CN106645873B - 直流支撑电容保护方法和装置及纹波电流检测方法和装置 - Google Patents

直流支撑电容保护方法和装置及纹波电流检测方法和装置 Download PDF

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CN106645873B CN201611197269.9A CN201611197269A CN106645873B CN 106645873 B CN106645873 B CN 106645873B CN 201611197269 A CN201611197269 A CN 201611197269A CN 106645873 B CN106645873 B CN 106645873B
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Abstract

提供一种直流支撑电容保护方法和装置及纹波电流检测方法和装置，所述直流支撑电容保护方法包括：获取风电变流器的直流桥电压的采样电压值；根据获得的所述采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流；当所述纹波电流大于预设电流阈值时，执行对所述直流支撑电容的保护处理。采用本发明示例性实施例的所述直流支撑电容保护方法和装置及纹波电流检测方法和装置，能够在不增加硬件检测设备的情况下，实现对风电变流器中直流支撑电容的纹波电流的检测，并对直流支撑电容进行保护处理，以避免直流支撑电容被烧毁失效。

Description

直流支撑电容保护方法和装置及纹波电流检测方法和装置
技术领域
本发明总体说来涉及电力技术领域，更具体地讲，涉及一种风电变流器中直流支撑电容的保护方法和保护装置以及该直流支撑电容的纹波电流检测方法和检测装置。
背景技术
风电变流器的整流器或逆变器集成有直流支撑电容，在直流支撑电容回路上通常串联有电阻和电感性成份的元件，此电路在工作过程中容易形成串联谐振电路，在直流支撑电容两端形成高频的充放电，进而形成直流支撑电容的高频纹波电流。在风电变流器工作过程中，直流支撑电容可能出现被烧毁，从而引起柜体损毁的问题。
发明内容
本发明的示例性实施例的目的在于提供一种直流支撑电容保护方法和装置及纹波电流检测方法和装置，以实现对风电变流器中直流支撑电容的纹波电流的监测，从而对直流支撑电容进行及时保护。
根据本发明示例性实施例的一方面，提供一种风电变流器中直流支撑电容的保护方法，所述保护方法包括：获取风电变流器的直流桥电压的采样电压值；根据获得的所述采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流；当所述纹波电流大于预设电流阈值时，执行对所述直流支撑电容的保护处理。
可选地，所述采样电压值可为预定采样周期内起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值；所述预定采样周期可为直流桥电压的下降周期或直流桥电压的上升周期。
可选地，根据获得的所述采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流的步骤可包括：根据所述第一电压值、所述第二电压值、所述预定采样周期内的采样点的数量、所述预定采样周期的时间长度、风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量、所有并联直流支撑电容支路的总容值确定直流支撑电容的纹波电流。
可选地，可利用如下公式来确定直流支撑电容的纹波电流，
其中，IC为所述直流支撑电容的纹波电流，UD1为所述第一电压值，UD2为所述第二电压值，C为所有并联直流支撑电容支路的总容值，R为风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量，Q为所述预定采样周期内的采样点的数量，T为所述预定采样周期的时间长度。
根据本发明示例性实施例的另一方面，提供一种风电变流器中直流支撑电容的纹波电流检测方法，所述检测方法包括：获取风电变流器的直流桥电压的采样电压值；根据获得的所述采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流。
可选地，所述采样电压值可为预定采样周期内起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值；所述预定采样周期可为直流桥电压的下降周期或直流桥电压的上升周期。
可选地，根据获得的所述采样电压值计算直流支撑电容的纹波电流的步骤可包括：根据所述第一电压值、所述第二电压值、所述预定采样周期内的采样点的数量、所述预定采样周期的时间长度、风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量、所有并联直流支撑电容支路的总容值确定直流支撑电容的纹波电流。
可选地，可利用如下公式来确定直流支撑电容的纹波电流，
其中，IC为所述直流支撑电容的纹波电流，UD1为所述第一电压值，UD2为所述第二电压值，C为所有并联直流支撑电容支路的总容值，R为风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量，Q为所述预定采样周期内的采样点的数量，T为所述预定采样周期的时间长度。
根据本发明示例性实施例的再一方面，提供一种风电变流器中直流支撑电容的保护装置，所述保护装置包括：电压获取单元，获取风电变流器的直流桥电压的采样电压值；电流确定单元，根据获得的所述采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流；保护单元，当所述纹波电流大于预设电流阈值时，保护单元执行对所述直流支撑电容的保护处理。
可选地，所述采样电压值可为预定采样周期内起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值；所述预定采样周期可为直流桥电压的下降周期或直流桥电压的上升周期。
可选地，所述电流确定单元可根据所述第一电压值、所述第二电压值、所述预定采样周期内的采样点的数量、所述预定采样周期的时间长度、风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量、所有并联直流支撑电容支路的总容值确定直流支撑电容的纹波电流。
根据本发明示例性实施例的再一方面，提供一种风电变流器中直流支撑电容的纹波电流检测装置，所述检测装置包括：电压获取单元，获取风电变流器的直流桥电压的采样电压值；电流确定单元，根据获得的所述采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流。
可选地，所述采样电压值可为预定采样周期内起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值；所述预定采样周期可为直流桥电压的下降周期或直流桥电压的上升周期。
可选地，所述电流确定单元可根据所述第一电压值、所述第二电压值、所述预定采样周期内的采样点的数量、所述预定采样周期的时间长度、风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量、所有并联直流支撑电容支路的总容值确定直流支撑电容的纹波电流。
根据本发明示例性实施例的再一方面，提供一种风电变流器的控制器，其特征在于，包括权利要求9-11任一项所述的直流支撑电容的保护装置或者权利要求12-14中任一项直流支撑电容的纹波电流检测装置。
采用本发明示例性实施例的所述直流支撑电容保护方法和装置及纹波电流检测方法和装置，能够在不增加硬件检测设备的情况下，实现对风电变流器中直流支撑电容的纹波电流的检测，并对直流支撑电容进行保护处理，以避免直流支撑电容被烧毁。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本发明示例性实施例的风电变流器中直流支撑电容的纹波电流检测方法的流程图；
图2示出根据本发明示例性实施例的风电变流器控制***的结构示意图；
图3示出根据本发明示例性实施例的直流桥电压和直流支撑电容的纹波电流的波形示意图；
图4示出根据本发明示例性实施例的风电变流器中直流支撑电容的保护方法的流程图；
图5示出根据本发明示例性实施例的风电变流器中直流支撑电容的纹波电流检测装置的框图；
图6示出根据本发明示例性实施例的风电变流器中直流支撑电容的保护装置的框图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，其中，一些示例性实施例在附图中示出。
图1示出根据本发明示例性实施例的风电变流器中直流支撑电容的纹波电流检测方法的流程图。
参照图1，在步骤S100中，获取风电变流器的直流桥电压的采样电压值。
下面以图2所示的结构图为例来介绍获取直流桥电压的几种方式。
图2示出根据本发明示例性实施例的风电变流器控制***的结构示意图。
如图2所示，风电变流器可包括机侧整流器20、制动单元30和网侧逆变器40，机侧整流器20通过机侧断路器10连接到永磁同步发电机(PMSG)，网侧逆变器40通过网侧断路器50连接到电网，直流支撑电容C并联在风电变流器的正负母排之间，这里，直流桥电压即为直流支撑电容C两端的电压，在本示例中，可利用集成在风电变流器的机侧整流器20、风电变流器的网侧逆变器40或风电变流器的制动单元30内部的直流桥电压传感器测量得到直流桥电压，并将测量得到的直流桥电压发送到风电变流器的控制器60，以使该控制器60通过执行图1所示的纹波电流检测方法来获得直流支撑电容的纹波电流。
优选地，采样电压值可包括预定采样周期内起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值。例如，预定采样周期可为直流桥电压的下降周期或直流桥电压的上升周期。
下面结合附图3来以预定采样周期为直流桥电压的下降周期为例，详细介绍确定起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值的过程。应理解，图3所示的过程仅为示例，本发明不限于此，本领域技术人员可利用现有的各种方法来确定直流桥电压的下降周期或上升周期内的起始采样点和截止采样点，以获得相应的第一电压值和第二电压值。
图3示出根据本发明示例性实施例的直流桥电压和直流支撑电容的纹波电流的波形示意图。
在本示例中，图3所示的为理想的直流桥电压的波形图和与之对应的直流支撑电容的纹波电流的波形图，D1～D11表示各采样点，在控制对风电变流器的直流桥电压开始进行采样之后，可将连续多个采样点对应的电压值进行比较，例如以获取连续三个采样点D2、D3、D4对应的电压值U2、U3、U4为例，当确定U2>U3且U3>U4时，可将采样点D2作为直流桥电压的下降周期的起始采样点，并将采样点D2对应的电压值U2作为第一电压值，在确定出起始采样点之后，当确定出连续三个采样点对应的电压值，例如，采样点D9、D10、D11对应的电压值U9、U10、U11，满足U9<U10且U10<U11时，可将采样点D9作为直流桥电压的下降周期的截止采样点，并将采样点D9对应的电压值U9作为第二电压值。
也就是说，当在开始进行采样之后，当首次确定出连续多个采样点对应的电压值之间存在第一关系(例如，持续变小)时，可将上述多个采样点中的首个采样点作为直流桥电压的下降周期的起始采样点，在此之后，当确定出连续多个采样点对应的电压值之间存在第二关系(例如，持续变大)时，可将上述多个采样点中的首个采样点作为直流桥电压的下降周期的截止采样点。
类似地，当在开始进行采样之后，当首次确定出连续多个采样点对应的电压值之间存在第二关系(例如，持续变大)时，可将上述多个采样点中的首个采样点作为直流桥电压的上升周期的起始采样点，在此之后，当确定出连续多个采样点对应的电压值之间存在第一关系(例如，持续变小)时，可将上述多个采样点中的首个采样点作为直流桥电压的上升周期的截止采样点。
返回图1，在步骤S200中，根据获得的采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流。
可选地，根据获得的采样电压值计算直流支撑电容的纹波电流的步骤可包括：根据第一电压值、第二电压值、预定采样周期内的采样点的数量、预定采样周期的时间长度、风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量、所有并联直流支撑电容支路的总容值确定直流支撑电容的纹波电流。
例如，可利用如下公式来确定直流支撑电容的纹波电流，
公式(1)中，IC为直流支撑电容的纹波电流，UD1为第一电压值，UD2为第二电压值，C为所有并联直流支撑电容支路的总容值，R为风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量，Q为预定采样周期内的采样点的数量，T为预定采样周期的时间长度。
这里，在风电变流器的正负母排间可存在多个并联的直流支撑电容支路，公式(1)中的R即指风电变流器的正负母排间存在的并联直流支撑电容支路的总数量，C即指风电变流器的正负母排间所有并联直流支撑电容支路的总容值。
上述公式(1)为风电变流器中存在多个并联直流支撑电容支路的情况下确定直流支撑电容的纹波电流的计算公式，当风电变流器中仅存在单个并联直流支撑电容支路时(相当于R＝1的情况)，可利用下面的公式来确定直流支撑电容的纹波电流，
公式(2)中，IC为直流支撑电容的纹波电流，UD1为第一电压值，UD2为第二电压值，C1为单个并联直流支撑电容支路的电容值，Q为预定采样周期内的采样点的数量，T为预定采样周期的时间长度。
应理解，在本发明示例性实施例中，在检测出风电变流器中直流支撑电容的纹波电流之后，可基于检测到的直流支撑电容的纹波电流来对直流支撑电容进行保护处理，以避免直流支撑电容被烧毁。
下面结合图4来介绍基于检测到的直流支撑电容的纹波电流来对直流支撑电容进行保护处理的步骤。
图4示出根据本发明示例性实施例的风电变流器中直流支撑电容的保护方法的流程图。
参照图4，在步骤S10中，获取风电变流器的直流桥电压的采样电压值。
在步骤S20中，根据获得的采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流。
这里，应理解，图4所示的步骤S10和步骤S20与图1中所示的步骤S100和步骤S200相同，本发明对此部分内容不再赘述。
在步骤S30中，判断直流支撑电容的纹波电流是否大于预设电流阈值。
当直流支撑电容的纹波电流不大于(即，小于或等于)预设电流阈值时，不对直流支撑电容进行保护处理。
当直流支撑电容的纹波电流大于预设电流阈值时，执行步骤S40：执行对直流支撑电容的保护处理。优选地，预设电流阈值可为直流支撑电容的额定电流或者直流支撑电流的额定电流与安全系数的乘积。这里，安全系数的取值范围可为0～1之间，这是考虑到电网存在波动，将额定电流与安全系数的乘积与直流支撑电容的纹波电流进行比较可有效避免由于电网波动而导致的结果误判。
一种情况，执行对直流支撑电容的保护处理的步骤可包括：控制风电变流器停止工作。
另一种情况，执行对直流支撑电容的保护处理的步骤可包括：产生报警信号以对现场的工作人员进行提示，从而由工作人员决定对直流支撑电容的具体保护处理方式。
图5示出根据本发明示例性实施例的风电变流器中直流支撑电容的纹波电流检测装置的框图。
如图5所示，根据本发明示例性实施例的风电变流器中直流支撑电容的纹波电流检测装置包括电压获取单元100和电流确定单元200。
具体说来，电压获取单元100获取风电变流器的直流桥电压的采样电压值。
作为示例，电压获取单元100可通过获取集成在风电变流器机侧整流器、风电变流器网侧逆变器或风电变流器的制动单元内部的直流桥电压传感器测量得到的直流桥电压来获得采样电压值。
优选地，采样电压值可包括预定采样周期内起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值。例如，预定采样周期可为直流桥电压的下降周期或直流桥电压的上升周期。
电流确定单元200根据获得的采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流。
可选地，电流确定单元200可根据第一电压值、第二电压值、预定采样周期内的采样点的数量、预定采样周期的时间长度、风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量、所有并联直流支撑电容支路的总容值确定直流支撑电容的纹波电流。
例如，电流确定单元200可利用上述公式(1)来确定直流支撑电容的纹波电流。
图6示出根据本发明示例性实施例的风电变流器中直流支撑电容的保护装置的框图。
如图6所示，根据本发明示例性实施例的风电变流器中直流支撑电容的保护装置包括电压获取单元100、电流确定单元200和保护单元300。
具体说来，电压获取单元100获取风电变流器的直流桥电压的采样电压值。
电流确定单元20根据获得的采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流。
这里，应理解，图6所示的电压获取单元100和电流确定单元200与图5中所示的电压获取单元100和电流确定单元200相同，本发明对此部分内容不再赘述。
保护单元300可判断直流支撑电容的纹波电流是否大于预设电流阈值，当确定直流支撑电容的纹波电流不大于(即，小于或等于)预定电流阈值时，保护单元300不对直流支撑电容进行保护处理，当确定直流支撑电容的纹波电流大于预设电流阈值时，保护单元300执行对直流支撑电容的保护处理。
优选地，预设电流阈值可为直流支撑电容的额定电流或者直流支撑电流的额定电流与安全系数的乘积。这里，安全系数的取值范围可为0～1之间，这是考虑到电网存在波动，将额定电流与安全系数的乘积与直流支撑电容的纹波电流进行比较可有效避免由于电网波动而导致的结果误判。
一种情况，保护单元300可控制风电变流器停止工作。
另一种情况，保护单元300可产生报警信号以进行提示对现场的工作人员，从而由工作人员决定对直流支撑电容的具体保护处理方式。
采用本发明示例性实施例的所述直流支撑电容保护方法和装置及纹波电流检测方法和装置，能够在不增加硬件检测设备的情况下，实现对风电变流器直流支撑电容的纹波电流的检测，并对直流支撑电容进行保护处理，以避免直流支撑电容被烧毁失效。
此外，应该理解，根据本发明示例性实施例的风电变流器中直流支撑电容的保护装置和直流支撑电容的检测装置中的各个单元可被实现硬件组件和/或软件组件。本领域技术人员根据限定的各个单元所执行的处理，可以例如使用现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现各个单元。
此外，根据本发明示例性实施例的风电变流器中直流支撑电容的保护方法和直流支撑电容的检测方法可以被实现为计算机可读记录介质中的计算机代码。本领域技术人员可以根据对上述方法的描述来实现所述计算机代码。当所述计算机代码在计算机中被执行时实现本发明的上述方法。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (7)

1.一种风电变流器中直流支撑电容的保护方法，其特征在于，风电变流器包括机侧整流器、制动单元和网侧逆变器，机侧整流器通过机侧断路器连接到永磁同步发电机，网侧逆变器通过网侧断路器连接到电网，直流支撑电容并联在风电变流器的正负母排之间，
其中，所述保护方法包括：
获取风电变流器的直流桥电压的采样电压值，所述直流桥电压为直流支撑电容两端的电压，其中，所述直流桥电压的采样电压值由集成在机侧整流器、制动单元或网侧逆变器内部的直流桥电压传感器测量得到；
根据获得的所述采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流；
当所述纹波电流大于预设电流阈值时，执行对所述直流支撑电容的保护处理，
其中，所述采样电压值为预定采样周期内起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值，所述预定采样周期为直流桥电压的下降周期或直流桥电压的上升周期，
其中，根据获得的所述采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流的步骤包括：
根据所述第一电压值、所述第二电压值、所述预定采样周期内的采样点的数量、所述预定采样周期的时间长度、风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量、所有并联直流支撑电容支路的总容值确定直流支撑电容的纹波电流。
2.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，利用如下公式来确定直流支撑电容的纹波电流，
其中，IC为所述直流支撑电容的纹波电流，UD1为所述第一电压值，UD2为所述第二电压值，C为所有并联直流支撑电容支路的总容值，R为风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量，Q为所述预定采样周期内的采样点的数量，T为所述预定采样周期的时间长度。
3.一种风电变流器中直流支撑电容的纹波电流检测方法，其特征在于，风电变流器包括机侧整流器、制动单元和网侧逆变器，机侧整流器通过机侧断路器连接到永磁同步发电机，网侧逆变器通过网侧断路器连接到电网，直流支撑电容并联在风电变流器的正负母排之间，
其中，所述检测方法包括：
获取风电变流器的直流桥电压的采样电压值，所述直流桥电压为直流支撑电容两端的电压，其中，所述直流桥电压的采样电压值由集成在机侧整流器、制动单元或网侧逆变器内部的直流桥电压传感器测量得到；
根据获得的所述采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流，
其中，所述采样电压值为预定采样周期内起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值，所述预定采样周期为直流桥电压的下降周期或直流桥电压的上升周期，
其中，根据获得的所述采样电压值计算直流支撑电容的纹波电流的步骤包括：
根据所述第一电压值、所述第二电压值、所述预定采样周期内的采样点的数量、所述预定采样周期的时间长度、风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量、所有并联直流支撑电容支路的总容值确定直流支撑电容的纹波电流。
4.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于，利用如下公式来确定直流支撑电容的纹波电流，
其中，IC为所述直流支撑电容的纹波电流，UD1为所述第一电压值，UD2为所述第二电压值，C为所有并联直流支撑电容支路的总容值，R为风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量，Q为所述预定采样周期内的采样点的数量，T为所述预定采样周期的时间长度。
5.一种风电变流器中直流支撑电容的保护装置，其特征在于，风电变流器包括机侧整流器、制动单元和网侧逆变器，机侧整流器通过机侧断路器连接到永磁同步发电机，网侧逆变器通过网侧断路器连接到电网，直流支撑电容并联在风电变流器的正负母排之间，
其中，集成在机侧整流器、制动单元或网侧逆变器内部的直流桥电压传感器测量风电变流器的直流桥电压的采样电压值，所述保护装置集成在风电变流器的控制器中，所述保护装置包括：
电压获取单元，获取风电变流器的直流桥电压的采样电压值，所述直流桥电压为直流支撑电容两端的电压；
电流确定单元，根据获得的所述采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流；
保护单元，当所述纹波电流大于预设电流阈值时，保护单元执行对所述直流支撑电容的保护处理，
其中，所述采样电压值为预定采样周期内起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值，所述预定采样周期为直流桥电压的下降周期或直流桥电压的上升周期，
所述电流确定单元根据所述第一电压值、所述第二电压值、所述预定采样周期内的采样点的数量、所述预定采样周期的时间长度、风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量、所有并联直流支撑电容支路的总容值确定直流支撑电容的纹波电流。
6.一种风电变流器中直流支撑电容的纹波电流检测装置，其特征在于，风电变流器包括机侧整流器、制动单元和网侧逆变器，机侧整流器通过机侧断路器连接到永磁同步发电机，网侧逆变器通过网侧断路器连接到电网，直流支撑电容并联在风电变流器的正负母排之间，
其中，集成在机侧整流器、制动单元或网侧逆变器内部的直流桥电压传感器测量风电变流器的直流桥电压的采样电压值，所述纹波电流检测装置集成在风电变流器的控制器中，所述纹波电流检测装置包括：
电压获取单元，获取风电变流器的直流桥电压的采样电压值，所述直流桥电压为直流支撑电容两端的电压；
电流确定单元，根据获得的所述采样电压值确定直流支撑电容的纹波电流，
其中，所述采样电压值为预定采样周期内起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值，所述预定采样周期为直流桥电压的下降周期或直流桥电压的上升周期，
所述电流确定单元根据所述第一电压值、所述第二电压值、所述预定采样周期内的采样点的数量、所述预定采样周期的时间长度、风电变流器中并联直流支撑电容支路的总数量、所有并联直流支撑电容支路的总容值确定直流支撑电容的纹波电流。
7.一种风电变流器的控制器，其特征在于，包括权利要求5所述的直流支撑电容的保护装置或者权利要求6所述的直流支撑电容的纹波电流检测装置。
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