CN101834429B - 一种风电机保护*** - Google Patents

Abstract

一种风电机保护***，包括：消弧泻放电路，与风电机的变流器相连；分流装置，与所述消弧泻放电路并联；传感器，设置在风电机转子侧，与所述变流器相连，用于对风电机进行采样；信号调理电路，用于对所述传感器采样的信号进行调理，调理后的信号发送硬件触发电路和***控制器；所述硬件触发电路，接收所述信号整理电路调理后的信号，将调理后的信号与预定的上限、下限基准值进行比较，根据比较结果直接控制所述分流装置；所述***控制器，接收所述信号整理电路调理后的信号，当调整后的信号超过预定的阈值时，发送触发信号控制消弧泻放电路泻放故障电流。

Description

一种风电机保护***

技术领域

本发明涉及分布式风电领域，尤其涉及一种具有低电压穿越功能的风电机保护***。

背景技术

双馈式变速恒频风电机组已经在国内外风电领域得到广泛应用，其发电设备为双馈感应发电机，当出现电网故障时，以前的保护原则是将双馈感应发电机立即从电网中脱网以确保机组的安全。随着风电机组单机容量的不断增大和风电场规模的不断扩大，风电机组与电网间的相互影响已日趋严重。人们越来越担心，一旦电网发生故障迫使大面积风电机组因自身保护而脱网的话，将严重影响电力***的运行稳定性。因此，随着接入电网的双馈感应发电机容量的不断增加，电网对其要求越来越高，通常情况下要求发电机组在电网故障出现电压跌落的情况下不脱网运行，并在故障切除后能尽快帮助电力***恢复稳定运行，也就是说，要求风电机组具有一定低电压穿越(LowVoltage Ride-through)能力。

目前MW级商用双馈风电机组主要采用“有源Crowbar”技术实现低电压穿越。电网故障发生，首先***控制器通过采样电路对***状态采样，检测到故障发生，再对检测得到的信号进行处理之后，发出Crowbar装置的动作信号，Crowbar功率电路动作，通过旁路电阻将转子侧短接，释放故障期间的能量，衰减转子的故障电流，保护双馈风电机组中的励磁变流器。电网故障恢复后，***控制器发出信号，切除Crowbar装置，励磁变流器恢复正常工作，从而实现低电压穿越功能。

现有的“有源Crowbar(消弧泻放电路)”技术还存在以下不足：①***控制器采样和处理故障信号，发出动作信号均需要时间，从而导致Crowbar功率电路部分的动作延时，不能及时动作②Crowbar功率电路部分的切除会出现***的暂时震荡和冲击，存在Crowbar再次被触发的可能，Crowbar装置的反复触发会导致整个***崩溃。

因此，如何提供一种风电机保护***，克服上述现有技术的不足，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有低电压穿越功能的风电机保护***，保护风电机的安全运行，缩短故障反应时间，实现故障电流分流。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种风电机保护***，所述***包括：

消弧泻放电路，与风电机的变流器相连；

分流装置，与所述消弧泻放电路并联；

传感器，设置在风电机转子侧，与所述变流器相连，用于对风电机进行采样；

信号调理电路，用于对所述传感器采样的信号进行调理，调理后的信号发送硬件触发电路和***控制器；

所述硬件触发电路，接收所述信号整理电路调理后的信号，将调理后的信号与预定的上限、下限基准值进行比较，根据比较结果直接控制所述分流装置；

所述***控制器，接收所述信号整理电路调理后的信号，当调整后的信号超过预定的阈值时，发送触发信号控制消弧泻放电路泻放故障电流。

优选地，所述上限基准值小于所述阈值。

优选地，所述上限、下限基准值之间的差值小于所述阈值的20％。

优选地，所述消弧泻放电路包括三相不控整流桥，以及与所述三相不控整流桥并联的泻放电路；

所述泻放电路包括相互串联的第一开关器件和第一吸收电阻。

优选地，所述第一开关器件为全控半导体器件或半控半导体器件或继电器。

优选地，所述分流装置为全控半导体器件串联吸收电阻的结构；或，电力电子降压电路；或，板桥电路。

优选地，所述分流装置包括相互串联的第五开关器件和第五吸收电阻。

优选地，所述分流装置包括相互串联的第二开关器件、第一电感以及第二吸收电阻；

在所述第二吸收电阻两端并联第一电容；在所述第一电感和所述第二吸收电阻的两端并联二极管。

优选地，所述分流装置包括相互串联的第三开关器件、第二电感以及第三吸收电阻；

在所述第三吸收电阻两端并联第二电容；在所述第二电感和所述第三吸收电阻的两端并联第四开关器件。

优选地，所述第三开关器件由所述硬件触发电路直接控制；所述第四开关器件根据所述硬件触发电路发送的信号取反后结果执行相应动作。

优选地，所述硬件触发电路包括逻辑比较单元、驱动脉冲发生单元、隔离与信号放大单元。

逻辑比较单元，用于将调理后的信号与预定的上限、下限基准值进行比较；

当调理后的信号高于所述上限基准值，控制所述驱动脉冲发生单元产生触发驱动脉冲，通过所述隔离与信号放大单元处理后，触发所述分流装置；

当调理后的信号低于下限基准值，控制所述驱动脉冲发生单元产生关断驱动脉冲，通过所述隔离与信号放大单元处理后，关断所述分流装置。

通过上述方案的描述，可以看到本发明具备以下优点：

由于本发明实施例所述风电机保护***，由于增加了与消弧泻放电路并联的分流装置；该分流装置可以与消弧泻放电路相配合，保护发电机和励磁变流器的安全运行；硬件触发电路直接控制所述分流装置，缩短故障反应时间，分流装置对故障电流进行分流。***控制器在信号调理电路调理后的信号大于预定的阈值时，发送触发信号控制消弧泻放电路泻放故障电流，消除了消弧泻放电路反复触发的可能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述风电机保护***连接框图；

图2为本发明实施例所述泻放电路电路图；

图3为本发明所述分流装置第一实施例电路图；

图4为本发明所述分流装置第二实施例电路图；

图5为本发明所述分流装置第三实施例电路图；

图6为现有技术中没有设置Crowbar电路和分流装置模式对应的故障电流分布图；

图7为仅使用Crowbar电路模式对应的衰减故障电流分布图；

图8为仅使用分流装置模式的衰减故障电流示意图；

图9为本发明实施例所述分流装置的硬件工作驱动逻辑图。

具体实施方式

本发明提供一种具有低电压穿越功能的风电机保护***，保护风电机的安全运行，缩短故障反应时间，实现故障电流分流。

参见图1，该图为本发明实施例所述风电机保护***连接框图。

本发明实施例所述风电机保护***，包括消弧泻放电路1、分流装置2、传感器6、信号调理电路7、硬件触发电路3，以及***控制器4。

消弧泻放电路1，与风电机的变流器5相连。变流器5为励磁变流器。

消弧泻放电路1具体可以包括三相不控整流桥12，以及与所述三相不控整流桥12并联的泻放电路11。三相不控整流桥12为三相不控二极管整流桥。

分流装置2，与所述消弧泻放电路1并联。

传感器6，设置在风电机转子8一侧，与所述变流器5相连，用于对风电机进行采样。传感器6对故障状态进行采样。

信号调理电路7，用于对所述传感器6采样的信号进行调理，调理后的信号发送硬件触发电路3和***控制器4。

所述硬件触发电路3，接收所述信号整理电路7调理后的信号，将调理后的信号与预定的上限、下限基准值进行比较，根据比较结果直接控制所述分流装置2。

硬件触发电路3上限、下限基准值可以通过实际调试中不断调整，当性能达到最优时获得。

所述硬件触发电路3具体可以包括逻辑比较单元、驱动脉冲发生单元、隔离与信号放大单元。

逻辑比较单元，用于将调理后的信号与预定的上限、下限基准值进行比较。

当调理后的信号高于所述上限基准值，控制所述驱动脉冲发生单元产生触发驱动脉冲，通过所述隔离与信号放大单元处理后，触发所述分流装置2。

当调理后的信号低于下限基准值，控制所述驱动脉冲发生单元产生关断驱动脉冲，通过所述隔离与信号放大单元处理后，关断所述分流装置2。

所述***控制器4，接收所述信号整理电路7调理后的信号，当调整后的信号超过预定的阈值时，发送触发信号控制消弧泻放电路1泻放故障电流。

***控制器4预定阈值可以在实际调试中更改，具体可以根据运行情况选择确定最佳值。

***控制器4收到经过信号调理电路7调理后的状态信号，如果状态信号超过软件预定的阈值，发出泻放电路开通信号，泻放电路泻放故障电流。泻放电路何时切除取决于***控制器4。

***控制器4负责整个变流器5的运行；无相应状态信号输入***控制器4时，***控制器4维持整个***的正常运行。当有相应状态信号输入时，***控制器4关闭与消弧泻放电路1相连的变流器5内部的功率半导体器件。故障信号消除后，***控制器4接收到相应状态信号，重新打开与消弧泻放电路1相连的变流器5内部的功率半导体器件，变流器5恢复正常工作。

硬件触发电路3预定的上限基准值小于***控制器4预定的阈值(即Crowbar的开通阈值)。硬件触发电路3上限、下限基准值之间的差值小于***控制器4预定的阈值的20％。

本发明实施例所述风电机保护***，由于增加了与消弧泻放电路1并联的分流装置2，该分流装置2可以与消弧泻放电路1相配合，保护发电机和变流器5的安全运行。硬件触发电路3直接控制所述分流装置2，缩短故障反应时间，分流装置2对故障电流进行分流。***控制器4在信号调理电路7调理后的信号大于预定的阈值时，发送触发信号控制消弧泻放电路1泻放故障电流，消除了消弧泻放电路反复触发的可能。

参见图2，该图为本发明实施例所述泻放电路电路图。

本发明实施例所述泻放电路11具体可以包括相互串联的第一开关器件K1和第一吸收电阻R1。

第一开关器件K1具体可以为全控半导体器件，或半控半导体器件，或继电器等具有开通、关断能力的器件。

泄放电路11的第一开关器件K1，根据***控制器4发送的触发信号，进行闭合或断开的操作。

***控制器4在信号调理电路7调理后的信号大于预定的阈值时，发送触发信号控制泄放电路11的第一开关器件K1闭合，泄放能量，能量在第一吸收电阻R1上转变为热量消耗掉。

***控制器4在信号调理电路7调理后的信号小于或者等于预定的阈值时，发送控制信号控制泄放电路11的第一开关器件K1断开，泄放电路11被切除，不参与工作。

本发明实施例所述分流装置2可以为全控半导体器件串联吸收电阻的结构，也可采用典型电力电子降压电路，半桥电路，以及各种类似电路。

参见图3，该图为本发明所述分流装置第一实施例电路图。

本发明第一实施例所述分流装置2具体可以包括相互串联的第五开关器件K5和第五吸收电阻R5。

第五开关器件K5可以为全控半导体器件。

硬件触发电路3将信号调理电路7调理后的采样信号与两个基准值——上限基准值和下限基准值，进行比较。当调理后的采样信号高于上限基准值，触发分流装置2的第五开关器件K5，对故障电流进行分流。当调理后的采样信号低于下限基准值，关断分流装置2的第五开关器件K5。

参见图4，该图为本发明所述分流装置第二实施例电路图。

本发明第二实施例所述分流装置包括相互串联的第二开关器件K2、第一电感L1以及第二吸收电阻R2。

在所述第二吸收电阻R2两端并联第一电容C1；在所述第一电感L1和所述第二吸收电阻R2的两端并联二极管D。

第二开关器件K2由硬件触发电路3直接控制。

硬件触发电路3将信号调理电路7调理后的采样信号与两个基准值——上限基准值和下限基准值进行比较。当调理后的采样信号高于上限基准值，触发分流装置2的第二开关器件K2，对故障电流进行分流。当调理后的采样信号低于下限基准值，关断分流装置2的第二开关器件K2。

参见图5，该图为本发明所述分流装置第三实施例电路图。

本发明第三实施例所述分流装置包括相互串联的第三开关器件K3、第二电感L2以及第三吸收电阻R3。

在所述第三吸收电阻R3两端并联第二电容C2；在所述第二电感L2和所述第三吸收电阻R3的两端并联第四开关器件K4。

所述第三开关器件K3由所述硬件触发电路3直接控制。所述第四开关器件K4根据所述硬件触发电路3发送的信号取反后结果执行相应动作。即第三开关器件K3、第四开关器件K4的驱动信号正好相反，不能同时开通或同时关断。

硬件触发电路3将信号调理电路7调理后的采样信号与两个基准值——上限基准值和下限基准值，进行比较。当调理后的采样信号高于上限基准值，触发分流装置2的第三开关器件K3关闭，对故障电流进行分流。此时，第四开关器件K4的驱动信号为断开驱动信号，第四开关器件K4断开。

当调理后的采样信号低于下限基准值，关断分流装置2的第三开关器件K3。此时，第四开关器件K4的驱动信号为关闭驱动信号，第四开关器件K4关闭。

参见图6，该图为现有技术中没有设置Crowbar电路和分流装置模式对应的故障电流分布图。

当风电机没有保护电路时，即没有设置Crowbar电路和分流装置时，电网故障期间，会导致转子8侧电流形成很大的故障电流。故障电流很大，且存在很大范围的震荡。

参见图7，该图为仅使用Crowbar电路模式对应的衰减故障电流分布图。

当风电机单独使用Crowbar(消弧泻放电路)1，电网故障电流超过软件设置的动作阈值，***控制器4将发出软件触发信号开通泻放电路11，泻放故障电流。当电网故障消失，Crowbar切除时，***会出现暂态震荡。

参见图8，该图为仅使用分流装置模式的衰减故障电流示意图。

当风电机单独使用分流装置4，故障电流超过硬件触发电流的上限基准时，触发分流装置，对故障电流进行分流，低于下限基准值，关断分流装置；分流装置逐个抑制故障电流峰值

参见图9，该图为本发明实施例所述分流装置的硬件工作驱动逻辑图。

本发明实施例所述分流装置2的切入与切除完全取决于故障电流信号与上下限基准的比较结果。当故障电流信号高于上限，硬件触发信号为高电平；当故障电流信号低于下限，硬件触发信号为低电平。

由于本发明实施例所述分流装置2由硬件触发电路3的硬件触发信号直接控制，省掉了软件处理时间，提高了故障时的反应时间。

本发明实施例所述风电机保护***，使用硬件装置——分流装置2，可以有效抑制在Crowbar切除时的***暂态震荡和冲击，避免出现Crowbar反复触发。

本发明实施例所述风电机保护***，采用分流装置2与Crowbar相结合的方式，对变流器5提供了双重保护。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种风电机保护***，其特征在于，所述***包括：

消弧泻放电路(1)，与风电机的变流器(5)相连；

分流装置(2)，与所述消弧泻放电路(1)并联；

传感器(6)，设置在风电机转子(8)侧，与所述变流器(5)相连，用于对风电机进行采样；

信号调理电路(7)，用于对所述传感器(6)采样的信号进行调理，调理后的信号发送至硬件触发电路(3)和***控制器(4)；

所述硬件触发电路(3)，接收所述信号调理电路(7)调理后的信号，将调理后的信号与预定的上限、下限基准值进行比较，根据比较结果直接控制所述分流装置(2)；

所述***控制器(4)，接收所述信号调理电路(7)调理后的信号，当接收信号超过预定的阈值时，发送触发信号控制所述消弧泻放电路(1)泻放故障电流。

2.根据权利要求1所述的风电机保护***，其特征在于，所述上限基准值小于所述阈值。

3.根据权利要求1所述的风电机保护***，其特征在于，所述上限、下限基准值之间的差值小于所述阈值的20％。

4.根据权利要求1所述的风电机保护***，其特征在于，所述消弧泻放电路(1)包括三相不控整流桥(12)，以及与所述三相不控整流桥(12)并联的泻放电路(11)；

所述泻放电路(11)包括相互串联的第一开关器件(K1)和第一吸收电阻(R1)。

5.根据权利要求4所述的风电机保护***，其特征在于，所述第一开关器件(K1)为全控半导体器件或半控半导体器件或继电器。

6.根据权利要求1所述的风电机保护***，其特征在于，所述分流装置(2)为全控半导体器件串联吸收电阻的结构；或电力电子降压电路；或板桥电路。

7.根据权利要求1所述的风电机保护***，其特征在于，所述分流装置(2)包括相互串联的第五开关器件(K5)和第五吸收电阻(R5)。

8.根据权利要求1所述的风电机保护***，其特征在于，所述分流装置(2)包括相互串联的第二开关器件(K2)、第一电感(L1)以及第二吸收电阻(R2)；

在所述第二吸收电阻(R2)两端并联第一电容(C1)；在所述第一电感(L1)和所述第二吸收电阻(R2)的两端并联二极管(D)。

9.根据权利要求1所述的风电机保护***，其特征在于，所述分流装置(2)包括相互串联的第三开关器件(K3)、第二电感(L2)以及第三吸收电阻(R3)；

在所述第三吸收电阻(R3)两端并联第二电容(C2)；在所述第二电感(L2)和所述第三吸收电阻(R3)的两端并联第四开关器件(K4)。

10.根据权利要求9所述的风电机保护***，其特征在于，所述第三开关器件(K3)由所述硬件触发电路(3)直接控制；所述第四开关器件(K4)根据所述硬件触发电路(3)发送的信号取反后结果执行相应动作。

11.根据权利要求1所述的风电机保护***，其特征在于，所述硬件触发电路(3)包括逻辑比较单元和驱动脉冲发生单元以及隔离与信号放大单元；

逻辑比较单元，用于将所述信号调理电路(7)调理后的信号与预定的上限、下限基准值进行比较；

当调理后的信号高于所述上限基准值，控制所述驱动脉冲发生单元产生触发驱动脉冲，通过所述隔离与信号放大单元处理后，触发所述分流装置(2)；

当调理后的信号低于下限基准值，控制所述驱动脉冲发生单元产生关断驱动脉冲，通过所述隔离与信号放大单元处理后，关断所述分流装置(2)。

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