電壓跌落髮生裝置的製作方法
2023-04-27 14:47:41 1
專利名稱：電壓跌落髮生裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種電力電子設備技術領域的裝置，具體是一種電壓跌落髮生裝置。
背景技術：
隨著風力發電的迅猛發展，其在電網系統中所佔比重也越來越大，在電網系統發生電壓跌落故障時風電機組如果脫機將嚴重影響電網系統的穩定運行，現在該問題已引起業內的重視，相關標準也在著手制定中，同時風電設備廠家也在進行相應的技術改造，以解決設備的低電壓穿越問題。但在生產和現場需要對該功能進行測試和驗證時，卻因不好模擬系統電壓跌落而變的非常困難。現有的一些產生電壓跌落的設備基本都是採用電抗分壓的方式製造跌落，但該方式跌落深度等跌落參數不易修改，且會在系統側產生很大的短路電流，對變壓器等電氣設備產生衝擊，甚至損壞。現有技術中採用電力電子器件產生電壓跌落的方式主要有交直交變換形式的，即先通過整流將系統交流整為直流，再通過逆變器將直流逆變為大小可變的交流電壓給負載供電，其原理如圖1所示。該種方式實際上是將由整流器和逆變器組成的電壓跌落髮生器作為交流電壓源使用，這首先要求整個裝置的容量必須大於負載的總容量；其次因為負載為風機，這要求整流器能夠向電網系統輸送能量，即整流器需為全控整流；再者，在測試過程中即使不跌落，整流器和逆變器也需處於解鎖運行狀態，如果是在現場測試，則當電壓跌落髮生裝置故障時風機也將無法運行。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種電壓跌落髮生裝置，採用全控電力電子器件IGBT組成的單相逆變器，可按設定參數精確的輸出跌落電壓，克服現有技術的不足之處，使風電設備低電壓穿越的測試和檢驗更為方便。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括整流單元、逆變單元、旁路單元、 濾波單元和控制單元，其中整流單元與逆變單元的直流側相連並為其提供跌落時所需的能量，逆變單元和濾波單元依次串接於電網系統和負載之間以生成跌落電壓，旁路單元並接於逆變單元兩端，濾波單元串接於逆變單元的單相逆變橋輸出兩端以濾除逆變單元的開關頻率，控制單元分別與整流單元、逆變單元、旁路單元相連接並輸出控制指令以控制整個裝置的運行。所述的整流單元包括緩啟動電路、整流變壓器和三相整流橋，其中緩啟動電路的一端與電網系統相連接，另一端與整流變壓器的原邊相連接，整流變壓器的副邊與三相整流橋的輸入端相連，整流橋的輸出端與逆變單元的直流電容兩端相連。所述的緩啟動電路包括旁路接觸器和與之相併接的緩啟動電阻。所述的逆變單元包括單相逆變橋和直流電容，其中單相逆變橋由四個IGBT(絕緣柵雙極型電晶體)及其驅動二極體組成，單相逆變橋的上、下橋臂兩端與用於濾除直流波紋的直流電容並接，IGBT接收控制單元下發的脈衝信號動作。所述的旁路單元包括旁路斷路器和隔離開關，其中旁路斷路器的一端與電網系統相連接，另一端與所述負載相連接，隔離開關由輸入隔離開關和輸出隔離開關組成，輸入隔離開關設置於電網系統和濾波單元的輸出端之間，輸出隔離開關設置於負載和濾波單元的輸出端之間；當所述電壓跌落髮生裝置待機時，旁路斷路器閉合，兩隔離開關閉合；停機時，旁路斷路器閉合，兩隔離開關斷開。所述的濾波單元包括連接電抗、濾波電容和濾波電阻，其中兩個連接電抗的一端分別與逆變單元的單相逆變橋的兩個輸出端相連，另一端分別與輸入隔離開關和輸出隔離開關相連，濾波電容和濾波電阻相串聯並與輸入隔離開關和輸出隔離開關相連。所述的控制單元包括信號採集單元、控制計算單元、脈衝生成單元、故障保護單元和通信單元，其中信號採集單元分別採集電網系統電壓信號、逆變器輸出電壓信號和逆變器輸出電流信號並分別輸出至故障保護單元和控制計算單元，控制計算單元部分計算出運行參數並輸出至脈衝生成單元，脈衝生成單元部分根據運行參數生成IGBT脈衝信號並輸出至逆變單元以控制IGBT動作，故障保護單元根據採集的信號判斷本裝置是否有故障發生並輸出保護動作指令，通信單元與遠方的控制後臺相連以更新運行參數。本裝置可以分別設定三相的跌落深度和時間，另外還可根據A相的相位設定跌落相位，而裝置輸出採用閉環控制的方式，控制器實時採集逆變器輸出的電壓和濾波迴路電流，同時根據設定的跌落參數，經過控制運算後生成相應輸出參考值和PWM脈衝，使逆變器按設定參數精確的輸出跌落電壓。
圖1為交直交變換形式的VSG原理圖。圖2為本發明結構示意圖。圖3為實施例結構示意圖。圖4為整流單元示意圖。圖5為控制單元示意圖。圖6為實施例跌落一次的完整波形示意圖。圖7為實施例跌落一次的起始波形示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。如圖2所示，本實施例包括整流單元1、逆變單元2、旁路單元3、濾波單元4和控制單元5，其中整流單元1與逆變單元2的直流側相連並為其提供跌落時所需的能量，逆變單元2和濾波單元4依次串接於電網系統6和負載7之間以生成跌落電壓，旁路單元3 並接於逆變單元2兩端，濾波單元4串接於逆變單元2的單相逆變橋13的輸出兩端以濾除逆變單元2的開關頻率，控制單元5分別與整流單元1、逆變單元2、旁路單元3相連接從而實現對整個裝置的控制。
如圖4所示，所述的整流單元1包括緩啟動電路)(Z、整流變壓器T和三相整流橋 Q，其中緩啟動電路XZ的一端與電網系統6相連接，另一端與整流變壓器T的原邊相連接， 整流變壓器T的副邊與三相整流橋Q的輸入端相連，三相整流橋Q的輸出端與逆變單元2 的直流電容兩端相連。圖4中整流變壓器副邊為三繞組，圖中所示僅為一個繞組的接線組成，另兩繞組的接線與其完全相同。所述的緩啟動電路8包括旁路接觸器Jl和與之相併接的緩啟動電阻Ra Re。所述的逆變單元2包括直流電容、IGBT及其驅動，其中四個IGBT組成單相逆變橋，單相逆變橋的上下橋臂兩端並接以濾除直流紋波的直流電容，IGBT接收控制單元下發的脈衝信號動作。如圖3所示，所述的旁路單元3包括旁路斷路器QFl和隔離開關QS1、QS2，其中 旁路斷路器QFl的一端與電網系統6相連接，另一端與所述負載7相連接，隔離開關由輸入隔離開關QSl和輸出隔離開關QS2組成，輸入隔離開關QSl設置於電網系統6和濾波單元 4的輸出端之間，輸出隔離開關QS2設置於負載7和濾波單元4的輸出端之間；當所述電壓跌落髮生本裝置待機時，旁路斷路器QFl閉合，兩隔離開關QS1、QS2閉合；停機時，旁路斷路器QFl閉合，兩隔離開關QS1、QS2斷開。如圖4所示，所述的濾波單元4包括連接電抗L、濾波電容C和濾波電阻R，其中 連接電抗L的一端接逆變單元2的輸出，另一端分別與輸入隔離開關QSl和輸出隔離開關 QS2相連，濾波電容C和濾波電阻R相串聯並與輸入隔離開關QSl和輸出隔離開關QS2相連。如圖5所示，所述的控制單元5包括所述的控制單元包括信號採集單元、控制計算單元、脈衝生成單元、故障保護單元和通信單元，其中信號採集單元分別採集電網系統電壓信號、逆變器輸出電壓信號和逆變器輸出電流信號並分別輸出至故障保護單元和控制計算單元，控制計算單元部分計算出運行參數並輸出至脈衝生成單元，脈衝生成單元部分根據運行參數生成IGBT脈衝信號並輸出至逆變單元以控制IGBT動作，故障保護單元根據採集的信號判斷本裝置是否有故障發生並輸出保護動作指令，通信單元與遠方的控制後臺相連以更新運行參數。本實施例中，電壓跌落本裝置設置於系統和測試風機之間，不需要產生電壓跌落時，本裝置旁路斷路器QFl閉合，即本裝置處於旁路狀態，系統直接和風機連接，電流經旁路斷路器QFl流通；本裝置運行時，逆變單元2首先處於電子旁路狀態，然後斷開旁路斷路器QF1，電流經連接電抗L和逆變器流通；在確定旁路部分斷開以後，控制器根據設定的跌落相位、每相的跌落幅度及時間控制每相逆變器的輸出。此時因為逆變器有輸出電壓，其持續運行所需的功率由整流電路提供。當電壓跌落結束時，逆變器單元重新置於電子旁路狀態，然後再閉合旁路斷路器，整個跌落過程完全結束，本裝置重新處於旁路狀態中。旁路斷路器QFl由帶儲能的電操控制，本裝置整個運行過程自動完成。同電抗分壓製造電壓跌落的方式相比，本裝置工作時對電網系統6衝擊小，且體積小安裝方便；同交直交的電壓跌落髮生本裝置相比，本裝置容量要求小，且只在實際跌落時工作，其餘時間處於旁路狀態，因此現場應用更加方便、可靠。如圖2所示，本裝置只在電壓跌落時動作，其容量滿足跌落實際所需容量即可，可以小於負載7的容量；而交直交方式的電壓跌落本裝置則除了在電壓跌落時刻，還需在之前和之後的整個過程中處於持續動作運行狀態，這樣首先要求其容量不小於負載7容量， 其次對其可靠性要求更高。 如圖5和圖6所示，為本裝置發生電壓跌落的開始時刻，從波形可以看出過渡過程比較平穩。
權利要求
1.一種電壓跌落髮生裝置，其特徵在於，包括整流單元、逆變單元、旁路單元、濾波單元和控制單元，其中整流單元與逆變單元的直流側相連並為其提供跌落時所需的能量，逆變單元和濾波單元依次串接於電網系統和負載之間以生成跌落電壓，旁路單元並接於逆變單元兩端，濾波單元串接於逆變單元的單相逆變橋輸出兩端以濾除逆變單元的開關頻率， 控制單元分別與整流單元、逆變單元、旁路單元相連接並輸出控制指令以控制整個裝置的運行；所述的逆變單元包括單相逆變橋、直流電容，其中單相逆變橋由四個IGBT及其驅動二極體組成，單相逆變橋的上、下橋臂兩端與用於濾除直流紋波的直流電容相併接，IGBT接收控制單元下發的脈衝信號動作。
2.根據權利要求1所述的電壓跌落髮生裝置，其特徵是，所述的整流單元包括緩啟動電路、整流變壓器和三相整流橋，其中緩啟動電路的一端與電網系統相連接，另一端與整流變壓器的原邊相連接，整流變壓器的副邊與三相整流橋的輸入端相連，整流橋的輸出端與逆變單元的直流電容兩端相連。
3.根據權利要求2所述的電壓跌落髮生裝置，其特徵是，所述的緩啟動電路包括旁路接觸器和與之相併接的緩啟動電阻。
4.根據權利要求1所述的電壓跌落髮生裝置，其特徵是，所述的旁路單元包括旁路斷路器和隔離開關，其中旁路斷路器的一端與電網系統相連接，另一端與所述負載相連接， 隔離開關由輸入隔離開關和輸出隔離開關組成，輸入隔離開關設置於電網系統和濾波單元的輸出端之間，輸出隔離開關設置於負載和濾波單元的輸出端之間；當所述電壓跌落髮生裝置待機時，旁路斷路器閉合，兩隔離開關閉合；停機時，旁路斷路器閉合，兩隔離開關斷開。
5.根據權利要求1所述的電壓跌落髮生裝置，其特徵是，所述的濾波單元包括連接電抗、濾波電容和濾波電阻，其中兩連接電抗的一端分別逆變單元的單相逆變橋的兩個輸出端，另一端分別與輸入隔離開關和輸出隔離開關相連，濾波電容和濾波電阻相串聯並與輸入隔離開關和輸出隔離開關相連。
6.根據權利要求1所述的電壓跌落髮生裝置，其特徵是，所述的控制單元包括信號採集單元、控制計算單元、脈衝生成單元、故障保護單元和通信單元，其中信號採集單元分別採集電網系統電壓信號、逆變器輸出電壓信號和逆變器輸出電流信號並分別輸出至故障保護單元和控制計算單元，控制計算單元部分計算出運行參數並輸出至脈衝生成單元，脈衝生成單元部分根據運行參數生成IGBT脈衝信號並輸出至逆變單元以控制IGBT動作，故障保護單元根據採集的信號判斷本裝置是否有故障發生並輸出保護動作指令，通信單元與遠方的控制後臺相連以更新運行參數。
全文摘要
一種電力電子設備技術領域的電壓跌落髮生裝置，包括整流單元、逆變單元、旁路單元、濾波單元和控制單元，整流單元與逆變單元的直流側相連並為其提供跌落時所需的能量，逆變單元和濾波單元依次串接於電網系統和負載之間以生成跌落電壓，旁路單元並接於逆變單元兩端，濾波單元串接於逆變單元的單相逆變橋輸出兩端以濾除逆變單元的開關頻率，控制單元分別與整流單元、逆變單元、旁路單元相連接以控制整個裝置的運行。本發明採用全控電力電子器件IGBT組成的單相逆變器，可按設定參數精確的輸出跌落電壓，克服現有技術的不足之處，使風電設備低電壓穿越的測試和檢驗更為方便。
文檔編號H02M5/32GK102244466SQ20111019752
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月14日 優先權日2011年7月14日
發明者張秀娟, 李建國, 楊佔峰, 陳晉輝 申請人:思源清能電氣電子有限公司