CN102255299B - 一种双馈风力发电机变流器主动式保护方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种双馈风力发电机变流器主动式保护方法及装置，在变流器转子侧接入Crowbar保护装置，为转子侧电路提供旁路，限制通过双馈变流器的电流，再配合主控器的低电压穿越控制策略，以此来维持发电机不脱网运行。当***稳定后，切除Crowbar保护装置，双馈风力发电机转入正常工作运行。其特征是Crowbar保护装置转出端接双馈变流器转子侧A、B、C三相，继电器与变流器相连接如图2所示，其中继电器的线圈Q串联在Crowbar的主电路上，继电路的开关与R1相串联。从而变流器可控制其通断，由通过继电器吸合线圈的电流大小来决定继电器开关闭合状态，从而控制Crowbar保护装置的触发与否。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电机的保护方法及装置，具体说是一种双馈风力发电机变流器主动式Crowbar（急剧短路保护装置）保护方法及装置，主要应用于双馈风力发电机的控制***中。
背景技术
在双馈风力发电机变流器的发电机转子侧，一般都装有Crowbar保护装置，用于防止当电网出现故障时，引起转子电流过大而对变流器的损害。
传统的双馈风力发电机变流器Crowbar保护策略是：当电网出现故障时，转子电流过大，通过检测得知转子电流过大后，主控***发出指令启动Crowbar保护电路，从而保护变流器。由于此保护策略需要为风力发电机配备一专用的控制器及其检测电路，并且对此控制器的可靠性、反应速度要求较高，从而使其成本较高。
在期刊杂志《高电压技术》第36卷，第3期公开了一篇“一种双馈风电机组低电压穿越特性的试验研究”论文，其中也提到了在分析双馈机组电压跌落特性的基础上, 采用了转子主动式 Crowbar 电路和直流侧卸荷电路相结合的方法来实现双馈风电机组的低电压穿越功能，并通过仿真验证了电路结构和控制策略的正确性。但是该论文所介绍的转子侧Crowbar保护装置仍然需要一个控制装置来进行控制，所以仍然存在前面所述问题的缺陷。因此很有必要对此加以改进。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种双馈风力发电机变流器主动式Crowbar保护方式及装置，该双馈风力发电机变流器主动式Crowbar保护方式及装置在控制运行中不需要专用控制器，不仅降低了装置成本，而且方便更换维护。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种双馈风力发电机变流器主动式Crowbar保护方法，在变流器转子侧接入Crowbar保护装置，为转子侧电路提供旁路，限制通过双馈变流器的电流，再配合主控器的低电压穿越控制策略，以此来维持发电机不脱网运行。当***稳定后，切除Crowbar保护装置，双馈风力发电机转入正常工作运行。其特征是：Crowbar保护装置是由继电器与双馈变流器组合形成的控制***所控制的；所述的Crowbar保护装置转出端接双馈变流器转子侧A、B、C三相，继电器与变流器相连接如图2所示，其中继电器吸合线圈串联在Crowbar的主电路上，继电路的开关与电阻R1相串联。从而变流器可控制其通断，由通过继电器吸合线圈的电流大小来决定继电器开关闭合状态，从而控制Crowbar保护装置的触发与否。
继电器线圈串联在Crowbar保护电路与转子侧变流器连接的主电路上，继电器的开关与释能电阻串联在一起，也设在Crowbar保护电路与转子侧变流器连接的主电路上，同时在继电器的开关与释能电阻旁并联有一RC滤波电路，继电器线圈可以控制继电器开关的闭合，从而触发Crowbar保护装置；但继电器线圈不可以单独控制继电器开关的断开，需继电器线圈和变流器都发出指令下，继电器开关才可以断开；变流器可发出指令使继电器开关闭合。
在正常情况下，三相交流电为对称的三相交流电，其电压、电流之和均为零，从而在正常情况下，通过继电器吸合线圈的电流为零；当转子电流产生小干扰电流时，继电器吸合线圈不会吸合，电流在流经RC滤波电路滤波后，馈入电网中，不会造成能量浪费；当电网出现故障时，转子电流变大，导致通过继电器吸合线圈的电流变大，继电器吸合线圈吸合，开关K闭合，将转子电流产生的能量在电阻R1上以热能的方式损耗，从而避免对变流器的损坏。当转子电流恢复正常后，通过继电器吸合线圈的电流变小，继电器吸合线圈松开，为了防止电流振荡而引起继电器的频繁动作，由变流器通过对转子电流的检测来控制开关K的断开，从而使Crowbar电路恢复到正常状态。
根据上述方法所提出的双馈风力发电机变流器主动式Crowbar保护双馈风力发电机变流器的主动式Crowbar保护装置，包括：Crowbar保护电路、RC滤波电路和继电器；所述的继电器与变流器相连接，继电器线圈串联在Crowbar保护电路与转子侧变流器连接的主电路上，继电器的开关与释能电阻串联在一起，也设在Crowbar保护电路与转子侧变流器连接的主电路上，同时RC滤波电路与继电器的开关与释能电阻并联，变流器单独控制其通断。
所述的Crowbar保护电路为三相二极管组成，每相是由2个二极管串联组成，三组共6个二极管。
所述的继电器与变流器相联接，变流器可控制其动作。
所述的滤波电路与开关相并联，特点是在小电流扰动的情况下，用RC滤波电路滤波；大电流情况下，才触发继电器开关，释放能量。其中由电阻和电容组成为滤波电路，电阻的阻值较大一般为30欧姆左右；
所述的释能电阻，其阻值很小，一般在3欧姆以下。
所述的继电器吸合线圈串联在Crowbar的主回路上，用于根据主回路上的电流大小，决定是否触发Crowbar保护装置。在正常状态下，继电器的开关是断开的。
本发明的有益效果有：
1. 简单的电路结构设计使得本发明装置成本得以有效的降低。
2. 通过继电器线圈的吸合与否来决定Crowbar保护装置的触发与否，不再需要通过控制器对电路电流的检测来决定Crowbar保护装置触发与否，提高了Crowbar保护装置的响应速度，同时也提高了其可靠性。
3. 当转子电流产生小干扰电流时，继电器吸合线圈不会吸合，电流在流经RC滤波电路滤波后，馈入电网中，不会造成能量浪费。
4. 本发明涉及的部件较少，设计简单，有利于后期更换维护。
附图说明
图1为本发明的***原理示意图；
图2为本发明的具体电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的描述。
通过附图1和2可以看出，本发明涉及一种双馈风力发电机变流器主动式Crowbar保护方法，在双馈变流器2转子侧接入Crowbar保护装置1，为双馈变流器2转子侧电路提供旁路，限制通过双馈变流器2的电流，再配合主控器的低电压穿越控制策略，以此来维持双馈风力发电机3不脱网运行。当***稳定后，切除Crowbar保护装置1，双馈风力发电机3转入正常工作运行。其特征是：Crowbar保护装置1是由继电器4与双馈变流器2组合形成的控制***所控制的；所述的Crowbar保护装置1转出端接双馈变流器2转子侧A、B、C三相，继电器4与双馈变流器2相连接（如图2所示），其中继电器4的继电器吸合线圈5串联在Crowbar的主电路上，继电路4的开关K与电阻R1相串联。从而双馈变流器2可控制其通断，由通过继电器吸合线圈5的电流大小来决定继电器的开关K的闭合状态，从而控制Crowbar保护装置1的触发与否。
为了防止过电流对变流器的损坏，在双馈变流器2转子侧接入Crowbar保护装置1，为转子侧电路提供旁路，限制通过双馈变流器2的电流，再配合主控器的低电压穿越控制策略，以此来维持发电机不脱网运行。当***稳定后，切除Crowbar保护装置1，双馈风力发电机转入正常工作运行。
继电器吸合线圈5串联在Crowbar保护装置1与转子侧变流器连接的主电路上，继电器的开关K与电阻R1串联在一起，开关K与电阻R1也设在Crowbar保护装置1与转子侧变流器连接的主电路上，同时在继电器的开关K与电阻R1旁并联有一RC滤波电路6，继电器吸合线圈5可以控制继电器开关K的闭合，从而触发Crowbar保护装置1；但继电器吸合线圈5不可以单独控制继电器开关的断开，需继电器吸合线圈5和双馈变流器2都发出指令下，继电器开关K才可以断开；双馈变流器2可发出指令使继电器开关K闭合。
在正常情况下，三相交流电为对称的三相交流电，其电压、电流之和均为零，从而在正常情况下，通过继电器吸合线圈5的电流为零；当转子电流产生小干扰电流时，继电器吸合线圈5不会吸合，电流在流经RC滤波电路6滤波后，馈入电网中，不会造成能量浪费；当电网出现故障时，转子电流变大，导致通过继电器吸合线圈5的电流变大，继电器吸合线圈5吸合，开关K闭合，将转子电流产生的能量在电阻R1上以热能的方式损耗，从而避免对变流器的损坏。当转子电流恢复正常后，通过继电器吸合线圈5的电流变小，继电器吸合线圈5松开，为了防止电流振荡而引起继电器的频繁动作，由双馈变流器2通过对转子电流的检测来控制开关K的断开，从而使Crowbar保护装置1恢复到正常状态。
根据上述方法所提出的双馈风力发电机变流器主动式Crowbar保护装置，包括：Crowbar保护装置1、双馈变流器2、RC滤波电路6和继电器4；所述的继电器4与双馈变流器2相连接，继电器吸合线圈5串联在Crowbar保护装置1与转子侧变流器连接的主电路上，继电器4的开关K与电阻R1串联在一起，开关K与电阻R1也设在Crowbar保护装置1与双馈变流器2的转子侧变流器连接的主电路上，同时RC滤波电路6与继电器4的开关K与电阻R1并联，双馈变流器2可单独控制其通断。
所述的Crowbar保护装置1为三相二极管组成，每相是由2个二极管7串联组成，三组共6个二极管。
所述的继电器4与双馈变流器2相联接，双馈变流器2可控制其动作。
所述的RC滤波电路6与开关K相并联，特点是在小电流扰动的情况下，用RC滤波电路滤波；大电流情况下，才触发继电器开关，释放能量。其中由电阻和电容组成为滤波电路，电阻的阻值较大一般为 30欧姆左右；
所述的释能电阻，其阻值很小，一般在3欧姆以下。
所述的继电器吸合线圈5串联在Crowbar保护装置1的主回路上，用于根据主回路上的电流大小，决定是否触发Crowbar保护装置。在正常状态下，继电器的开关K是断开的。
正常运行情况下，转子变流器控制发电机的转速，而网侧变流器控制转子和电网间的功率流动，保持两个变流器间的电容电压恒定。当电压跌落时，主磁通由于具有很大的时间常数因此不会发生突变，而且转速由于是机械过程更不会发生快速的变化，因此电机的反电动势不会发生变化，所以一个很大的电压差就会被施加在定子绕组的电阻和漏感之间。这会导致定子电流出现过流现象。根据电机的磁链平衡方程可以得知转子电流也会出现过流现象。
为了防止过电流对变流器的损坏，在变流器转子侧接入Crowbar保护装置，为转子侧电路提供旁路，限制通过双馈变流器的电流，再配合主控器的低电压穿越控制策略，以此来维持发电机不脱网运行。当***稳定后，切除Crowbar保护装置，双馈风力发电机转入正常工作运行。
工作原理：在正常情况下，三相交流电为对称的三相交流电，其电压、电流之和均为零，从而在正常情况下，通过继电器吸合线圈5的电流为零；当转子电流产生小干扰电流时，继电器吸合线圈不会吸合，电流在流经RC滤波电路6滤波后，馈入电网中，不会造成能量浪费；当电网出现故障时，转子电流变大，导致通过继电器吸合线圈5的电流变大，继电器吸合线圈5吸合，开关K闭合，将转子电流产生的能量在电阻R1上以热能的方式损耗，从而避免对变流器的损坏。当转子电流恢复正常后，通过继电器吸合线圈5的电流变小，继电器吸合线圈5松开，为了防止电流振荡而引起继电器的频繁动作，由变流器通过对转子电流的检测来控制开关K的断开，从而使Crowbar电路恢复到正常状态。
实施例一
如图1～2如示，一种双馈风力发电机变流器主动式Crowbar保护装置，包括：二极管7、继电器4、双馈变流器2、大功率电阻R1、滤波电阻R、滤波电容C；Crowbar保护装置1转出端接双馈变流器2转子侧A、B、C三相，继电器4与双馈变流器2相连接，双馈变流器2可控制其通断；其中，继电器吸合线圈5为继电器4的吸合线圈，K为继电器开关，根据一般继电器原理，当吸合线圈中的电流大于临界值时，线圈吸合，开关闭合；当吸合线圈中的电流小于临界值时，线圈松开，开关断开。但在此发明中，如表1所示，继电器吸合线圈5与双馈变流器2相连，继电器吸合线圈5可以控制继电器开关K的闭合，从而触发Crowbar保护装置；但继电器吸合线圈5不可以单独控制继电器开关K的断开，需继电器吸合线圈5和双馈变流器2都发出指令下，继电器开关K才可以断开；但双馈变流器2可单独发出指令使继电器开关K闭合。变流器与继电器开关K的动作配合如下表1：
表1
在本实施例中，双馈风力发电机3、双馈变流器2和Crowbar保护装置1构成了双馈风力发电***Crowbar电路；其中，三相二极管部分，每相是由2个二极管串联组成，三相共6支二极管，从而控制其电流的流向；RC滤波电路与开关K相并联，特点是小电流扰动的情况下，用RC滤波电路滤波；大电流情况下，才触发继电器开关K，通过释能电阻R1释放能量；继电器吸合线圈Q串联在主电路上，用以检测主电路电流的变化；当电网出现故障时，转子电流变大，导致通过继电器吸合线圈的电流变大，线圈吸合，开关K闭合，将转子电流产生的能量在电阻R1上以热能的方式损耗，从而避免对变流器的损坏。当转子电流恢复正常后，通过继电器吸合线圈的电流变小，线圈松开，为了防止电流振荡而引起继电器的频繁动作，由变流器通过对转子电流的检测来控制开关K的断开，从而使Crowbar电路恢复到正常状态。
以上实施方式仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神及范围的情况下，作出各种等同变换或变化的技术方案属于本发明的保护范畴，由各项权利要求限制。
Claims (9)
1.一种双馈风力发电机变流器主动式保护方法，在双馈变流器转子侧接入Crowbar保护装置，为双馈变流器转子侧电路提供旁路，限制通过双馈变流器的电流，再配合主控器的低电压穿越控制策略，以此来维持双馈风力发电机不脱网运行；当***稳定后，切除Crowbar保护装置，双馈风力发电机转入正常工作运行；其特征是：Crowbar保护装置是由继电器与双馈变流器组合形成的控制***所控制的；所述的Crowbar保护装置转出端接双馈变流器转子侧A、B、C三相，继电器与双馈变流器相连接，其中，继电器的继电器吸合线圈串联在Crowbar保护装置的主电路上，继电器开关与释能电阻相串联，继电器开关与释能电阻串联在一起，也设在Crowbar保护装置与转子侧变流器连接的主电路上，同时在继电器开关与释能电阻旁并联有一RC滤波电路；从而双馈变流器可控制继电器通断，由通过继电器吸合线圈的电流大小来决定继电器开关的闭合状态，从而控制Crowbar保护装置的触发与否。
2.如权利要求1所述的双馈风力发电机变流器主动式保护方法，其特征在于：继电器吸合线圈串联在Crowbar保护装置与转子侧变流器连接的主电路上，继电器吸合线圈控制继电器开关的闭合，从而触发Crowbar保护装置；但继电器吸合线圈由双馈变流器所控制，而且是由双馈变流器根据对转子电流的检测来控制继电器吸合线圈，再由继电器吸合线圈控制继电器开关的断开。
3.如权利要求1所述的双馈风力发电机变流器主动式保护方法，其特征在于：在正常情况下，三相交流电为对称的三相交流电，其电压、电流之和均为零，从而在正常情况下，通过继电器吸合线圈的电流为零；当转子电流产生小干扰电流时，继电器吸合线圈不会吸合，电流在流经RC滤波电路滤波后，馈入电网中；当电网出现故障时，转子电流变大，导致通过继电器吸合线圈的电流变大，继电器吸合线圈吸合，继电器开关闭合，将转子电流产生的能量在电阻上以热能的方式损耗，从而避免对双馈变流器的损坏；当转子电流恢复正常后，通过继电器吸合线圈的电流变小，继电器吸合线圈松开，为了防止电流振荡而引起继电器的频繁动作，由双馈变流器通过对转子电流的检测来控制继电器开关的断开，从而使Crowbar保护装置恢复到正常状态。
4.一种根据权利要求1所述双馈风力发电机变流器主动式保护方法的的双馈风力发电机变流器主动式Crowbar保护装置，包括：Crowbar保护装置、RC滤波电路和继电器；其特征在于：所述的继电器与双馈变流器相连接，继电器吸合线圈串联在Crowbar保护装置与转子侧变流器连接的主电路上，继电器开关与释能电阻串联在一起，也设在Crowbar保护装置与转子侧变流器连接的主电路上，同时RC滤波电路与继电器开关与释能电阻并联，双馈变流器单独控制继电器通断。
5.如权利要求4所述的双馈风力发电机变流器主动式保护装置，其特征在于：所述的Crowbar保护装置为三相二极管组成，每相是由2个二极管串联组成，三组共6个二极管。
6.如权利要求5所述的双馈风力发电机变流器主动式保护装置，其特征在于：所述的RC滤波电路并联在继电器开关与释能电阻旁，且在小电流扰动的情况下，用RC滤波电路滤波；大电流情况下，才触发继电器开关，释放能量。
7.如权利要求6所述的双馈风力发电机变流器主动式保护装置，其特征在于：所述的RC滤波电路由电阻和电容组成，电阻的阻值为30欧姆。
8.如权利要求6所述的双馈风力发电机变流器主动式保护装置，其特征在于：所述的释能电阻在3欧姆以下。
9.如权利要求6所述的双馈风力发电机变流器主动式保护装置，其特征在于：所述的继电器吸合线圈串联在Crowbar保护装置的主电路上，根据主电路上的电流大小，决定是否触发Crowbar保护装置；在正常状态下，继电器开关是断开的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140409 Termination date: 20190721 |