CN106505728B - 风电双馈变流器在并网中的供电控制回路 - Google Patents

风电双馈变流器在并网中的供电控制回路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电双馈变流器在并网中的供电控制回路，包括交流电源、直流电源、UPS、并网接触器、中间继电器与监控继电器，所述的交流电源与UPS连通，UPS通过中间继电器连接并网接触器，所述的直流电源也连接并网接触器，直流电源与并网接触器间连接有监控继电器，所述的UPS包括输入端和输出端，所述的并网接触器包括第一线圈电源端、第二线圈电源端以及吸合信号端、分断信号端与公共触点端，且并网接触器设置在双馈变流器定子侧并与电网相连。本发明的回路结构简单，大幅度降低了整体成本，避免增加结构空间，并且具有设置失效监控的设计等优点。

Description

风电双馈变流器在并网中的供电控制回路
技术领域
本发明属于风力发电的技术领域，尤其是涉及一种风电双馈变流器在并网中的供电控制回路。
背景技术
风能已成为当前技术最成熟、最具备规模和开发条件的可再生洁净能源。风力发电机组是一套自动调节、无人值守的全自动化设备，在运行过程中，需要满足国家标准中对低电压穿越的要求，在一定时间内电压在额定电压20%不能脱网，故变流器的配电环节，即控制器以及主回路开关等部分的电源需要使用在线型UPS（Uninterruptible PowerSystem/Uninterruptible Power Supply，即不间断电源）。
但是随着风电领域的发展，风力发电机组容量不断增加，其应用于双馈变流器定子侧与电网连接的并网接触器容量随之增大，并网接触器合闸线圈的电流也随之增加，从而对为其供电的在线型UPS提出了要求。如果UPS内部逆变模块容量不足以支撑并网接触器合闸线圈的瞬间电流，会造成在并网接触器闭合瞬间，交流UPS电压降低，影响后端核心控制器及其他主回路器件控制电源电压，对双馈变流器正常运行造成威胁。
现在在线型UPS容量选用主要有两种，第一种方式是根据并网接触器合闸线圈瞬间电流的容量增加UPS容量，此种方法的弊端是在并网接触器容量增加后，要以主回路容量比例，甚至更大比例的方式加大UPS容量，而在长期运行过程中，其他控制回路容量并未增加，只是用到UPS容量的30~10%甚至更低，这种方式经济性很差，而且占用较大的变流器结构设计空间。
第二方式是种根据UPS后端控制回路长期使用的容量选用UPS，忽略合闸线圈瞬间电流过程，只增加控制器的直流UPS，避免电流对控制器24VDC电压的影响，降低对其他器件的影响。此种方法的缺点在于需要增加一个直流UPS和相应电池，增加成本和故障点，占用结构空间；另外，容量的不匹配会对UPS内部逆变模块的半导体器件造成伤害，增加故障率，降低交流UPS使用寿命。
发明内容
本发明为解决了现有的技术问题，而提供一种应用经济、节约结构空间并解决双馈变流器并网接触器合闸线圈瞬间电流对UPS容量要求的风电双馈变流器在并网中的供电控制回路。
本发明为解决现有技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
本发明的风电双馈变流器在并网中的供电控制回路，包括交流电源、直流电源、UPS、并网接触器、中间继电器与监控继电器，所述的交流电源与UPS连通，UPS通过中间继电器连接并网接触器，所述的直流电源也连接并网接触器，直流电源与并网接触器间连接有监控继电器，所述的UPS包括输入端和输出端，所述的并网接触器包括第一线圈电源端、第二线圈电源端以及吸合信号端、分断信号端与公共触点端，且并网接触器设置在双馈变流器定子侧并与电网相连。
所述的中间继电器具有两组触点，中间继电器的第一公共动触点和第二公共动触点分别与并网接触器的第一线圈电源端和第二线圈电源端连接，中间继电器的第一常闭静触点和第二常闭静触点分别连接在UPS的输出端L端和输出端N端上，中间继电器的第一常开静触点和第二常开静触点分别连接在UPS的输入端L端和输入端N端上，并与交流电源的L端和N端相连。
所述的中间继电器采用魏德米勒的RPW系列中间继电器。
所述的监控继电器的两端分别与24V直流电源端和0V直流电源端相连，监控继电器一端还连接并网接触器的吸合信号端和分断信号端，监控继电器另一端还连接并网接触器的公共触点端。
所述的并网接触器的吸合信号端连接中间继电器常开开关的一端，常开开关的另一端连接24V直流电源端，并网接触器的分断信号端连接中间继电器常闭开关的一端，中间继电器常闭开关的另一端连接监控继电器常闭开关的一端，监控继电器常闭开关的另一端连接24V直流电源端，并网接触器的公共触点端接入0V直流电源端。
所述的中间继电器常开开关的一端与中间继电器的第一常开静触点连接，另一端连接中间继电器的第一公共动触点；所述的中间继电器常闭开关的一端和监控继电器常闭开关的一端均与中间继电器的第一常闭静触点连接，中间继电器常闭开关的另一端和监控继电器常闭开关的另一端均连接中间继电器的第一公共动触点。
所述的中间继电器的常开开关和中间继电器的常闭开关由变流器控制器连接控制。
所述的监控继电器的常闭开关由并网接触器控制器连接控制。
所述的并网接触器采用ABB的AF2050接触器。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明的回路结构简单，大幅度降低了整体成本，避免增加结构空间，并且具有设置失效监控的设计等优点。在考虑并网接触器合闸线圈瞬间电流问题的条件下，解决风电双馈变流器对UPS容量的选择，避免了并网接触器合闸线圈瞬间电流对双馈变流器正常运行造成危害，对并网接触器合闸线圈电源的改进，完善双馈变流器并网接触器合闸线圈供电回路及其控制。
附图说明
图1是本发明的电路示意图。
其中：KM1：并网接触器 K1：中间继电器
K2：监控继电器 S1：中间继电器的两组触点
S2：监控继电器的常闭开关 S3：中间继电器的常开开关
S4：中间继电器的常闭开关 A1：第一线圈电源端
A2：第二线圈电源端 1：吸合信号端
2：分断信号端 3：公共触点端
11：第一公共动触点 21：第二公共动触点
12：第一常闭静触点 22：第二常闭静触点
14：第一常开静触点 24：第二常开静触点。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明。
如图1所示，本发明的风电双馈变流器在并网中的供电控制回路，包括交流电源、直流电源、UPS、并网接触器、中间继电器与监控继电器，所述的交流电源与UPS连通，UPS通过中间继电器连接并网接触器，所述的直流电源也连接并网接触器，直流电源与并网接触器间连接有监控继电器，所述的UPS包括输入端和输出端，所述的并网接触器包括第一线圈电源端、第二线圈电源端以及吸合信号端、分断信号端与公共触点端，且并网接触器设置在双馈变流器定子侧并与电网相连。
所述的中间继电器具有两组触点，中间继电器的第一公共动触点和第二公共动触点分别与并网接触器的第一线圈电源端和第二线圈电源端连接，中间继电器的第一常闭静触点和第二常闭静触点分别连接在UPS的输出端L端和输出端N端上，中间继电器的第一常开静触点和第二常开静触点分别连接在UPS的输入端L端和输入端N端上，并与交流电源的L端和N端相连。
所述的中间继电器采用魏德米勒的RPW系列中间继电器。
所述的监控继电器的两端分别与24V直流电源端和0V直流电源端相连，监控继电器一端还连接并网接触器的吸合信号端和分断信号端，监控继电器另一端还连接并网接触器的公共触点端。
所述的并网接触器的吸合信号端连接中间继电器常开开关的一端，常开开关的另一端连接24V直流电源端，并网接触器的分断信号端连接中间继电器常闭开关的一端，中间继电器常闭开关的另一端连接监控继电器常闭开关的一端，监控继电器常闭开关的另一端连接24V直流电源端，并网接触器的公共触点端接入0V直流电源端。
所述的中间继电器常开开关的一端与中间继电器的第一常开静触点连接，另一端连接中间继电器的第一公共动触点；所述的中间继电器常闭开关的一端和监控继电器常闭开关的一端均与中间继电器的第一常闭静触点连接，中间继电器常闭开关的另一端和监控继电器常闭开关的另一端均连接中间继电器的第一公共动触点。
所述的中间继电器的常开开关和中间继电器的常闭开关由变流器控制器连接控制。
所述的监控继电器的常闭开关由并网接触器控制器连接控制。
所述的并网接触器采用ABB的AF2050接触器。
本发明实际具有大容量线圈的并网接触器KM1采用ABB生产的AF2050接触器，其中A1点和A2点为线圈电源的第一线圈电源端和第二线圈电源端，在并网接触器内部的常闭开关与主触头同时动作时，在主触头断开情况下，并网接触器内部的常闭开关闭合，在接触器线圈接通瞬间，接通的是合闸线圈，电流值较大，但在主触头闭合后，并网接触器内部的常闭开关分断，合闸线圈并入保持线圈，电流降低并保持，但足够维持主触头状态。
并网接触器KM1主触头的1点为变流器控制器控制的吸合信号端，2点为变流器控制器控制的分断信号端，无24V即可分断并网接触器，吸合信号端和分断信号端同时输入24V才可使并网接触器吸合，3点为公共触点端，接入0V直流电源端，而并网接触器主触头的分合控制均由变流器控制器控制中间继电器的常开开关S3和中间继电器常闭开关S4进行实施。
本发明具有两组触点且大容量230V交流线圈的中间继电器K1采用魏德米勒生产的RPW系列中间继电器，中间继电器两组触点组的第一公共动触点11和第二公共动触点21接于并网接触器第一线圈电源端A1和第二线圈电源端A2上，即并网接触器电源端的零线和火线上，中间继电器的第一常闭静触点12和第二常闭静触点22接入UPS输出端的L2和N2上，即UPS输出端的零线和火线上，第一常开静触点14和第二常开静触点24接入UPS输入端的L1和N1上，即UPS输入端的零线和火线上，也是单相230V市电的L和N上，即市电的零线和火线上，中间继电器线圈接入UPS输入端的L1和N1上，即UPS输入端的零线和火线上，也是单相230V市电的L和N上，即市电的零线和火线上。
正常状态下，交流230V市电接通，UPS输入端产生电压，中间继电器第一公共动触点11和第二公共动触点21分别与第一常开静触点14和第二常开静触点24接触，此时由变流器控制器控制的并网接触器并未得到吸合命令，故并网接触器线圈并未接通，在风力发电机组运行至并网阶段时，变流器控制器发出接触器吸合命令，控制接触器线圈接通，此时合闸线圈瞬间电流电流由市电提供，并未使用UPS电源。
在低电压穿越过程中，模拟电网跌落至20%甚至更低，时间在625ms之内，市电电压降低，中间继电器转换状态，公共触头第一公共动触点11和第二公共动触点21分别与第一常闭静触点12和第二常闭静触点22接触，由于中间继电器动触头动作距离短，动作时间Toff＜10ms，动作电压约为92V，而并网接触器吸合和保持状态转换特性明确，电压中断10ms内触头无反应，开始动作电压约在50~80V之间，故中间继电器率先动作，并在并网接触器触头无反应器件内，即未切换到合闸线圈，仍为维持线圈状态，故电流不会急剧增加，而在短时间内，中间继电器是线圈电源由交流230V市电转换到UPS供电状态，无电压差，并网接触器主触头继续保持闭合状态。
另外，由于变流器控制器在电压跌落过程中仍可运行，并且并网接触器主触头的分断是由控制器发出，在并网接触器PLC控制的分断命令增加一个24V电源的监控继电器K2，如果监控继电器触头黏连或失效，并网接触器在闭合过程中由UPS供电，UPS输出电压降低，由UPS供电的24V开关电源电压降低，监控继电器K2动作，监控继电器常闭开关的触头组11和12分断，使并网接触器分断，另一触头组接入变流器控制器数字量输入点上，告知变流器控制器24V电源电压出现问题，报警后等待维护。
本发明的回路结构简单，大幅度降低了整体成本，避免增加结构空间，并且具有设置失效监控的设计等优点。在考虑并网接触器合闸线圈瞬间电流问题的条件下，解决风电双馈变流器对UPS容量的选择，避免了并网接触器合闸线圈瞬间电流对双馈变流器正常运行造成危害，对并网接触器合闸线圈电源的改进，完善双馈变流器并网接触器合闸线圈供电回路及其控制。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种风电双馈变流器在并网中的供电控制回路，其特征在于：包括交流电源、直流电源、UPS、并网接触器、中间继电器与监控继电器，所述的交流电源与UPS连通，UPS通过中间继电器连接并网接触器，所述的直流电源也连接并网接触器，直流电源与并网接触器间连接有监控继电器，所述的UPS包括输入端和输出端，所述的并网接触器包括第一线圈电源端、第二线圈电源端以及吸合信号端、分断信号端与公共触点端，且并网接触器设置在双馈变流器定子侧并与电网相连；所述的中间继电器具有两组触点，中间继电器的第一公共动触点和第二公共动触点分别与并网接触器的第一线圈电源端和第二线圈电源端连接，中间继电器的第一常闭静触点和第二常闭静触点分别连接在UPS的输出端L端和输出端N端上，中间继电器的第一常开静触点和第二常开静触点分别连接在UPS的输入端L端和输入端N端上，并与交流电源的L端和N端相连；所述的中间继电器的常开开关和中间继电器的常闭开关由变流器控制器连接控制。
2.根据权利要求1所述的风电双馈变流器在并网中的供电控制回路，其特征在于：所述的监控继电器的两端分别与24V直流电源端和0V直流电源端相连，监控继电器一端还连接并网接触器的吸合信号端和分断信号端，监控继电器另一端还连接并网接触器的公共触点端。
3.根据权利要求1所述的风电双馈变流器在并网中的供电控制回路，其特征在于：所述的并网接触器的吸合信号端连接中间继电器常开开关的一端，常开开关的另一端连接24V直流电源端，并网接触器的分断信号端连接中间继电器常闭开关的一端，中间继电器常闭开关的另一端连接监控继电器常闭开关的一端，监控继电器常闭开关的另一端连接24V直流电源端，并网接触器的公共触点端接入0V直流电源端。
4.根据权利要求3所述的风电双馈变流器在并网中的供电控制回路，其特征在于：所述的中间继电器常开开关的一端与中间继电器的第一常开静触点连接，另一端连接中间继电器的第一公共动触点；所述的中间继电器常闭开关的一端和监控继电器常闭开关的一端均与中间继电器的第一常闭静触点连接，中间继电器常闭开关的另一端和监控继电器常闭开关的另一端均连接中间继电器的第一公共动触点。
5.根据权利要求3所述的风电双馈变流器在并网中的供电控制回路，其特征在于：所述的监控继电器的常闭开关由并网接触器控制器连接控制。
6.根据权利要求3所述的风电双馈变流器在并网中的供电控制回路，其特征在于：所述的并网接触器采用ABB的AF2050接触器。
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