CN104393569A - 一种风电转子侧变换器短路保护电路及方法 - Google Patents

Abstract

一种风电转子侧变换器短路保护电路及方法，所述电路包括，三相光纤电流传感器、电流处理电路、数字信号处理器DSP和可编程逻辑器件FPGA芯片、声光报警装置。所述保护方法：三相光纤电流传感器检测转子侧变换器的输入电流，经处理传送至数字信号处理器DSP,数字信号处理器DSP判断是否发生电流短路，产生相应的输出信号SC给可编程逻辑器件FPGA芯片，可编程逻辑器件FPGA芯片根据SC信号确定是否输出转子侧变换器PWM驱动信号，从而控制转子侧变换器的通断，实现转子侧变换器的短路保护。本发明抗扰性强，能快速检测到电流的变化和提高电流检测范围，实现远距离大电流的检测；提高了变换器短路时的响应速度，且结构简单，易于实现；安全可靠。

Description

一种风电转子侧变换器短路保护电路及方法

技术领域

本发明风电变流器维护领域，尤其涉及一种新型风电转子侧变换器短路保护电路，并提供该变流器短路保护方法，以提高风电系统运行和并网的安全性。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题的严重化，风能作为一种绿色可再生能源受到高度重视，近年来风电产业迅速发展，风能作为能源供应的比率也大大提高。双馈电机因其高效性和灵活性在风力发电领域得到广泛应用，同时风电并网的技术和设备也在不断发展完善。

然而，风电机组装机容量的增大和大规模的并网常常导致风电变流器出现短路故障，不仅影响电网电压，且严重损坏并网装置，导致风电系统不能正常运行。因此，研究风电变流器的短路检测和保护是很有必要的。

现有的短路保护装置包括断路器，熔断器等，当电路电流过大或发生短路时切断开关来保护设备，这种保护方式都是机械式的且功能比较单一，响应速度较慢，有时会对设备造成不可估量的损坏。

发明型内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种的风电转子侧变换器短路保护电路，并给出了一种风电转子侧变换器短路保护方法，该方法响应速度快，且控制简单，易于实现，能够提高风电系统运行和并网的安全性。

本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现：

一种风电转子侧变换器短路保护电路包括：三相光纤电流传感器，用于检测转子侧变换器输入电流；电流处理电路，对三相光纤电流传感器检测到的三相电流进行处理以获得电流有效值的数字信号处理器DSP输入信号；数字信号处理器DSP，将所述输入信号处理后产生转子侧变换器PWM驱动信号、与可编程逻辑器件FPGA芯片相应的输出信号SC和声光报警信号；可编程逻辑器件FPGA芯片，与数字信号处理器DSP通信将PWM驱动信号解析后输出至转子侧变换器；声光报警装置，当转子侧变换器短路时接收所述声光报警信号发出声光报警。

所述三相光纤电流传感器包括三个单相光纤电流传感器。

所述单相光线电流传感器包括激光光源、送光光纤、传感头、光学部、受光光纤以及信号检测和处理电路；所述激光光源和送光光纤相连，所述送光光纤和光学部输入端相连，所述光学部和传感头相连，所述光学部输出端经受光光纤与信号检测和处理电路连接。

所述传感头包含环状光纤和导体，其中环状光纤环绕被测导体一周。

所述光学部包括起偏镜和检偏镜，起偏镜用于产生偏振光，检偏镜用检测产生的偏振光。

所述信号检测和处理电路包括光电探测器和光电转换电路，光电探测器接收受光光纤传输的光信号并将光信号输出至光电转换电路，光电转换电路实现光信号的转换和电流的输出。

所述数字信号处理器DSP采用TMS320F28335芯片。

所述可编程逻辑器件FPGA芯片采用EP1C6T144C8芯片。

一种风电转子侧变换器短路保护电路的短路保护方法如下：采用三相光纤电流传感器检测转子侧变换器输入电流；采用电流处理电路对三相光纤电流传感器检测到的三相电流进行处理以获得电流有效值的数字信号处理器DSP输入信号；采用数字信号处理器DSP将所述输入信号处理后产生转子侧变换器PWM驱动信号、与可编程逻辑器件FPGA芯片相应的输出信号SC和声光报警信号；采用可编程逻辑器件FPGA芯片与数字信号处理器DSP通信将PWM驱动信号解析后输出至转子侧变换器，控制转子侧变换器的通断，实现转子侧变换器的短路保护；当转子侧变换器短路时，声光报警装置接收所述声光报警信号发出声光报警。

可编程逻辑器件FPGA芯片同时判断由数字信号处理器DSP输入的PWM驱动信号是否存在死区，当PWM驱动信号存在死区且输出信号SC满足要求才输出转子侧变换器PWM驱动信号至转子侧变换器。

本发明的优点在于：

1.采用三相光纤电流传感器替换普通电流互感器，抗扰性强，能够快速检测到电流的变化，且能有效提高电流检测范围，实现复杂环境下远距离大电流的检测；

2.用数字信号处理器DSP和可编程逻辑器件FPGA芯片实现转子侧变换器的控制和短路保护，提高了变换器短路时的响应速度，且结构简单，易于实现；

3.同时声光报警装置也提高了转子侧变换器运行的安全性。

附图说明

图1是风力发电转子侧变换器短路保护整体结构图；

图2是单相光纤电流传感器结构图；

图3是三相光纤电流传感器转子侧电流检测结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种风电转子侧变换器短路保护电路，如图1所示，所述短路保护电路包括，三相光纤电流传感器，用于检测转子侧变换器输入电流；电流处理电路，对三相电流进行处理以获得电流有效值的数字信号处理器DSP输入信号；数字信号处理器DSP和可编程逻辑器件FPGA芯片，实现转子侧变换器的控制和短路保护；声光报警装置，用于变流器短路时的声光报警。

三相光纤电流传感器包括三个单相光纤电流传感器，单相光纤电流传感器的结构如图2所示。它包括激光光源，送光光纤，传感头，光学部，受光光纤以及信号检测和处理电路。其中，激光光源和送光光纤输入端相连，所述送光光纤输出端和光学部输入端相连，所述光学部输出端和传感头相连，所述光学部输出端经受光光纤与信号检测和处理电路连接。所述传感头包含环状光纤和导体，其中环状光纤环绕被测导体一周；所述光学部包括起偏镜和检偏镜等光学部件，用于偏振光的产生和经过偏转后的检测；所述信号检测和处理电路为光电探测器和光电转换电路，实现光电信号的转换和电流的输出。

三相光纤电流传感器转子侧电流检测结构如图3所示，包括：转子侧变流器，用于输出待测A,B,C三相电流；光源，输送光纤，起偏器及偏振分离器，三路分路器，传感头A,B,C，检偏器A,B,C，光信号检测及处理电路，用于实现A,B,C三相电流的检测。转子侧变流器电流检测过程如下：激光光源发出的光经起偏器产生偏振光，再经偏振分离器产生两束偏振光，通过送光光纤传送至三路分路器，上述偏振光分为三路分别传送至光纤电流传感器的传感头A,B,C，三路偏振光经过环绕待测A,B,C三相电流导体的环状光纤，由于受到被测A,B,C三相电流产生的磁场的影响而产生相位偏移，经过检偏器A,B,C，和光纤传送至光信号检测和处理电路，对测得的偏转后的光信号处理得到A,B,C三相实时电流。

将上述三相光纤电流传感器转子侧电流检测电路作为变流器转子侧电流检测部分，并加入变流器短路保护控制模块，就构成风力发电转子侧变换器短路保护电路。风力发电转子侧变换器短路保护整体结构如图1所示。它由风力发电系统和转子侧变换器短路保护电路两部分组成。其中，风力发电系统包括风轮、齿轮箱、双馈电机、变压器、转子侧变换器、电容、网侧变换器和电网。短路保护电路中的数字信号处理器DSP采用TMS320F28335芯片，用于三相光纤电流传感器所测电流的采样和处理，转子侧变换器PWM驱动信号的产生，声光报警装置的控制及可编程逻辑器件FPGA芯片相应输入信号的产生；可编程逻辑器件FPGA采用EP1C6T144C8芯片，用于控制转子侧变换器PWM驱动信号的输出。所述声光报警装置包括警灯和警铃，用于转子侧变换器短路的报警提示。

本实施例还提供一种风电转子侧变换器短路保护方法，利用上述风电转子侧变换器短路保护电路对转子侧变换器进行实时短路检测和保护。

如图1所示，数字信号处理器DSP产生转子侧变换器驱动信号经PWM口传送至可编程逻辑器件FPGA芯片，三相光纤电流传感器检测转子侧变换器的三相输入电流，经电流处理电路产生有效的数字信号处理器DSP输入信号,与数字信号处理器DSP的A/D口相连，若风电转子侧变换器发生短路，数字信号处理器DSP经检测判断后产生电流短路高电平信号SC(反之为低电平),SC经DO口传送至可编程逻辑器件FPGA芯片,则可编程逻辑器件FPGA芯片立刻封锁转子侧变换器PWM驱动信号输出，同时产生关断信号OFF信号并由DI口传送给数字信号处理器DSP,直到电路恢复正常，数字信号处理器DSP产生复位信号RESET经DO口传送给可编程逻辑器件FPGA芯片,且可编程逻辑器件FPGA芯片判断PWM信号存在死区时才会正常输出转子侧变换器PWM驱动信号，从而实现转子侧变换器的控制，使风并网装置正常运行。短路时数字信号处理器DSP产生的SC信号同时传统至声光报警装置，实现变流器短路报警提示。

Claims (10)

1.一种风电转子侧变换器短路保护电路，其特征在于包括：三相光纤电流传感器，用于检测转子侧变换器输入电流；电流处理电路，对三相光纤电流传感器检测到的三相电流进行处理以获得电流有效值的数字信号处理器DSP输入信号；数字信号处理器DSP，将所述数字信号处理器DSP输入信号处理后产生转子侧变换器PWM驱动信号、与可编程逻辑器件FPGA芯片相应的输出信号SC和声光报警信号；可编程逻辑器件FPGA芯片，与数字信号处理器DSP通信将PWM驱动信号解析后输出至转子侧变换器；声光报警装置，当转子侧变换器短路时接收所述声光报警信号发出声光报警。

2.根据权利要求1中所述的风电转子侧变换器短路保护电路，其特征在于，所述三相光纤电流传感器包括三个单相光纤电流传感器。

3.根据权利要求2中所述的风电转子侧变换器短路保护电路，其特征在于，所述单相光线电流传感器包括激光光源、送光光纤、传感头、光学部、受光光纤以及信号检测和处理电路；所述激光光源和送光光纤相连，所述送光光纤和光学部输入端相连，所述光学部和传感头相连，所述光学部输出端经受光光纤与信号检测和处理电路连接。

4.根据权利要求3中所述的风电转子侧变换器短路保护电路，其特征在于，所述传感头包含环状光纤和导体，其中环状光纤环绕被测导体一周。

5.根据权利要求3中所述的风电转子侧变换器短路保护电路，其特征在于，所述光学部包括起偏镜和检偏镜，起偏镜用于产生偏振光，检偏镜用检测产生的偏振光。

6.根据权利要求3中所述的单相光纤电流传感器，其特征在于，所述信号检测和处理电路包括光电探测器和光电转换电路，光电探测器接收受光光纤传输的光信号并将光信号输出至光电转换电路，光电转换电路实现光信号的转换和电流的输出。

7.根据权利要求1中所述的风电转子侧变换器短路保护电路，其特征在于，所述数字信号处理器DSP采用TMS320F28335芯片。

8.根据权利要求1中所述的风电转子侧变换器短路保护电路，其特征在于，所述可编程逻辑器件FPGA芯片采用EP1C6T144C8芯片。

9.一种如权利要求1所述的风电转子侧变换器短路保护电路的短路保护方法，其特征在于所述方法如下：采用三相光纤电流传感器检测转子侧变换器输入电流；采用电流处理电路对三相光纤电流传感器检测到的三相电流进行处理以获得电流有效值的数字信号处理器DSP输入信号；采用数字信号处理器DSP将所述输入信号处理后产生转子侧变换器PWM驱动信号、与可编程逻辑器件FPGA芯片相应的输出信号SC和声光报警信号；采用可编程逻辑器件FPGA芯片与数字信号处理器DSP通信将PWM驱动信号解析后输出至转子侧变换器，控制转子侧变换器的通断，实现转子侧变换器的短路保护；当转子侧变换器短路时，声光报警装置接收所述声光报警信号发出声光报警。

10.根据权利要求9中所述的风电转子侧变换器短路保护电路的短路保护方法，其特征在于，可编程逻辑器件FPGA芯片同时判断由数字信号处理器DSP输入的PWM驱动信号是否存在死区，当PWM驱动信号存在死区且输出信号SC满足要求才输出转子侧变换器PWM驱动信号至转子侧变换器。