風(fēng)電變流器的預(yù)充電裝置及風(fēng)電變流器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種風(fēng)電變流器的預(yù)充電裝置，包括：網(wǎng)側(cè)開關(guān)、預(yù)充電開關(guān)以及預(yù)充電電容，所述預(yù)充電開關(guān)和所述預(yù)充電電容串聯(lián)連接后，并聯(lián)在所述網(wǎng)側(cè)開關(guān)的兩側(cè)。本實用新型還提供了一種包含上述預(yù)充電裝置的風(fēng)電變流器。通過本實用新型的實施例的預(yù)充電裝置和風(fēng)電變流器，可以利用并聯(lián)在網(wǎng)側(cè)開關(guān)兩側(cè)的預(yù)充電開關(guān)以及預(yù)充電電容所構(gòu)成的電路對風(fēng)電變流器的直流母線電容進行預(yù)充電，從而保護直流母線電容，延長直流母線電容的使用壽命。此外，由于采用預(yù)充電電容作為預(yù)充電過程的限流器件，預(yù)充電過程減少了電阻元件的參與，使得在預(yù)充電過程中基本沒有能量消耗，這樣，既有利于變流器的熱設(shè)計，又能節(jié)約能源。
【專利說明】風(fēng)電變流器的預(yù)充電裝置及風(fēng)電變流器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種風(fēng)電變流器的預(yù)充電裝置和風(fēng)電變流器，屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]如圖1所示，其為現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變流器(VSR)的電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，變流器主要涉及機側(cè)電路和網(wǎng)側(cè)電路，機側(cè)電路包括由IGBT模塊構(gòu)成的機側(cè)整流電路01，機側(cè)整流電路01經(jīng)過機側(cè)開關(guān)連接風(fēng)力發(fā)電機02，網(wǎng)側(cè)電路則包括由IGBT模塊構(gòu)成的網(wǎng)側(cè)逆變電路03，網(wǎng)側(cè)逆變電路03經(jīng)過網(wǎng)側(cè)濾波電路04和網(wǎng)側(cè)開關(guān)07連接電網(wǎng)
05。在直流母線上通常會采用儲能電容(直流母線電容)06進行直流儲能，儲能電容既可以緩沖網(wǎng)側(cè)電路與機側(cè)電路的負載間的能量轉(zhuǎn)換，穩(wěn)定變流器的直流母線電壓，也可以抑制直流母線諧波電壓。
[0003]在實現(xiàn)上述技術(shù)方案的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題:在風(fēng)電變流器中，尤其是對于大功率的風(fēng)電變流器，例如，在兆瓦(MW)級的風(fēng)電變流器中，直流母線的電壓達到1000V，如果變流器開始工作時將這種階躍電壓直接加載在直流母線電容06的兩端，將嚴重損害直流母線電容06的壽命，尤其是對于將電解電容作為直流母線電容的情況更為嚴重。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的實施例提供一種風(fēng)電變流器的預(yù)充電裝置，使得通過該預(yù)充電裝置能夠?qū)ψ兞髌鞯闹绷髂妇€電容進行預(yù)充電，延長直流母線電容的使用壽命。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的實施例提供了一種風(fēng)電變流器的預(yù)充電裝置，包括:網(wǎng)側(cè)開關(guān)、預(yù)充電開關(guān)以及預(yù)充電電容，所述預(yù)充電開關(guān)和所述預(yù)充電電容串聯(lián)連接后，并聯(lián)在所述網(wǎng)側(cè)開關(guān)的兩側(cè)。
[0006]其中，所述預(yù)充電裝置可以具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，在進行并網(wǎng)操作時，先進入第一狀態(tài)，然后切換至第二狀態(tài)；所述第一狀態(tài):所述網(wǎng)側(cè)開關(guān)斷開，所述預(yù)充電開關(guān)閉合；所述第二狀態(tài):所述網(wǎng)側(cè)開關(guān)閉合，所述預(yù)充電開關(guān)斷開。
[0007]進一步地，預(yù)充電裝置還可以包括:網(wǎng)側(cè)濾波電路和濾波開關(guān)；所述第一狀態(tài):所述網(wǎng)側(cè)開關(guān)斷開，所述濾波開關(guān)斷開，所述預(yù)充電開關(guān)閉合；所述第二狀態(tài):所述網(wǎng)側(cè)開關(guān)閉合，所述濾波開關(guān)閉合，所述預(yù)充電開關(guān)斷開。
[0008]進一步地，預(yù)充電裝置還可以包括電壓檢測器，其檢測直流母線電容的電壓，在檢測到所述直流母線電容的電壓達到預(yù)定的工作電壓后，觸發(fā)所述預(yù)充電裝置從所述第一狀態(tài)切換到所述第二狀態(tài)。
[0009]本實用新型的實施例還提供了一種包含上述預(yù)充電裝置的風(fēng)電變流器。
[0010]通過本實用新型的實施例的預(yù)充電裝置和風(fēng)電變流器，可以利用并聯(lián)在網(wǎng)側(cè)開關(guān)兩側(cè)的預(yù)充電開關(guān)以及預(yù)充電電容所構(gòu)成的電路對風(fēng)電變流器的直流母線電容進行預(yù)充電，從而保護直流母線電容，延長直流母線電容的使用壽命。此外，由于采用預(yù)充電電容作為預(yù)充電過程的限流器件，預(yù)充電過程減少了電阻元件的參與，使得在預(yù)充電過程中基本沒有能量消耗，這樣，既有利于變流器的熱設(shè)計，又能節(jié)約能源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變流器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本實用新型的風(fēng)電變流器電網(wǎng)側(cè)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]附圖標(biāo)號說明
[0014]01:機側(cè)整流電路；02:發(fā)電機；03:網(wǎng)側(cè)逆變電路；04:網(wǎng)側(cè)濾波電路；05:電網(wǎng)；06:直流母線電容；07:網(wǎng)側(cè)開關(guān)；08:濾波開關(guān)；09:濾波電抗器；10:預(yù)充電開關(guān)；11:預(yù)充電電容。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本實用新型實施例進行詳細描述。
[0016]如圖2所示，其為本實用新型的風(fēng)電變流器電網(wǎng)側(cè)的電路結(jié)構(gòu)示意圖，其中，本實施例的風(fēng)電變流器的預(yù)充電裝置包括:網(wǎng)側(cè)開關(guān)07、預(yù)充電開關(guān)10以及預(yù)充電電容11，預(yù)充電開關(guān)10和預(yù)充電電容11串聯(lián)連接后，并聯(lián)在網(wǎng)側(cè)開關(guān)07的兩側(cè)。具體的并聯(lián)方式可以采用如圖2所示的形式，即在每一條線路的網(wǎng)側(cè)開關(guān)的兩側(cè)分別并聯(lián)一個預(yù)充電開關(guān)和一個預(yù)充電電容。
[0017]通過該電路結(jié)構(gòu)，可以利用并聯(lián)在網(wǎng)側(cè)開關(guān)07兩側(cè)的預(yù)充電開關(guān)10以及預(yù)充電電容11所構(gòu)成的電路對風(fēng)電變流器的直流母線電容06進行預(yù)充電，從而保護直流母線電容06，延長直流母線電容06的使用壽命。此外，由于采用預(yù)充電電容11作為預(yù)充電過程的限流器件，預(yù)充電過程減少了電阻元件的參與，使得在預(yù)充電過程中基本沒有能量消耗，這樣，既有利于變流器的熱設(shè)計，又能節(jié)約能源。
[0018]進一步地，預(yù)充電裝置可以具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，在進行并網(wǎng)操作時，先進入第一狀態(tài)，然后切換至第二狀態(tài)；第一狀態(tài)為網(wǎng)側(cè)開關(guān)07斷開，預(yù)充電開關(guān)10關(guān)閉合；第二狀態(tài)為網(wǎng)側(cè)開關(guān)07閉合，預(yù)充電開關(guān)10斷開。通過對兩個狀態(tài)的切換控制，可以在網(wǎng)側(cè)開關(guān)07閉合前，即變流器開始工作之前，對風(fēng)電變流器的直流母線電容06進行預(yù)充電，從而保護直流母線電容06。
[0019]此外，本實施例的預(yù)充電裝置還可以包括網(wǎng)側(cè)濾波電路04和濾波開關(guān)08，相對應(yīng)地，第一狀態(tài)為網(wǎng)側(cè)開關(guān)07斷開，濾波開關(guān)08斷開，預(yù)充電開關(guān)10閉合；第二狀態(tài)為網(wǎng)側(cè)開關(guān)07閉合，濾波開關(guān)08閉合，預(yù)充電開關(guān)10斷開。通過對上述兩個狀態(tài)的切換控制，可以在網(wǎng)側(cè)開關(guān)07閉合前以及網(wǎng)側(cè)濾波電路04開始工作之前，對風(fēng)電變流器的直流母線電容06進行預(yù)充電，從而保護直流母線電容06。
[0020]優(yōu)選地，本實施例的預(yù)充電裝置還可以包括:電壓檢測器(未圖示)，其檢測直流母線電容06的電壓，在檢測到直流母線電容的電壓達到預(yù)定的工作電壓后，觸發(fā)預(yù)充電裝置從第一狀態(tài)切換到第二狀態(tài)。利用該電壓檢測器，能夠更合理地控制第一狀態(tài)的持續(xù)時間，使得直流母線電容的充電量能夠達到合理的數(shù)值，延長直流母線電容的使用壽命。
[0021]上述實施例中的預(yù)充電開關(guān)、濾波開關(guān)以及網(wǎng)側(cè)開關(guān)等均可采用接觸器作為開關(guān)器件。以上的兩個狀態(tài)可以通過手動的方式進行靈活切換，也可以通過邏輯控制電路或者DSP、單片機等微控制器進行控制。
[0022]基于上述結(jié)構(gòu)，在實際應(yīng)用中，可以采用如下的工作流程:
[0023]在網(wǎng)側(cè)開關(guān)07和濾波開關(guān)08沒有接通前，先閉合預(yù)充電開關(guān)10，使預(yù)充電電容11串入到主電路中。電網(wǎng)側(cè)的電壓通過預(yù)充電開關(guān)10、預(yù)充電電容11、濾波電抗器09和網(wǎng)側(cè)的網(wǎng)側(cè)逆變電路03的反并聯(lián)二極管構(gòu)成整流電路，實現(xiàn)對直流母線電容06進行充電。當(dāng)檢測直流母線電容06的電壓接近額定工作電壓水平后，控制預(yù)充電開關(guān)10斷開，然后接通網(wǎng)側(cè)開關(guān)07和網(wǎng)側(cè)濾波電路04的濾波開關(guān)08，使變流器開始正常工作。
[0024]預(yù)充電開關(guān)10和預(yù)充電電容11的選型計算可以借助類似Matlab/Simulink、PSpice等的仿真軟件按照圖2所示電路結(jié)構(gòu)搭建仿真模型，然后得到預(yù)充電過程中的電流波形以及直流電壓，根據(jù)仿真進行預(yù)充電電容值的微調(diào)，并確定預(yù)充電開關(guān)的額定電流。
[0025]利用該預(yù)充電裝置以及包含該預(yù)充電裝置的變流器，能夠減小直流母線電容充電時的沖擊電流，延長母線電容使用壽命；同時預(yù)充電裝置使用了預(yù)充電電容作為預(yù)充電過程的限流器件，減少了電阻的參與，幾乎沒有功耗產(chǎn)生，這既有利于變流器的熱設(shè)計，又能節(jié)省能源。
[0026]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)電變流器的預(yù)充電裝置，其特征在于，包括:網(wǎng)側(cè)開關(guān)、預(yù)充電開關(guān)以及預(yù)充電電容，所述預(yù)充電開關(guān)和所述預(yù)充電電容串聯(lián)連接后，并聯(lián)在所述網(wǎng)側(cè)開關(guān)的兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電變流器的預(yù)充電裝置，其特征在于，所述預(yù)充電裝置具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，在進行并網(wǎng)操作時，先進入第一狀態(tài)，然后切換至第二狀態(tài)； 所述第一狀態(tài):所述網(wǎng)側(cè)開關(guān)斷開，所述預(yù)充電開關(guān)閉合； 所述第二狀態(tài):所述網(wǎng)側(cè)開關(guān)閉合，所述預(yù)充電開關(guān)斷開。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電變流器的預(yù)充電裝置，其特征在于，還包括:網(wǎng)側(cè)濾波電路和濾波開關(guān)； 所述第一狀態(tài):所述網(wǎng)側(cè)開關(guān)斷開，所述濾波開關(guān)斷開，所述預(yù)充電開關(guān)閉合； 所述第二狀態(tài):所述網(wǎng)側(cè)開關(guān)閉合，所述濾波開關(guān)閉合，所述預(yù)充電開關(guān)斷開。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的風(fēng)電變流器的預(yù)充電裝置，其特征在于，還包括電壓檢測器，其檢測直流母線電容的電壓，在檢測到所述直流母線電容的電壓達到預(yù)定的工作電壓后，觸發(fā)所述預(yù)充電裝置從所述第一狀態(tài)切換到所述第二狀態(tài)。
5.一種風(fēng)電變流器，其特征在于，其包括權(quán)利要求1至4之一所述的預(yù)充電裝置。
【文檔編號】H02J3/38GK203747661SQ201420134885
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】顧偉峰, 敬雙 申請人:北京天誠同創(chuàng)電氣有限公司