併網接觸器設置在雙饋變流器定子側並與電網相連。
所述的中間繼電器具有兩組觸點，中間繼電器的第一公共動觸點和第二公共動觸點分別與併網接觸器的第一線圈電源端和第二線圈電源端連接，中間繼電器的第一常閉靜觸點和第二常閉靜觸點分別連接在UPS的輸出端L端和輸出端N端上，中間繼電器的第一常開靜觸點和第二常開靜觸點分別連接在UPS的輸入端L端和輸入端N端上，並與交流電源的L端和N端相連。
所述的中間繼電器採用魏德米勒的RPW系列中間繼電器。
所述的監控繼電器的兩端分別與24V直流電源端和0V直流電源端相連，監控繼電器一端還連接併網接觸器的吸合信號端和分斷信號端，監控繼電器另一端還連接併網接觸器的公共觸點端。
所述的併網接觸器的吸合信號端連接中間繼電器常開開關的一端，常開開關的另一端連接24V直流電源端，併網接觸器的分斷信號端連接中間繼電器常閉開關的一端，中間繼電器常閉開關的另一端連接監控繼電器常閉開關的一端，監控繼電器常閉開關的另一端連接24V直流電源端，併網接觸器的公共觸點端接入0V直流電源端。
所述的中間繼電器常開開關的一端與中間繼電器的第一常開靜觸點連接，另一端連接中間繼電器的第一公共動觸點；所述的中間繼電器常閉開關的一端和監控繼電器常閉開關的一端均與中間繼電器的第一常閉靜觸點連接，中間繼電器常閉開關的另一端和監控繼電器常閉開關的另一端均連接中間繼電器的第一公共動觸點。
所述的中間繼電器的常開開關和中間繼電器的常閉開關由變流器控制器連接控制。
所述的監控繼電器的常閉開關由併網接觸器控制器連接控制。
所述的併網接觸器採用ABB的AF2050接觸器。
本發明實際具有大容量線圈的併網接觸器KM1採用ABB生產的AF2050接觸器，其中A1點和A2點為線圈電源的第一線圈電源端和第二線圈電源端，在併網接觸器內部的常閉開關與主觸頭同時動作時，在主觸頭斷開情況下，併網接觸器內部的常閉開關閉合，在接觸器線圈接通瞬間，接通的是合閘線圈，電流值較大，但在主觸頭閉合後，併網接觸器內部的常閉開關分斷，合閘線圈併入保持線圈，電流降低並保持，但足夠維持主觸頭狀態。
併網接觸器KM1主觸頭的1點為變流器控制器控制的吸合信號端，2點為變流器控制器控制的分斷信號端，無24V即可分斷併網接觸器，吸合信號端和分斷信號端同時輸入24V才可使併網接觸器吸合，3點為公共觸點端，接入0V直流電源端，而併網接觸器主觸頭的分合控制均由變流器控制器控制中間繼電器的常開開關S3和中間繼電器常閉開關S4進行實施。
本發明具有兩組觸點且大容量230V交流線圈的中間繼電器K1採用魏德米勒生產的RPW系列中間繼電器，中間繼電器兩組觸點組的第一公共動觸點11和第二公共動觸點21接於併網接觸器第一線圈電源端A1和第二線圈電源端A2上，即併網接觸器電源端的零線和火線上，中間繼電器的第一常閉靜觸點12和第二常閉靜觸點22接入UPS輸出端的L2和N2上，即UPS輸出端的零線和火線上，第一常開靜觸點14和第二常開靜觸點24接入UPS輸入端的L1和N1上，即UPS輸入端的零線和火線上，也是單相230V市電的L和N上，即市電的零線和火線上，中間繼電器線圈接入UPS輸入端的L1和N1上，即UPS輸入端的零線和火線上，也是單相230V市電的L和N上，即市電的零線和火線上。
正常狀態下，交流230V市電接通，UPS輸入端產生電壓，中間繼電器第一公共動觸點11和第二公共動觸點21分別與第一常開靜觸點14和第二常開靜觸點24接觸，此時由變流器控制器控制的併網接觸器並未得到吸合命令，故併網接觸器線圈並未接通，在風力發電機組運行至併網階段時，變流器控制器發出接觸器吸合命令，控制接觸器線圈接通，此時合閘線圈瞬間電流電流由市電提供，並未使用UPS電源。
在低電壓穿越過程中，模擬電網跌落至20%甚至更低，時間在625ms之內，市電電壓降低，中間繼電器轉換狀態，公共觸頭第一公共動觸點11和第二公共動觸點21分別與第一常閉靜觸點12和第二常閉靜觸點22接觸，由於中間繼電器動觸頭動作距離短，動作時間Toff＜10ms，動作電壓約為92V，而併網接觸器吸合和保持狀態轉換特性明確，電壓中斷10ms內觸頭無反應，開始動作電壓約在50~80V之間，故中間繼電器率先動作，並在併網接觸器觸頭無反應器件內，即未切換到合閘線圈，仍為維持線圈狀態，故電流不會急劇增加，而在短時間內，中間繼電器是線圈電源由交流230V市電轉換到UPS供電狀態，無電壓差，併網接觸器主觸頭繼續保持閉合狀態。
另外，由於變流器控制器在電壓跌落過程中仍可運行，並且併網接觸器主觸頭的分斷是由控制器發出，在併網接觸器PLC控制的分斷命令增加一個24V電源的監控繼電器K2，如果監控繼電器觸頭黏連或失效，併網接觸器在閉合過程中由UPS供電，UPS輸出電壓降低，由UPS供電的24V開關電源電壓降低，監控繼電器K2動作，監控繼電器常閉開關的觸頭組11和12分斷，使併網接觸器分斷，另一觸頭組接入變流器控制器數字量輸入點上，告知變流器控制器24V電源電壓出現問題，報警後等待維護。
本發明的迴路結構簡單，大幅度降低了整體成本，避免增加結構空間，並且具有設置失效監控的設計等優點。在考慮併網接觸器合閘線圈瞬間電流問題的條件下，解決風電雙饋變流器對UPS容量的選擇，避免了併網接觸器合閘線圈瞬間電流對雙饋變流器正常運行造成危害，對併網接觸器合閘線圈電源的改進，完善雙饋變流器併網接觸器合閘線圈供電迴路及其控制。
以上對本發明的實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用於限定本發明的實施範圍。凡依本發明申請範圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬於本發明的專利涵蓋範圍之內。