雙饋型風電變頻器的製作方法
2023-05-30 07:34:46 1
專利名稱：雙饋型風電變頻器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及變頻器，具體為一種雙饋型風電變頻器。
背景技術：
在經濟快速發展的今天，能源枯竭問題已是人類面臨的一個重大問題，開發和利 用可再生能源對於人類生存環境的改善意義重大，可再生能源包括太陽能、風能和生物質 能等，其中的風能是最具大規模開發利用前景的可再生無汙染的新能源。對於現行國家電網和各風場的要求，變頻器必須有低壓穿越功能方可掛機運行。 所謂低壓穿越功能就是要求在外部電網故障下，風力發電機具有不間斷運行能力，比如在 電壓驟降的擾動下，發電機不能從電網上解列，以免引發更大的後續擾動和更嚴重的故障。目前，市場上雙饋型風電變頻器主要以1.5麗功率等級為主流，但風力發電的方 向是增加風場在風力資源高峰期的發電量，降低風電機組的實際運行成本，提高機組發電 效率，為了滿足這種需求，現在更大功率的3MW電機已應運而生。但是3MW的變頻器還不具 備低壓穿越功能。
發明內容本實用新型解決大功率雙饋型風電變頻器不具備低壓穿越功能的問題，提供一種 具有低壓穿越功能的雙饋型風電變頻器。本實用新型是採用如下技術方案實現的雙饋型風電變頻器，包括濾波電路U1、 含有IGBT的整流電路U2和逆變電路U3以及對整流電路和逆變電路實施控制的控制單元 U4，逆變電路U3的交流輸出端連接有由二極體構成的整流電路TO，由二極體構成的整流電 路U5的直流輸出迴路連接有晶閘管Tl和四個分別由電阻R2-R4、IGBT T2-T4串接而成的 並聯支路；控制單元U4的信號採集輸入端與含有IGBT的整流電路U2的直流輸出端(直流 母線)相連，控制單元U4的控制信號輸出端分別與晶閘管Tl和各並聯支路中的IGBT T2-T4 的觸發控制端相連。工作時，交流690V電網電壓經過濾波電路Ul後，進入整流電路U2和 逆變電路U3，實現交一直一交轉換，然後向發電機轉子供400V左右的交流電壓。當電網電 壓發生故障時，如電網電壓突降時，發電機發出的功率不能及時送出，導致定子側產生很大 的故障電流。由於定、轉子之間的強耦合，故障電流立即被傳遞到轉子側；又因為電壓驟降 導致電磁轉矩變小，運行滑差增大，使饋入轉子的功率增加，進一步引起轉子迴路的過電壓 和過流。轉子能量流經逆變電路後，一部分被整流電路傳遞到電網，其餘的為直流母線電容 充電，導致母線電壓快速升高。如果不及時採取保護措施，定、轉子繞組僅靠自身電阻和漏 抗不足以抑制浪湧電流，過大的電流和電壓將導致變頻器、電機的定轉子繞組損壞。在此系 統中，控制單元U4採集到該電壓升高信號，控制晶閘管Tl導通，並控制逆變電路U3停止工 作，同時控制單元U4在相應軟體的支持下，根據電網故障的不同情況及電機轉子電流的大 小觸發相應並聯支路中的IGBT而投入不同的電阻，如在剛開始階段，電網發生嚴重對稱電 壓跌落故障後，為在不致引起直流母線電壓超過閾值的情況下，投入大值制動電阻，以抑制瞬時電壓、電流衝擊。在躲過最嚴重衝擊之後(約3-4個電網周期)，迅速減小制動電阻阻值， 以加快電磁過渡過程，使機件免受長時震蕩的危害。這樣，用制動電阻將電機轉子短路，即 短接轉子繞組，此時雙饋發電機就如同一臺鼠籠式異步發電機，當電網恢復正常時，控制單 元U4再切除制動電阻，使雙饋電機恢復正常工作。從上述的工作過程可以看出，控制單元 U4的作用是在實現對整流電路和逆變電路的常規控制外，通過對直流母線電壓的檢測，實 現適時對晶閘管、各並聯支路中的IGBT以及逆變電路的控制，來實現低壓穿越功能。實現 上述功能的控制單元的電路結構對所屬領域技術來講是容易實現的，並且可容易地有多種 電路結構變型。本實用新型所述的濾波電路為LCL濾波電路，即所述濾波電路由兩兩串接於每相 的六個電感Li、L2和三個呈三角形連接的電容Cl、C2、C3構成，三個電容形成的三角形連 接的三個角部節點分別與串接於每相的兩個電感的中間節點相連；為了防止LCL濾波電路 產生諧振，本實用新型在LCL濾波電路中，三個電容形成的三角形連接的三個角部節點與 串接於每相的兩個電感的中間節點之間分別串接有阻尼電阻。本實用新型所述的雙饋型風電變頻器通過增設相應電路結構，實現了變頻器的低 壓穿越功能，填補了國內大功率雙饋風電變頻器無低壓穿越功能的空白，提高了風電機組 的運行效率和可靠性，同時增加了風場的經濟效益。本實用新型電路結構設計合理、新穎， 運行安全、可靠。
圖1為本實用新型所述的雙饋型風電變頻器的電氣原理圖。圖中TA1-TA9和TV1-TV6分別為電流和電壓傳感器，採集到的電流和電壓信號進 入控制單元；QFl為斷路器，即電機併網開關；KM1、KM2為空氣開關，用於對主電路和輔助電 路的合閘和充電控制；FU1、FU2為熔斷器，對主電路起保護作用，主要是防止主電路中電流 過大。
具體實施方式
雙饋型風電變頻器，包括濾波電路U1、含有IGBT的整流電路U2和逆變電路U3以 及對整流電路和逆變電路實施控制的控制單元U4，逆變電路U3的交流輸出端連接有由二 極管構成的整流電路U5，由二極體構成的整流電路TO的直流輸出迴路連接有晶閘管Tl和 四個分別由電阻R2-R4、IGBT T2-T4串接而成的並聯支路；控制單元U4的信號採集輸入端 與含有IGBT的整流電路U2的直流輸出端(直流母線)相連，控制單元U4的控制信號輸出 端分別與晶閘管Tl和各並聯支路中的IGBT T2-T4的觸發控制端相連。所述的濾波電路為 LCL濾波電路，即所述濾波電路由兩兩串接於每相的六個電感Li、L2和三個呈三角形連接 的電容Cl、C2、C3構成，三個電容形成的三角形連接的三個角部節點分別與串接於每相的 兩個電感的中間節點相連；為了防止LCL濾波電路產生諧振，本實用新型在LCL濾波電路 中，三個電容形成的三角形連接的三個角部節點與串接於每相的兩個電感的中間節點之間 分別串接有阻尼電阻。為改善散熱，所述的阻尼電阻由兩個相互並聯的電阻構成。具體實施時，對於電網故障時投入電阻阻值的選取不能過大也不能過小，電阻過 大雖然可以避免電機轉子繞組側瞬時產生的過電壓、過電流，但會引起直流母線超過閾值，損壞轉子側逆變器；制動電阻過小雖然可以使電機的有功無功功率、變頻器的直流母線電 壓並無大的波動，但會在電機定、轉子繞組中產生很大的瞬時電流，同時電磁轉矩震蕩幅值 很大，從而威脅定轉子繞組、電機軸承的安全。鑑於以上原因，本實用新型制動電阻採用四 級不同阻值的電阻，根據電網故障的不同情況及電機轉子電流的大小投入不同的電阻，如 在剛開始階段，電網發生嚴重對稱電壓跌落故障後，為在不致引起直流母線電壓超過閾值 的情況下，投入大值制動電阻，以抑制瞬時電壓、電流衝擊。在躲過最嚴重衝擊之後(約3-4 個電網周期)，迅速減小制動電阻阻值，以加快電磁過渡過程，使機件免受長時震蕩的危害。 本具體實施方式
中各並聯支路中的電阻R2-R4分別選取3歐姆、1. 8歐姆、0. 6歐姆、0. 3歐 姆。工作原理為當電網電壓驟降至15%，此時投入阻值為3歐姆的制動電阻，以抑制過大 的定、轉子電流，同時切除轉子側逆變器，有功功率電流指令給定為0，此後再根據電網電壓 故障情況的不同，投入不同阻值的制動電阻。當故障恢復50ms後，切除制動電阻，轉子側逆 變器重新投入工作，雙饋電機重新以額定功率運行。 為保證控制單元供電的可靠性，該變頻器還包括控制單元的供電電路，供電電路 由與電網電壓相連的變壓器Bl和與變壓器輸出端相連的UPS電源構成。690V電網電壓經 過變壓器B1變壓後，經過UPS電源給控制電路供電，以確保在電網電壓出現故障時，控制單 元仍能延時可靠工作，直至故障消除或變頻器脫網。
權利要求1.一種雙饋型風電變頻器，包括濾波電路U1、含有IGBT的整流電路U2和逆變電路U3 以及對整流電路和逆變電路實施控制的控制單元U4，其特徵在於逆變電路U3的交流輸出 端連接有由二極體構成的整流電路U5，由二極體構成的整流電路TO的直流輸出迴路連接 有晶閘管Tl和四個分別由電阻R2-R4、IGBT T2-T4串接而成的並聯支路；控制單元U4的信 號採集輸入端與含有IGBT的整流電路U2的直流輸出端相連，控制單元U4的控制信號輸出 端分別與晶閘管Tl和各並聯支路中的IGBTT2-T4的觸發控制端相連。
2.根據權利要求1所述的雙饋型風電變頻器，其特徵為濾波電路由兩兩串接於每相 的六個電感Li、L2和三個呈三角形連接的電容Cl、C2、C3構成，三個電容形成的三角形連 接的三個角部節點分別與串接於每相的兩個電感的中間節點相連，三個電容形成的三角形 連接的三個角部節點與串接於每相的兩個電感的中間節點之間分別串接有阻尼電阻。
3.根據權利要求2所述的雙饋型風電變頻器，其特徵為阻尼電阻由兩個相互並聯的 電阻構成。
4.根據權利要求1或2或3所述的雙饋型風電變頻器，其特徵為各並聯支路中的電 阻R2-R4分別選取3歐姆、1. 8歐姆、0. 6歐姆、0. 3歐姆。
5.根據權利要求1或2或3所述的雙饋型風電變頻器，其特徵為還包括控制單元的供 電電路，供電電路由與電網電壓相連的變壓器Bl和與變壓器輸出端相連的UPS電源構成。
6.根據權利要求4所述的雙饋型風電變頻器，其特徵為還包括控制單元的供電電路， 供電電路由與電網電壓相連的變壓器Bl和與變壓器輸出端相連的UPS電源構成。
專利摘要本實用新型涉及變頻器，具體為一種雙饋型風電變頻器。解決大功率雙饋型風電變頻器不具備低壓穿越功能的問題。該雙饋型風電變頻器包括濾波電路、含有IGBT的整流電路和逆變電路以及對整流電路和逆變電路實施控制的控制單元，逆變電路的交流輸出端連接有由二極體構成的整流電路，由二極體構成的整流電路的直流輸出迴路連接有晶閘管和四個分別由電阻、IGBT串接而成的並聯支路；控制單元的信號採集輸入端與含有IGBT的整流電路的直流輸出端相連，控制單元的控制信號輸出端分別與晶閘管和各並聯支路中的IGBT的觸發控制端相連。本實用新型實現了變頻器的低壓穿越功能，填補了國內雙饋風電變頻器在此功率等級上無低壓穿越功能的空白。
文檔編號H02J3/38GK201869106SQ20102063774
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月2日 優先權日2010年12月2日
發明者司軍民, 孫建平, 寇金華, 嶽文開, 張梅, 張雅琨, 李康樂, 李紅, 趙安定 申請人:永濟新時速電機電器有限責任公司