CN102244466B - 电压跌落发生装置 - Google Patents

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张秀娟
李建国
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Abstract

一种电力电子设备技术领域的电压跌落发生装置,包括:整流单元、逆变单元、旁路单元、滤波单元和控制单元,整流单元与逆变单元的直流侧相连并为其提供跌落时所需的能量,逆变单元和滤波单元依次串接于电网系统和负载之间以生成跌落电压,旁路单元并接于逆变单元两端,滤波单元串接于逆变单元的单相逆变桥输出两端以滤除逆变单元的开关频率,控制单元分别与整流单元、逆变单元、旁路单元相连接以控制整个装置的运行。本发明采用全控电力电子器件IGBT组成的单相逆变器,可按设定参数精确的输出跌落电压,克服现有技术的不足之处,使风电设备低电压穿越的测试和检验更为方便。

Description

电压跌落发生装置
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种电力电子设备技术领域的装置,具体是一种电压跌落发生装置。
背景技术
[0002] 随着风力发电的迅猛发展,其在电网系统中所占比重也越来越大,在电网系统发生电压跌落故障时风电机组如果脱机将严重影响电网系统的稳定运行,现在该问题已引起业内的重视,相关标准也在着手制定中,同时风电设备厂家也在进行相应的技术改造,以解决设备的低电压穿越问题。但在生产和现场需要对该功能进行测试和验证时,却因不好模拟系统电压跌落而变的非常困难。现有的一些产生电压跌落的设备基本都是采用电抗分压的方式制造跌落,但该方式跌落深度等跌落参数不易修改,且会在系统侧产生很大的短路电流,对变压器等电气设备产生冲击,甚至损坏。
[0003] 现有技术中采用电力电子器件产生电压跌落的方式主要有交直交变换形式的,即先通过整流将系统交流整为直流,再通过逆变器将直流逆变为大小可变的交流电压给负载供电,其原理如图1所示。该种方式实际上是将由整流器和逆变器组成的电压跌落发生器作为交流电压源使用,这首先要求整个装置的容量必须大于负载的总容量;其次因为负载为风机,这要求整流器能够向电网系统输送能量,即整流器需为全控整流;再者,在测试过程中即使不跌落,整流器和逆变器也需处于解锁运行状态,如果是在现场测试,则当电压跌落发生装置故障时风机也将无法运行。
发明内容
[0004] 本发明针对现有技术存在的上述不足,提供一种电压跌落发生装置,采用全控电力电子器件IGBT组成的单相逆变器,可按设定参数精确的输出跌落电压,克服现有技术的不足之处,使风电设备低电压穿越的测试和检验更为方便。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的,本发明包括:整流单元、逆变单元、旁路单元、滤波单元和控制单元,其中:整流单元与逆变单元的直流侧相连并为其提供跌落时所需的能量,逆变单元和滤波单元依次串接于电网系统和负载之间以生成跌落电压,旁路单元并接于逆变单元两端,滤波单元串接于逆变单元的单相逆变桥输出两端以滤除逆变单元的开关频率,控制单元分别与整流单元、逆变单元、旁路单元相连接并输出控制指令以控制整个装置的运行。
[0006] 所述的整流单元包括:缓启动电路、整流变压器和三相整流桥,其中:缓启动电路的一端与电网系统相连接,另一端与整流变压器的原边相连接,整流变压器的副边与三相整流桥的输入端相连,整流桥的输出端与逆变单元的直流电容两端相连。
[0007] 所述的缓启动电路包括:旁路接触器和与之相并接的缓启动电阻。
[0008] 所述的逆变单元包括:单相逆变桥和直流电容,其中:单相逆变桥由四个IGBT (绝缘栅双极型晶体管)及其驱动二极管组成,单相逆变桥的上、下桥臂两端与用于滤除直流波纹的直流电容并接,IGBT接收控制单元下发的脉冲信号动作。
[0009] 所述的旁路单元包括:旁路断路器和隔离开关,其中:旁路断路器的一端与电网系统相连接,另一端与所述负载相连接,隔离开关由输入隔离开关和输出隔离开关组成,输入隔离开关设置于电网系统和滤波单元的输出端之间,输出隔离开关设置于负载和滤波单元的输出端之间;当所述电压跌落发生装置待机时,旁路断路器闭合,两隔离开关闭合;停机时,旁路断路器闭合,两隔离开关断开。
[0010] 所述的滤波单元包括:连接电抗、滤波电容和滤波电阻,其中:两个连接电抗的一端分别与逆变单元的单相逆变桥的两个输出端相连,另一端分别与输入隔离开关和输出隔尚开关相连,滤波电容和滤波电阻相串联并与输入隔尚开关和输出隔尚开关相连。
[0011] 所述的控制单元包括:信号采集单元、控制计算单元、脉冲生成单元、故障保护单元和通信单元,其中:信号采集单元分别采集电网系统电压信号、逆变器输出电压信号和逆变器输出电流信号并分别输出至故障保护单元和控制计算单元,控制计算单元部分计算出运行参数并输出至脉冲生成单元,脉冲生成单元部分根据运行参数生成IGBT脉冲信号并输出至逆变单元以控制IGBT动作,故障保护单元根据采集的信号判断本装置是否有故障发生并输出保护动作指令,通信单元与远方的控制后台相连以更新运行参数。
[0012] 本装置可以分别设定三相的跌落深度和时间,另外还可根据A相的相位设定跌落相位,而装置输出采用闭环控制的方式,控制器实时采集逆变器输出的电压和滤波回路电流,同时根据设定的跌落参数,经过控制运算后生成相应输出参考值和PWM脉冲,使逆变器按设定参数精确的输出跌落电压。
附图说明
[0013] 图1为交直交变换形式的VSG原理图。
[0014] 图2为本发明结构示意图。
[0015] 图3为实施例结构示意图。
[0016] 图4为整流单元示意图。
[0017] 图5为控制单元示意图。
[0018] 图6为实施例跌落一次的完整波形示意图。
[0019] 图7为实施例跌落一次的起始波形示意图。
具体实施方式
[0020] 下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0021] 如图2所示,本实施例包括:整流单元1、逆变单元2、旁路单元3、滤波单元4和控制单元5,其中:整流单元I与逆变单元2的直流侧相连并为其提供跌落时所需的能量,逆变单元2和滤波单元4依次串接于电网系统6和负载7之间以生成跌落电压,旁路单元3并接于逆变单元2两端,滤波单元4串接于逆变单元2的单相逆变桥13的输出两端以滤除逆变单元2的开关频率,控制单元5分别与整流单元1、逆变单元2、旁路单元3相连接从而实现对整个装置的控制。[0022] 如图4所示,所述的整流单元I包括:缓启动电路XZ、整流变压器T和三相整流桥Q,其中:缓启动电路XZ的一端与电网系统6相连接,另一端与整流变压器T的原边相连接,整流变压器T的副边与三相整流桥Q的输入端相连,三相整流桥Q的输出端与逆变单元2的直流电容两端相连。
[0023] 图4中整流变压器副边为三绕组,图中所示仅为一个绕组的接线组成,另两绕组的接线与其完全相同。
[0024] 所述的缓启动电路8包括:旁路接触器Jl和与之相并接的缓启动电阻Ra〜Re。
[0025] 所述的逆变单元2包括:直流电容、IGBT及其驱动,其中四个IGBT组成单相逆变桥,单相逆变桥的上下桥臂两端并接以滤除直流纹波的直流电容,IGBT接收控制单元下发的脉冲信号动作。
[0026] 如图3所示,所述的旁路单元3包括:旁路断路器QFl和隔离开关QS1、QS2,其中:旁路断路器QFl的一端与电网系统6相连接,另一端与所述负载7相连接,隔离开关由输入隔离开关QSl和输出隔离开关QS2组成,输入隔离开关QSl设置于电网系统6和滤波单元4的输出端之间,输出隔离开关QS2设置于负载7和滤波单元4的输出端之间;当所述电压跌落发生本装置待机时,旁路断路器QFl闭合,两隔离开关QS1、QS2闭合;停机时,旁路断路器QFl闭合,两隔尚开关QS1、QS2断开。
[0027] 如图4所示,所述的滤波单元4包括:连接电抗L、滤波电容C和滤波电阻R,其中:连接电抗L的一端接逆变单元2的输出,另一端分别与输入隔离开关QSl和输出隔离开关QS2相连,滤波电容C和滤波电阻R相串联并与输入隔尚开关QSl和输出隔尚开关QS2相连。
[0028] 如图5所示,所述的控制单元5包括:所述的控制单元包括:信号采集单元、控制计算单元、脉冲生成单元、故障保护单元和通信单元,其中:信号采集单元分别采集电网系统电压信号、逆变器输出电压信号和逆变器输出电流信号并分别输出至故障保护单元和控制计算单元,控制计算单元部分计算出运行参数并输出至脉冲生成单元,脉冲生成单元部分根据运行参数生成IGBT脉冲信号并输出至逆变单元以控制IGBT动作,故障保护单元根据采集的信号判断本装置是否有故障发生并输出保护动作指令,通信单元与远方的控制后台相连以更新运行参数。
[0029] 本实施例中,电压跌落本装置设置于系统和测试风机之间,不需要产生电压跌落时,本装置旁路断路器QFl闭合,即本装置处于旁路状态,系统直接和风机连接,电流经旁路断路器QFl流通;本装置运行时,逆变单元2首先处于电子旁路状态,然后断开旁路断路器QF1,电流经连接电抗L和逆变器流通;在确定旁路部分断开以后,控制器根据设定的跌落相位、每相的跌落幅度及时间控制每相逆变器的输出。此时因为逆变器有输出电压,其持续运行所需的功率由整流电路提供。当电压跌落结束时,逆变器单元重新置于电子旁路状态,然后再闭合旁路断路器,整个跌落过程完全结束,本装置重新处于旁路状态中。
[0030] 旁路断路器QFl由带储能的电操控制,本装置整个运行过程自动完成。
[0031] 同电抗分压制造电压跌落的方式相比,本装置工作时对电网系统6冲击小,且体积小安装方便;同交直交的电压跌落发生本装置相比,本装置容量要求小,且只在实际跌落时工作,其余时间处于旁路状态,因此现场应用更加方便、可靠。
[0032] 如图2所示,本装置只在电压跌落时动作,其容量满足跌落实际所需容量即可,可以小于负载7的容量;而交直交方式的电压跌落本装置则除了在电压跌落时刻,还需在之前和之后的整个过程中处于持续动作运行状态,这样首先要求其容量不小于负载7容量,其次对其可靠性要求更高。
[0033] 如图5和图6所示,为本装置发生电压跌落的开始时刻,从波形可以看出过渡过程比较平稳。

Claims (2)

1.一种电压跌落发生装置,其特征在于,包括:整流单元、逆变单元、旁路单元、滤波单元和控制单元,其中:整流单元与逆变单元的直流侧相连并为其提供跌落时所需的能量,逆变单元和滤波单元依次串接于电网系统和负载之间以生成跌落电压,旁路单元并接于逆变单元两端,滤波单元串接于逆变单元的单相逆变桥输出两端以滤除逆变单元的开关频率,控制单元分别与整流单元、逆变单元、旁路单元相连接并输出控制指令以控制整个装置的运行; 所述的逆变单元包括:单相逆变桥、直流电容,其中:单相逆变桥由四个IGBT及其驱动二极管组成,单相逆变桥的上、下桥臂两端与用于滤除直流纹波的直流电容相并接,IGBT接收控制单元下发的脉冲信号动作; 所述的整流单元包括:缓启动电路、整流变压器和三相整流桥,其中:缓启动电路的一端与电网系统相连接,另一端与整流变压器的原边相连接,整流变压器的副边与三相整流桥的输入端相连,整流桥的输出端与逆变单元的直流电容两端相连; 所述的旁路单元包括:旁路断路器和隔离开关,其中:旁路断路器的一端与电网系统相连接,另一端与所述负载相连接,隔离开关由输入隔离开关和输出隔离开关组成,输入隔离开关设置于电网系统和滤波单元的输出端之间,输出隔离开关设置于负载和滤波单元的输出端之间;当所述电压跌落发生装置待机时,旁路断路器闭合,两隔离开关闭合;停机时,旁路断路器闭合,两隔离开关断开; 所述的滤波单元包括:连接电抗、滤波电容和滤波电阻,其中:两个连接电抗的一端分别与逆变单元的单相逆变桥的两个输出端相连,另一端分别与输入隔离开关和输出隔离开关相连,滤波电容和滤波电阻相串联并与输入隔尚开关和输出隔尚开关相连; 所述的控制单元包括:信号采集单元、控制计算单元、脉冲生成单元、故障保护单元和通信单元,其中:信号采集单元分别采集电网系统电压信号、逆变器输出电压信号和逆变器输出电流信号并同时将电网系统电压信号、逆变器输出电压信号和逆变器输出电流信号分别输出至故障保护单元和控制计算单元,控制计算单元部分计算出运行参数并输出至脉冲生成单元,脉冲生成单元部分根据运行参数生成IGBT脉冲信号并输出至逆变单元以控制IGBT动作,故障保护单元根据采集的信号判断本装置是否有故障发生并输出保护动作指令,通信单元与远方的控制后台相连以更新运行参数。
2.根据权利要求1所述的电压跌落发生装置,其特征是,所述的缓启动电路包括:旁路接触器和与之相并接的缓启动电阻。
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