CN103647442B - 一种预充电回路以及发电系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种预充电回路以及发电系统。一种预充电回路，所述预充电回路的两端分别连接在变流器并网开关的两端，包括：第一开关、第二开关、电阻器和电容器，其中，第一开关、第二开关和电容器串联连接在变流器并网开关的两端，电容器在第一开关和第二开关之间，并且电容器与电阻器并联连接。

Description

一种预充电回路以及发电系统
技术领域
本发明涉及一种预充电回路及使用该预充电回路的发电系统，更具体地说，涉及一种基于充电电容器的预充电回路。
背景技术
目前，在图1至图4所示的现有技术中的风力发电系统中，采用背靠背的双PWM（脉宽调制）变流器作为电能变换器。上述风力发电系统的基本结构均为交直交（AC-DC-AC）的拓扑结构，风力发电机产生的三相交流电通过机侧变流模块整流成直流电，能量存储在直流母线PN上，然后通过变流器电网侧变流模块进行逆变，将直流母线上的能量转换成电网可以接收的三相电，从而形成由电机到电网的能量转换环，实现能量的转移。
在图1至图4中示出的不同拓扑结构的变流器系统中，当变流器启动运行流程时，需要首先对直流母线PN间的直流电容进行充电。因此，需要具备预充电回路，使在变流器充电到一定电压值之后，才能够闭合变流器连接电机侧开关和变流器连接电网侧开关。
图5示出了现有技术中的基于电阻的预充电回路的电路图。如图5中所示，现有的预充电回路采用充电电阻和预充电开关配合作为预充电回路的主要器件，当变流器并网开关断开时，闭合预充电开关，从而电网电压通过充电电阻短路掉变流器并网开关，连接到变流器并网电抗器，再通过变流器电网侧模块整流后对直流母线充电。然而，现有的预充电回路需要使用电阻作为充电介质，往往充电电阻体积较大，同时充电电阻存在发热损耗。因此，需要一种体积小且不易发热的预充电电路。
发明内容
本发明在于提供一种使用电容器作为充电介质的预充电回路。由于电容器是储能器件，不存在损耗，且体积较小，因此可以解决预充电回路体积大且发热损耗大的问题。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种预充电回路，所述预充电回路的两端分别连接在变流器并网开关的两端，其特征在于，包括：第一开关、第二开关、电阻器和电容器，其中，第一开关、第二开关和电阻器串联连接在变流器并网开关的两端，电阻器在第一开关和第二开关之间，电容器与电阻器并联连接。
优选地，所述预充电回路还包括用于检测变流器直流母线电压的电压计以及用于根据变流器直流母线电压控制第一开关、第二开关和变流器并网开关的开闭的控制器。
优选地，当电压计检测到变流器直流母线电压小于预定值时，控制器进行控制以断开变流器并网开关，并且闭合第一开关和第二开关。
优选地，当电压计检测到变流器直流母线电压等于或大于预定值时，控制器进行控制以断开第一开关和第二开关，并且闭合变流器并网开关。
优选地，电阻器的阻值对应于电容器的放电时间。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种发电系统，该发电系统包括所述预充电回路。
优选地，所述发电系统是风力发电系统。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出现有的双馈风力发电系统（无直流母线中点）；
图2示出现有的双馈风力发电系统（直流母线中点接地）；
图3示出现有的直驱风力发电系统（无直流母线中点）；
图4示出现有的直驱风力发电系统（直流母线中点接地）；
图5示出现有的基于电阻的预充电回路的电路图；
图6示出根据本发明示例性实施例的基于电容器的预充电回路的电路图；
图7示出根据本发明示例性实施例的预充电回路充电过程的波形图；
图8示出根据本发明示例性实施例的预充电回路充电过程的另一波形图。
具体实施方式
现将详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号指示相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。然而应理解，所描述的实施例只是本发明的一部分，而不是全部的实施例。示出的具体实施例不将本发明构思限制为特定的公开形式，而是包括本发明构思的精神和技术范围中的各种修改、等同或者替代物。
图6示出根据本发明示例性实施例的基于电容器的预充电回路的电路图。
参照图6，预充电回路在变压器的三相输出线的每根输出线上的变流器并网开关的两端。以预充电回路1为例，在预充电回路1中，第一开关S11、第二开关S12和电容器C1串联连接在变流器并网开关S1的两端，电容器C1在第一开关S11和第二开关S12之间，并且电容器C1与电阻器R1并联。
预充电回路1还可包括电压计，用于检测变流器直流母线电压；控制器，用于根据变流器直流母线电压控制变流器并网开关S1以及第一开关S11、第二开关S12的开闭。具体地说，当电压计检测到变流器直流母线电压小于预定值时，控制器进行控制以断开变流器并网开关S1，并闭合第一开关S11、第二开关S12，从而变流器直流母线电压通过预充电回路1被充电。当电压计检测到被充电的变流器直流母线电压等于或大于预定值时，控制器进行控制以断开第一开关S11和第二开关S12，并且闭合变流器并网开关S1，从而电容器C1通过与其并联的电阻器R1放电，此时，预充电回路1被短路。电阻器R1的阻值对应于电容器C1的放电时间。可根据电容器C1的放电时间适当地调整电阻器R1的阻值，使得在泄放电容器C1上存储的电荷时，避免电容器C1长时间带电，也避免在下次进行预充电时由于电容器C1带电而造成的电容电流冲击。
由于预充电回路2和3与预充电回路1的结构和操作相同，因此在此省略对其的详细描述。
图7示出根据本发明示例性实施例的预充电回路充电过程的波形图。在图7中，虚线表示直流母线电压，实线表示预充电回路上的一相电流（即，一根输出线上的电流）。图8示出根据本发明示例性实施例的预充电回路充电过程的另一波形图。在图8中，虚线表示直流母线电压；实线表示电容器两端的电压。从图7和图8中可以看出，利用根据本发明实施例的预充电回路，充电过程平滑，变流器直流母线电压上升平滑，在充电过程中对电容器的冲击电流小，同时，预充电回路的体积减小。
虽然本发明实施例示出了设置在三相输出线上的预充电回路，但是本领域技术人员应该理解，根据本发明的预充电回路可以设置在除了三相以外的任何数量的输出线上。
如图6所示的预充电回路可以应用于图1至图4示出的现有风力发电系统以及其他使用预充电回路的发电系统中。
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 (4)

1.一种预充电回路，所述预充电回路的两端分别连接在变流器并网开关的两端，其特征在于，包括：第一开关、第二开关、电阻器和电容器，其中，第一开关、第二开关和电容器串联连接在变流器并网开关的两端，电容器在第一开关和第二开关之间，并且电容器与电阻器并联连接，
其特征在于，还包括用于检测变流器直流母线电压的电压计以及用于根据变流器直流母线电压控制第一开关、第二开关和变流器并网开关的开闭的控制器，
当电压计检测到变流器直流母线电压等于或大于预定值时，控制器进行控制以断开第一开关和第二开关，并且闭合变流器并网开关，
当电压计检测到变流器直流母线电压小于预定值时，控制器进行控制以断开变流器并网开关，并且闭合第一开关和第二开关，从而变流器直流母线电压通过预充电回路被充电。
2.根据权利要求1所述的预充电回路，其特征在于，电阻器的阻值对应于电容器的放电时间。
3.一种发电系统，其特征在于，包括如权利要求1-2任意一项所述的预充电回路。
4.根据权利要求3所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统是风力发电系统。
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