一種風電機保護系統的製作方法
2023-09-11 08:40:40
專利名稱：一種風電機保護系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及分布式風電領域，尤其涉及一種具有低電壓穿越功能的風電機保護系 統。
背景技術：
雙饋式變速恆頻風電機組已經在國內外風電領域得到廣泛應用，其發電設備為雙 饋感應發電機，當出現電網故障時，以前的保護原則是將雙饋感應發電機立即從電網中脫 網以確保機組的安全。隨著風電機組單機容量的不斷增大和風電場規模的不斷擴大，風電 機組與電網間的相互影響已日趨嚴重。人們越來越擔心，一旦電網發生故障迫使大面積風 電機組因自身保護而脫網的話，將嚴重影響電力系統的運行穩定性。因此，隨著接入電網的 雙饋感應發電機容量的不斷增加，電網對其要求越來越高，通常情況下要求發電機組在電 網故障出現電壓跌落的情況下不脫網運行，並在故障切除後能儘快幫助電力系統恢復穩定 運行，也就是說，要求風電機組具有一定低電壓穿越(LowVoltage Ride-through)能力。目前MW級商用雙饋風電機組主要採用「有源Crowbar」技術實現低電壓穿越。電 網故障發生，首先系統控制器通過採樣電路對系統狀態採樣，檢測到故障發生，再對檢測得 到的信號進行處理之後，發出Crowbar裝置的動作信號，Crowbar功率電路動作，通過旁路 電阻將轉子側短接，釋放故障期間的能量，衰減轉子的故障電流，保護雙饋風電機組中的勵 磁變流器。電網故障恢復後，系統控制器發出信號，切除Crowbar裝置，勵磁變流器恢復正 常工作，從而實現低電壓穿越功能。現有的「有源CrowbaH消弧瀉放電路)」技術還存在以下不足①系統控制器 採樣和處理故障信號，發出動作信號均需要時間，從而導致Crowbar功率電路部分的動作 延時，不能及時動作②Crowbar功率電路部分的切除會出現系統的暫時震蕩和衝擊，存在 Crowbar再次被觸發的可能，Crowbar裝置的反覆觸發會導致整個系統崩潰。因此，如何提供一種風電機保護系統，克服上述現有技術的不足，是本領域技術人 員需要解決的技術問題。
發明內容
有鑑於此，本發明提供了一種具有低電壓穿越功能的風電機保護系統，保護風電 機的安全運行，縮短故障反應時間，實現故障電流分流。為解決上述問題，本發明提供的技術方案如下本發明提供一種風電機保護系統，所述系統包括消弧瀉放電路，與風電機的變流器相連；分流裝置，與所述消弧瀉放電路並聯； 傳感器，設置在風電機轉子側，與所述變流器相連，用於對風電機進 行採樣；
信號調理電路，用於對所述傳感器採樣的信號進行調理，調理後的信號發送硬體 觸發電路和系統控制器；
所述硬體觸發電路，接收所述信號整理電路調理後的信號，將調理後的信號與預 定的上限、下限基準值進行比較，根據比較結果直接控制所述分流裝置；所述系統控制器，接收所述信號整理電路調理後的信號，當調整後的信號超過預定的閾值時，發送觸發信號控制消弧瀉放電路瀉放故障電流。優選地，所述上限基準值小於所述閾值。優選地，所述上限、下限基準值之間的差值小於所述閾值的20%。優選地，所述消弧瀉放電路包括三相不控整流橋，以及與所述三相不控整流橋並 聯的瀉放電路；所述瀉放電路包括相互串聯的第一開關器件和第一吸收電阻。優選地，所述第一開關器件為全控半導體器件或半控半導體器件或繼電器。優選地，所述分流裝置為全控半導體器件串聯吸收電阻的結構；或，電力電子降壓 電路；或，板橋電路。優選地，所述分流裝置包括相互串聯的第五開關器件和第五吸收電阻。優選地，所述分流裝置包括相互串聯的第二開關器件、第一電感以及第二吸收電 阻；在所述第二吸收電阻兩端並聯第一電容；在所述第一電感和所述第二吸收電阻的
兩端並聯二極體。優選地，所述分流裝置包括相互串聯的第三開關器件、第二電感以及第三吸收電 阻；在所述第三吸收電阻兩端並聯第二電容；在所述第二電感和所述第三吸收電阻的 兩端並聯第四開關器件。優選地，所述第三開關器件由所述硬體觸發電路直接控制；所述第四開關器件根 據所述硬體觸發電路發送的信號取反後結果執行相應動作。優選地，所述硬體觸發電路包括邏輯比較單元、驅動脈衝發生單元、隔離與信號放 大單元。邏輯比較單元，用於將調理後的信號與預定的上限、下限基準值進行比較；當調理後的信號高於所述上限基準值，控制所述驅動脈衝發生單元產生觸發驅動 脈衝，通過所述隔離與信號放大單元處理後，觸發所述分流裝置；當調理後的信號低於下限基準值，控制所述驅動脈衝發生單元產生關斷驅動脈 衝，通過所述隔離與信號放大單元處理後，關斷所述分流裝置。通過上述方案的描述，可以看到本發明具備以下優點由於本發明實施例所述風電機保護系統，由於增加了與消弧瀉放電路並聯的分流 裝置；該分流裝置可以與消弧瀉放電路相配合，保護髮電機和勵磁變流器的安全運行；硬 件觸發電路直接控制所述分流裝置，縮短故障反應時間，分流裝置對故障電流進行分流。系 統控制器在信號調理電路調理後的信號大於預定的閾值時，發送觸發信號控制消弧瀉放電 路瀉放故障電流，消除了消弧瀉放電路反覆觸發的可能。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實 施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖 獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例所述風電機保護系統連接框圖；圖2為本發明實施例所述瀉放電路電路圖；圖3為本發明所述分流裝置第一實施例電路圖；圖4為本發明所述分流裝置第二實施例電路圖；圖5為本發明所述分流裝置第三實施例電路圖；圖6為現有技術中沒有設置Crowbar電路和分流裝置模式對應的故 障電流分布 圖；圖7為僅使用Crowbar電路模式對應的衰減故障電流分布圖；圖8為僅使用分流裝置模式的衰減故障電流示意圖；圖9為本發明實施例所述分流裝置的硬體工作驅動邏輯圖。
具體實施例方式本發明提供一種具有低電壓穿越功能的風電機保護系統，保護風電機的安全運 行，縮短故障反應時間，實現故障電流分流。參見圖1，該圖為本發明實施例所述風電機保護系統連接框圖。本發明實施例所述風電機保護系統，包括消弧瀉放電路1、分流裝置2、傳感器6、 信號調理電路7、硬體觸發電路3，以及系統控制器4。消弧瀉放電路1，與風電機的變流器5相連。變流器5為勵磁變流器。消弧瀉放電路1具體可以包括三相不控整流橋12，以及與所述三相不控整流橋12 並聯的瀉放電路11。三相不控整流橋12為三相不控二極體整流橋。分流裝置2，與所述消弧瀉放電路1並聯。傳感器6，設置在風電機轉子8 一側，與所述變流器5相連，用於對風電機進行採 樣。傳感器6對故障狀態進行採樣。信號調理電路7，用於對所述傳感器6採樣的信號進行調理，調理後的信號發送硬 件觸發電路3和系統控制器4。所述硬體觸發電路3，接收所述信號整理電路7調理後的信號，將調理後的信號與 預定的上限、下限基準值進行比較，根據比較結果直接控制所述分流裝置2。硬體觸發電路3上限、下限基準值可以通過實際調試中不斷調整，當性能達到最 優時獲得。所述硬體觸發電路3具體可以包括邏輯比較單元、驅動脈衝發生單元、隔離與信 號放大單元。邏輯比較單元，用於將調理後的信號與預定的上限、下限基準值進行比較。當調理後的信號高於所述上限基準值，控制所述驅動脈衝發生單元產生觸發驅動 脈衝，通過所述隔離與信號放大單元處理後，觸發所述分流裝置2。當調理後的信號低於下限基準值，控制所述驅動脈衝發生單元產生關斷驅動脈 衝，通過所述隔離與信號放大單元處理後，關斷所述分流裝置2。
所述系統控制器4，接收所述信號整理電路7調理後的信號，當調整後的信號超過 預定的閾值時，發送觸發信號控制消弧瀉放電路1瀉放故障電流。系統控制器4預定閾值可以在實際調試中更改，具體可以根據運行情況選擇確定
最佳值。系統控制器4收到經過信號調理電路7調理後的狀態信號，如果狀態信號超過軟 件預定的閾值，發出瀉放電路開通信號，瀉放電路瀉放故障電流。瀉放電路何時切除取決於 系統控制器4。系統控制器4負責整個變流器5的運行；無相應狀態信號輸入系統控制器4時，系 統控制器4維持整個系統的正常運行。當有相應狀態信號輸入時，系統控制器4關閉與消 弧瀉放電路1相連的變流器5內部的功率半導體器件。故障信號消除後，系統控制器4接 收到相應狀態信號，重新打開與消弧瀉放電路1相連的變流器5內部的功率半導體器件，變 流器5恢復正常工作。硬體觸發電路3預定的上限基準值小於系統控制器4預定的閾值(即Crowbar的 開通閾值)。硬體觸發電路3上限、下限基準值之間的差值小於系統控制器4預定的閾值的 20%。本發明實施例所述風電機保護系統，由於增加了與消弧瀉放電路1並聯的分流裝 置2，該分流裝置2可以與消弧瀉放電路1相配合，保護髮電機和變流器5的安全運行。硬 件觸發電路3直接控制所述分流裝置2，縮短故障反應時間，分流裝置2對故障電流進行分 流。系統控制器4在信號調理電路7調理後的信號大於預定的閾值時，發送觸發信號控制 消弧瀉放電路1瀉放故障電流，消除了消弧瀉放電路反覆觸發的可能。參見圖2，該圖為本發明實施例所述瀉放電路電路圖。本發明實施例所述瀉放電路11具體可以包括相互串聯的第一開關器件Kl和第一 吸收電阻Rl。第一開關器件Kl具體可以為全控半導體器件，或半控半導體器件，或繼電器等具 有開通、關斷能力的器件。洩放電路11的第一開關器件K1，根據系統控制器4發送的觸發信號，進行閉合或 斷開的操作。系統控制器4在信號調理電路7調理後的信號大於預定的閾值時，發送觸發信號 控制洩放電路11的第一開關器件Kl閉合，洩放能量，能量在第一吸收電阻Rl上轉變為熱
量消耗掉。系統控制器4在信號調理電路7調理後的信號小於或者等於預定的閾值時，發送 控制信號控制洩放電路11的第一開關器件Kl斷開，洩放電路11被切除，不參與工作。本發明實施例所述分流裝置2可以為全控半導體器件串聯吸收電阻的結構，也可 採用典型電力電子降壓電路，半橋電路，以及各種類似電路。參見圖3，該圖為本發明所述分流裝置第一實施例電路圖。本發明第一實施例所述分流裝置2具體可以包括相互串聯的第五開關器件K5和 第五吸收電阻R5。第五開關器件K5可以為全控半導體器件。硬體觸發電路3將信號調理電路7調理後的採樣信號與兩個基準值——上限基準值和下限基準值，進行比較。當調理後的採樣信號高於上限基準值，觸發分流裝置2的第五 開關器件K5，對故障電流進行分流。當調理後的採樣信號低於下限基準值，關斷分流裝置2 的第五開關器件K5。參見圖4，該圖為本發明所述分流裝置第二實施例電路圖。本發明第二實施例所述分流裝置包括相互串聯的第二開關器件K2、第一電感Ll 以及第二吸收電阻R2。在所述第二吸收電阻R2兩端並聯第一電容Cl ；在所述第一電感Ll和所述第二吸 收電阻R2的兩端並聯二極體D。第二開關器件K2由硬體觸發電路3直接控制。硬體觸發電路3將信號調理電路7調理後的採樣信號與兩個基準值——上限基準 值和下限基準值進行比較。當調理後的採樣信號高於上限基準值，觸發分流裝置2的第二 開關器件K2，對故障電流進行分流。當調理後的採樣信號低 於下限基準值，關斷分流裝置2 的第二開關器件K2。參見圖5，該圖為本發明所述分流裝置第三實施例電路圖。本發明第三實施例所述分流裝置包括相互串聯的第三開關器件K3、第二電感L2 以及第三吸收電阻R3。在所述第三吸收電阻R3兩端並聯第二電容C2 ；在所述第二電感L2和所述第三吸 收電阻R3的兩端並聯第四開關器件K4。所述第三開關器件K3由所述硬體觸發電路3直接控制。所述第四開關器件K4根 據所述硬體觸發電路3發送的信號取反後結果執行相應動作。即第三開關器件K3、第四開 關器件K4的驅動信號正好相反，不能同時開通或同時關斷。硬體觸發電路3將信號調理電路7調理後的採樣信號與兩個基準值——上限基準 值和下限基準值，進行比較。當調理後的採樣信號高於上限基準值，觸發分流裝置2的第三 開關器件K3關閉，對故障電流進行分流。此時，第四開關器件K4的驅動信號為斷開驅動信 號，第四開關器件K4斷開。當調理後的採樣信號低於下限基準值，關斷分流裝置2的第三開關器件K3。此時， 第四開關器件K4的驅動信號為關閉驅動信號，第四開關器件K4關閉。參見圖6，該圖為現有技術中沒有設置Crowbar電路和分流裝置模式對應的故障 電流分布圖。當風電機沒有保護電路時，即沒有設置Crowbar電路和分流裝置時，電網故障期 間，會導致轉子8側電流形成很大的故障電流。故障電流很大，且存在很大範圍的震蕩。參見圖7，該圖為僅使用Crowbar電路模式對應的衰減故障電流分布圖。當風電機單獨使用Crowbar (消弧瀉放電路)1，電網故障電流超過軟體設置的動 作閾值，系統控制器4將發出軟體觸發信號開通瀉放電路11，瀉放故障電流。當電網故障消 失，Crowbar切除時，系統會出現暫態震蕩。參見圖8，該圖為僅使用分流裝置模式的衰減故障電流示意圖。當風電機單獨使用分流裝置4，故障電流超過硬體出發電流的上限基準時，觸發分 流裝置，對故障電流進行分流，低於下限基準值，關斷分流裝置；分流裝置逐個抑制故障電 流峰值
參見圖9，該圖為本發明實施例所述分流裝置的硬體工作驅動邏輯圖。本發明實施例所述分流裝置2的切入與切除完全取決於故障電流信號與上下限 基準的比較結果。當故障電流信號高於上限，硬體觸發信號為高電平；當故障電流信號低於 下限，硬體觸發信號為低電平。由於本發明實施例所述分流裝置2由硬體觸發電路3的硬體觸發信號直接控制， 省掉了軟體處理時間，提高了故障時的反應時間。本發明實施例所述風電機保護系統，使用硬體裝置——分流裝置2，可以有效抑制 在Crowbar切除時的系統暫態震蕩和衝擊，避免出現Crowbar反覆出發。
本發明實施例所述風電機保護系統，採用分流裝置2與Crowbar相結合的方式，對 變流器5提供了雙重保護。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明 將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的範圍。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種風電機保護系統，其特徵在於，所述系統包括消弧瀉放電路(1)，與風電機的變流器(5)相連；分流裝置(2)，與所述消弧瀉放電路(1)並聯；傳感器(6)，設置在風電機轉子(8)側，與所述變流器(5)相連，用於對風電機進行採樣；信號調理電路(7)，用於對所述傳感器(6)採樣的信號進行調理，調理後的信號發送至硬體觸發電路(3)和系統控制器(4)；所述硬體觸發電路(3)，接收所述信號調理電路(7)調理後的信號，將調理後的信號與預定的上限、下限基準值進行比較，根據比較結果直接控制所述分流裝置(2)；所述系統控制器(4)，接收所述信號調理電路(7)調理後的信號，當接收信號超過預定的閾值時，發送觸發信號控制所述消弧瀉放電路(1)瀉放故障電流。
2.根據權利要求1所述的風電機保護系統，其特徵在於，所述上限基準值小於所述閾值。
3.根據權利要求1所述的風電機保護系統，其特徵在於，所述上限、下限基準值之間的 差值小於所述閾值的20%。
4.根據權利要求1所述的風電機保護系統，其特徵在於，所述消弧瀉放電路(1)包括三 相不控整流橋(12)，以及與所述三相不控整流橋(12)並聯的瀉放電路(11)；所述瀉放電路(11)包括相互串聯的第一開關器件(K1)和第一吸收電阻(R1)。
5.根據權利要求4所述的風電機保護系統，其特徵在於，所述第一開關器件(K1)為全 控半導體器件或半控半導體器件或繼電器。
6.根據權利要求1所述的風電機保護系統，其特徵在於，所述分流裝置(2)為全控半導 體器件串聯吸收電阻的結構；或電力電子降壓電路；或板橋電路。
7.根據權利要求1所述的風電機保護系統，其特徵在於，所述分流裝置(2)包括相互串 聯的第五開關器件(K5)和第五吸收電阻(R5)。
8.根據權利要求1所述的風電機保護系統，其特徵在於，所述分流裝置(2)包括相互串 聯的第二開關器件(K2)、第一電感(L1)以及第二吸收電阻(R2)；在所述第二吸收電阻(R2)兩端並聯第一電容(C1)；在所述第一電感(L1)和所述第二 吸收電阻(R2)的兩端並聯二極體(D)。
9.根據權利要求1所述的風電機保護系統，其特徵在於，所述分流裝置(2)包括相互串 聯的第三開關器件(K3)、第二電感(L2)以及第三吸收電阻(R3)；在所述第三吸收電阻(R3)兩端並聯第二電容(C2)；在所述第二電感(L2)和所述第三 吸收電阻(R3)的兩端並聯第四開關器件(K4)。
10.根據權利要求9所述的風電機保護系統，其特徵在於，所述第三開關器件(K3)由所 述硬體觸發電路(3)直接控制；所述第四開關器件(K4)根據所述硬體觸發電路(3)發送的 信號取反後結果執行相應動作。
11.根據權利要求1所述的風電機保護系統，其特徵在於，所述硬體觸發電路(3)包括 邏輯比較單元、驅動脈衝發生單元、隔離與信號放大單元。邏輯比較單元，用於將所述信號調理電路(7)調理後的信號與預定的上限、下限基準 值進行比較；當調理後的信號高於所述上限基準值，控制所述驅動脈衝發生單元產生觸發驅動脈 衝，通過所述隔離與信號放大單元處理後，觸發所述分流裝置(2)；當調理後的信號低於下限基準值，控制所述驅動脈衝發生單元產生關斷驅動脈衝，通 過所述隔離與信號放大單元處理後，關斷所述分流裝置(2)。
全文摘要
一種風電機保護系統，包括消弧瀉放電路，與風電機的變流器相連；分流裝置，與所述消弧瀉放電路並聯；傳感器，設置在風電機轉子側，與所述變流器相連，用於對風電機進行採樣；信號調理電路，用於對所述傳感器採樣的信號進行調理，調理後的信號發送硬體觸發電路和系統控制器；所述硬體觸發電路，接收所述信號整理電路調理後的信號，將調理後的信號與預定的上限、下限基準值進行比較，根據比較結果直接控制所述分流裝置；所述系統控制器，接收所述信號整理電路調理後的信號，當調整後的信號超過預定的閾值時，發送觸發信號控制消弧洩放電路洩放故障電流。
文檔編號H02H7/12GK101834429SQ20101018470
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月20日 優先權日2010年5月20日
發明者任曉峰, 廖文建, 曾贛生, 趙鳳儉 申請人:三一電氣有限責任公司