專利名稱：雙饋型風(fēng)電變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及變頻器，具體為一種雙饋型風(fēng)電變頻器。
背景技術(shù)：
在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)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(fā)和利 用可再生能源對于人類生存環(huán)境的改善意義重大，可再生能源包括太陽能、風(fēng)能和生物質(zhì) 能等，其中的風(fēng)能是最具大規(guī)模開發(fā)利用前景的可再生無污染的新能源。對于現(xiàn)行國家電網(wǎng)和各風(fēng)場的要求，變頻器必須有低壓穿越功能方可掛機(jī)運(yùn)行。 所謂低壓穿越功能就是要求在外部電網(wǎng)故障下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有不間斷運(yùn)行能力，比如在 電壓驟降的擾動下，發(fā)電機(jī)不能從電網(wǎng)上解列，以免引發(fā)更大的后續(xù)擾動和更嚴(yán)重的故障。目前，市場上雙饋型風(fēng)電變頻器主要以1.5麗功率等級為主流，但風(fēng)力發(fā)電的方 向是增加風(fēng)場在風(fēng)力資源高峰期的發(fā)電量，降低風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行成本，提高機(jī)組發(fā)電 效率，為了滿足這種需求，現(xiàn)在更大功率的3MW電機(jī)已應(yīng)運(yùn)而生。但是3MW的變頻器還不具 備低壓穿越功能。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型解決大功率雙饋型風(fēng)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(fēng)電變頻器。本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的雙饋型風(fēng)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(shí)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(gòu)成的整流電路TO，由二極管構(gòu)成的整流電 路U5的直流輸出回路連接有晶閘管Tl和四個分別由電阻R2-R4、IGBT T2-T4串接而成的 并聯(lián)支路；控制單元U4的信號采集輸入端與含有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和各并聯(lián)支路中的IGBT T2-T4 的觸發(fā)控制端相連。工作時，交流690V電網(wǎng)電壓經(jīng)過濾波電路Ul后，進(jìn)入整流電路U2和 逆變電路U3，實(shí)現(xiàn)交一直一交轉(zhuǎn)換，然后向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子供400V左右的交流電壓。當(dāng)電網(wǎng)電 壓發(fā)生故障時，如電網(wǎng)電壓突降時，發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率不能及時送出，導(dǎo)致定子側(cè)產(chǎn)生很大 的故障電流。由于定、轉(zhuǎn)子之間的強(qiáng)耦合，故障電流立即被傳遞到轉(zhuǎn)子側(cè)；又因?yàn)殡妷后E降 導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩變小，運(yùn)行滑差增大，使饋入轉(zhuǎn)子的功率增加，進(jìn)一步引起轉(zhuǎn)子回路的過電壓 和過流。轉(zhuǎn)子能量流經(jīng)逆變電路后，一部分被整流電路傳遞到電網(wǎng)，其余的為直流母線電容 充電，導(dǎo)致母線電壓快速升高。如果不及時采取保護(hù)措施，定、轉(zhuǎn)子繞組僅靠自身電阻和漏 抗不足以抑制浪涌電流，過大的電流和電壓將導(dǎo)致變頻器、電機(jī)的定轉(zhuǎn)子繞組損壞。在此系 統(tǒng)中，控制單元U4采集到該電壓升高信號，控制晶閘管Tl導(dǎo)通，并控制逆變電路U3停止工 作，同時控制單元U4在相應(yīng)軟件的支持下，根據(jù)電網(wǎng)故障的不同情況及電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的大 小觸發(fā)相應(yīng)并聯(lián)支路中的IGBT而投入不同的電阻，如在剛開始階段，電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重對稱電 壓跌落故障后，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、電流沖擊。在躲過最嚴(yán)重沖擊之后(約3-4個電網(wǎng)周期)，迅速減小制動電阻阻值， 以加快電磁過渡過程，使機(jī)件免受長時震蕩的危害。這樣，用制動電阻將電機(jī)轉(zhuǎn)子短路，即 短接轉(zhuǎn)子繞組，此時雙饋發(fā)電機(jī)就如同一臺鼠籠式異步發(fā)電機(jī)，當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)正常時，控制單 元U4再切除制動電阻，使雙饋電機(jī)恢復(fù)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(shí)現(xiàn)對整流電路和逆變電路的常規(guī)控制外，通過對直流母線電壓的檢測，實(shí) 現(xiàn)適時對晶閘管、各并聯(lián)支路中的IGBT以及逆變電路的控制，來實(shí)現(xiàn)低壓穿越功能。實(shí)現(xiàn) 上述功能的控制單元的電路結(jié)構(gòu)對所屬領(lǐng)域技術(shù)來講是容易實(shí)現(xiàn)的，并且可容易地有多種 電路結(jié)構(gòu)變型。本實(shí)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于每相 的六個電感Li、L2和三個呈三角形連接的電容Cl、C2、C3構(gòu)成，三個電容形成的三角形連 接的三個角部節(jié)點(diǎn)分別與串接于每相的兩個電感的中間節(jié)點(diǎn)相連；為了防止LCL濾波電路 產(chǎn)生諧振，本實(shí)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(jié)點(diǎn)與 串接于每相的兩個電感的中間節(jié)點(diǎn)之間分別串接有阻尼電阻。本實(shí)用新型所述的雙饋型風(fēng)電變頻器通過增設(shè)相應(yīng)電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了變頻器的低 壓穿越功能，填補(bǔ)了國內(nèi)大功率雙饋風(fēng)電變頻器無低壓穿越功能的空白，提高了風(fēng)電機(jī)組 的運(yùn)行效率和可靠性，同時增加了風(fēng)場的經(jīng)濟(jì)效益。本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、新穎， 運(yùn)行安全、可靠。

圖1為本實(shí)用新型所述的雙饋型風(fēng)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，采集到的電流和電壓信號進(jìn) 入控制單元；QFl為斷路器，即電機(jī)并網(wǎng)開關(guān)；KM1、KM2為空氣開關(guān)，用于對主電路和輔助電 路的合閘和充電控制；FU1、FU2為熔斷器，對主電路起保護(hù)作用，主要是防止主電路中電流 過大。
具體實(shí)施方式
雙饋型風(fēng)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(shí)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(gòu)成的整流電路U5，由二極管構(gòu)成的整流電路TO的直流輸出回路連接有晶閘管Tl和 四個分別由電阻R2-R4、IGBT T2-T4串接而成的并聯(lián)支路；控制單元U4的信號采集輸入端 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和各并聯(lián)支路中的IGBT T2-T4的觸發(fā)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于每相的六個電感Li、L2和三個呈三角形連接 的電容Cl、C2、C3構(gòu)成，三個電容形成的三角形連接的三個角部節(jié)點(diǎn)分別與串接于每相的 兩個電感的中間節(jié)點(diǎn)相連；為了防止LCL濾波電路產(chǎn)生諧振，本實(shí)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(jié)點(diǎn)與串接于每相的兩個電感的中間節(jié)點(diǎn)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并聯(lián)的電阻構(gòu)成。具體實(shí)施時，對于電網(wǎng)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(jī)轉(zhuǎn)子繞組側(cè)瞬時產(chǎn)生的過電壓、過電流，但會引起直流母線超過閾值，損壞轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器；制動電阻過小雖然可以使電機(jī)的有功無功功率、變頻器的直流母線電 壓并無大的波動，但會在電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生很大的瞬時電流，同時電磁轉(zhuǎn)矩震蕩幅值 很大，從而威脅定轉(zhuǎn)子繞組、電機(jī)軸承的安全。鑒于以上原因，本實(shí)用新型制動電阻采用四 級不同阻值的電阻，根據(jù)電網(wǎng)故障的不同情況及電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的大小投入不同的電阻，如 在剛開始階段，電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重對稱電壓跌落故障后，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、電流沖擊。在躲過最嚴(yán)重沖擊之后(約3-4 個電網(wǎng)周期)，迅速減小制動電阻阻值，以加快電磁過渡過程，使機(jī)件免受長時震蕩的危害。 本具體實(shí)施方式
中各并聯(lián)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(dāng)電網(wǎng)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(zhuǎn)子電流，同時切除轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器，有功功率電流指令給定為0，此后再根據(jù)電網(wǎng)電壓 故障情況的不同，投入不同阻值的制動電阻。當(dāng)故障恢復(fù)50ms后，切除制動電阻，轉(zhuǎn)子側(cè)逆 變器重新投入工作，雙饋電機(jī)重新以額定功率運(yùn)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(wǎng)電壓相連的變壓器Bl和與變壓器輸出端相連的UPS電源構(gòu)成。690V電網(wǎng)電壓經(jīng) 過變壓器B1變壓后，經(jīng)過UPS電源給控制電路供電，以確保在電網(wǎng)電壓出現(xiàn)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(wǎng)。
權(quán)利要求1.一種雙饋型風(fēng)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(shí)施控制的控制單元U4，其特征在于逆變電路U3的交流輸出 端連接有由二極管構(gòu)成的整流電路U5，由二極管構(gòu)成的整流電路TO的直流輸出回路連接 有晶閘管Tl和四個分別由電阻R2-R4、IGBT T2-T4串接而成的并聯(lián)支路；控制單元U4的信 號采集輸入端與含有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和各并聯(lián)支路中的IGBTT2-T4的觸發(fā)控制端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋型風(fēng)電變頻器，其特征為濾波電路由兩兩串接于每相 的六個電感Li、L2和三個呈三角形連接的電容Cl、C2、C3構(gòu)成，三個電容形成的三角形連 接的三個角部節(jié)點(diǎn)分別與串接于每相的兩個電感的中間節(jié)點(diǎn)相連，三個電容形成的三角形 連接的三個角部節(jié)點(diǎn)與串接于每相的兩個電感的中間節(jié)點(diǎn)之間分別串接有阻尼電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙饋型風(fēng)電變頻器，其特征為阻尼電阻由兩個相互并聯(lián)的 電阻構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的雙饋型風(fēng)電變頻器，其特征為各并聯(lián)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(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的雙饋型風(fēng)電變頻器，其特征為還包括控制單元的供 電電路，供電電路由與電網(wǎng)電壓相連的變壓器Bl和與變壓器輸出端相連的UPS電源構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙饋型風(fēng)電變頻器，其特征為還包括控制單元的供電電路， 供電電路由與電網(wǎng)電壓相連的變壓器Bl和與變壓器輸出端相連的UPS電源構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及變頻器，具體為一種雙饋型風(fēng)電變頻器。解決大功率雙饋型風(fēng)電變頻器不具備低壓穿越功能的問題。該雙饋型風(fēng)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(shí)施控制的控制單元，逆變電路的交流輸出端連接有由二極管構(gòu)成的整流電路，由二極管構(gòu)成的整流電路的直流輸出回路連接有晶閘管和四個分別由電阻、IGBT串接而成的并聯(lián)支路；控制單元的信號采集輸入端與含有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并聯(lián)支路中的IGBT的觸發(fā)控制端相連。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了變頻器的低壓穿越功能，填補(bǔ)了國內(nèi)雙饋風(fēng)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(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者司軍民, 孫建平, 寇金華, 岳文開, 張梅, 張雅琨, 李康樂, 李紅, 趙安定 申請人:永濟(jì)新時速電機(jī)電器有限責(zé)任公司