CN106786444A - 一种限流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种限流器，包括限流电路及与限流电路并联的桥式整流电路；限流电路包括电容、电阻及电感，电容与电阻串联组成第一串联电路，电感与第一串联电路并联；桥式整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、绝缘栅双极型晶体管和绝缘栅双极型晶体管控制器；绝缘栅双极型晶体管集电极与第一二极管和第二二极管输出端连接，绝缘栅双极型晶体管发射极与第三二极管和第四二极管输入端连接；绝缘栅双极型晶体管控制器与绝缘栅双极型晶体管连接。本发明采用了LC谐振原理，在电感和电容设定合理的情况下，限流电路可以产生很大的等效阻抗，有效地提升风电场端电压和风电机组电压，从而提高风电场的故障穿越能力。

Description

一种限流器

技术领域

本发明涉及风电场设备技术领域，特别涉及一种限流器。

背景技术

风力发电是一种分布式可再生能源发电系统，风力发电机组一般由风轮机、齿轮箱、发电机及其控制系统组成的。常用的风力发电机有鼠笼型感应发电机、双馈感应发电机和同步发电机，其中鼠笼型感应发电机直接接入电网，而双馈感应发电机和同步发电机则是通过逆变器接入电网。随着全球能源互联网的提出，风能、太阳能等绿色能源将会逐渐取代传统燃料能源。过去，在风电机组发电比例不是很大时，风电机组脱网还可以接受。随着近几年风电机组容量不断增加并部分取代了传统发电方式，因此一旦有风电场脱网，脱网的功率就可能相当大，这会加剧电网功率缺额。

由于风电场的故障穿越能力较弱，当发生短路故障时，风电机组因为各许多参数在故障下都达到了超过最大允许值的情况，不得不与大电网断开。故障清除后，风电机组重新启动，接入电网。这个过程需要一定时间，如果风电场发的电在电网中所占比重比较大，故障清除后就不能及时的连入电网，这就可能造成停电等一系列事故。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种限流器，以解决风电场故障穿越能力较弱的问题。

根据本发明的实施例，提供了一种限流器，包括限流电路及与所述限流电路并联的桥式整流电路；

所述限流电路包括电容、电阻及电感，所述电容与所述电阻串联组成第一串联电路，所述电感与所述第一串联电路并联；

所述桥式整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、绝缘栅双极型晶体管和绝缘栅双极型晶体管控制器；

所述第一二极管与所述第二二极管串联组成第二串联电路；所述第三二极管与所述第四二极管串联组成第三串联电路；所述第二串联电路与所述第三串联电路并联；

所述绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第一二极管和所述第二二极管的输出端连接，所述绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第三二极管和所述第四二极管的输入端连接；所述绝缘栅双极型晶体管控制器与所述绝缘栅双极型晶体管连接。

优选地，所述的限流器中，所述桥式整流电路还包括直流电感线圈和续流二极管，所述直流电感线圈与所述续流二极管并联组成并联电路，所述并联电路的一端与所述绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述并联电路的另一端与所述第一二极管和所述第二二极管的输出端连接。

优选地，所述的限流器中，所述绝缘栅双极型晶体管控制器包括第一比较器、第二比较器和逻辑控制器；

所述第一比较器和所述第二比较器分别与所述逻辑控制器连接；

所述逻辑控制器与所述绝缘栅双极型晶体管连接。

优选地，所述的限流器中，所述绝缘栅双极型晶体管控制器还包括延时触发器，所述延时触发器与所述第一比较器的输入端连接。

优选地，所述的限流器中，所述电感与所述电容满足谐振关系，即

其中，L_sh为所述电感的电感量，C_sh为所述电容的电容量，ω为电网角频率。

由以上技术方案可知，本发明提供了一种限流器，包括限流电路及与所述限流电路并联的桥式整流电路；所述限流电路包括电容、电阻及电感，所述电容与所述电阻串联组成第一串联电路，所述电感与所述第一串联电路并联；所述桥式整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、绝缘栅双极型晶体管和绝缘栅双极型晶体管控制器；所述第一二极管与所述第二二极管串联组成第二串联电路；所述第三二极管与所述第四二极管串联组成第三串联电路；所述第二串联电路与所述第三串联电路并联；所述绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第一二极管和所述第二二极管的输出端连接，所述绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第三二极管和所述第四二极管的输入端连接；所述绝缘栅双极型晶体管控制器与所述绝缘栅双极型晶体管连接。桥式整流电路中只需要一个绝缘栅双极型晶体管，仅需要对一个绝缘栅双极型晶体管进行控制，相比两个绝缘栅双极型晶体管反并联情况下控制方法较为简单。本发明采用了LC谐振原理，在LC参数设定合理的情况下，限流电路可以产生很大的等效阻抗，更有效地提升风电场端电压和风电机组电压，风电机组电压提高后接近风电网正常运行时的情况，从而提高风电场的故障穿越能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据实施例示出的一种限流器的结构示意图；

图2为根据实施例示出的另一种限流器的结构示意图；

图3为根据实施例示出的一种绝缘栅双极型晶体管控制器的结构示意图；

图4为根据实施例示出的一种风电场-无穷大系统电路图；

图5为根据实施例示出的电网三相短路故障下风电场端电压波形图

图6为根据实施例示出的电网三相短路故障下风机直流母线电压波形图。

图示说明：

其中，1-限流电路，11-电容，12-电阻，13-电感，2-桥式整流电路，21-第一二极管，22-第二二极管，23-第三二极管，24-第四二极管，25-绝缘栅双极型晶体管，26-绝缘栅双极型晶体管控制器，261-第一比较器，262-第二比较器，263-逻辑控制器，264-延时触发器，27-直流电感线圈，28-续流二极管，3-第一节点，4-第二节点，5-第三节点，6-限流器，7-第二线路，8-风电场，9-电网，10-第一线路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种限流器，包括：限流电路1及与所述限流电路1并联的桥式整流电路2；

所述限流电路1包括电容11、电阻12及电感13，所述电容11与所述电阻12串联组成第一串联电路，所述电感13与所述第一串联电路并联；

所述桥式整流电路2包括第一二极管21、第二二极管22、第三二极管23、第四二极管24、绝缘栅双极型晶体管25和绝缘栅双极型晶体管控制器26；

所述第一二极管21与所述第二二极管22串联组成第二串联电路；所述第三二极管23与所述第四二极管24串联组成第三串联电路；所述第二串联电路与所述第三串联电路并联；

所述绝缘栅双极型晶体管25的集电极与所述第一二极管21和所述第二二极管22的输出端连接，所述绝缘栅双极型晶体管25的发射极与所述第三二极管23和所述第四二极管24的输入端连接；所述绝缘栅双极型晶体管控制器26与所述绝缘栅双极型晶体管25通过控制端子连接。

未发生短路故障时，绝缘栅双极型晶体管25处于闭合状态，由于限流电路1的阻抗比桥式整流电路2阻抗大太多，因此电流几乎全部从桥式整流电路2流过。当电流方向为正时，电流依次流过第一二极管21、绝缘栅双极型晶体管25和第四二极管24；当电流方向相反时，电流依次流过第二二极管22、绝缘栅双极型晶体管25和第三二极管23；。由于桥式整流电路2的原件阻抗非常小，使得正常运行时电流几乎不受影响。当出现短路故障时，绝缘栅双极型晶体管控制器26会向绝缘栅双极型晶体管25发出信号，使得绝缘栅双极型晶体管25断开，强迫故障电流流过限流电路1。限流电路1的阻抗非常大，使得故障时的电流减小，PCC点(Point of Common Coupling，公共连接点)电压就会提升，从而减小故障电流和提高风电场端电压。

由以上技术方案可知，本发明提供了一种限流器，包括限流电路1及与所述限流电路1并联的桥式整流电路2；所述限流电路1包括电容11、电阻12及电感13，所述电容11与所述电阻12串联组成第一串联电路，所述电感13与所述第一串联电路并联；所述桥式整流电路2包括第一二极管21、第二二极管22、第三二极管23、第四二极管24、绝缘栅双极型晶体管25和绝缘栅双极型晶体管控制器26；所述第一二极管21与所述第二二极管22串联组成第二串联电路；所述第三二极管23与所述第四二极管24串联组成第三串联电路；所述第二串联电路与所述第三串联电路并联；所述绝缘栅双极型晶体管25的集电极与所述第一二极管21和所述第二二极管22的输出端连接，所述绝缘栅双极型晶体管25的发射极与所述第三二极管23和所述第四二极管24的输入端连接；所述绝缘栅双极型晶体管控制器26与所述绝缘栅双极型晶体管25通过控制端子连接。桥式整流电路2中只需要一个绝缘栅双极型晶体管，仅需要对一个绝缘栅双极型晶体管进行控制，相比两个绝缘栅双极型晶体管反并联情况下控制方法较为简单。本发明了LC谐振原理，在LC参数设定合理的情况下，限流电路1可以产生很大的等效阻抗，更有效地提升风电场端电压和风电机组电压，风电机组电压提高后接近风电网正常运行时的情况，从而提高风电场的故障穿越能力。

优选地，所述的限流器中，请参阅图2，所述桥式整流电路2还包括直流电感线圈27和续流二极管28，所述直流电感线圈27与所述续流二极管28并联组成并联电路，所述并联电路的一端与所述绝缘栅双极型晶体管25的集电极连接，所述并联电路的另一端与所述第一二极管21和所述第二二极管22的输出端连接。

根据楞次定律，直流电感线圈的存在可以减小故障发生初期绝缘栅双极型晶体管25未动作时的故障电流。桥式整流电路2中安装的直流电感线圈27，可以在故障发生时刻绝缘栅双极型晶体管未动作时起到一定的限流效果；

续流二极管28以并联的方式接到直流电感线圈27的两端，并与其形成回路，使其产生的高电动势在回路以续电流方式消耗，从而起到保护直流电感线圈27不被损坏的作用。

优选地，所述的限流器中，请参阅图1和图3，所述绝缘栅双极型晶体管控制器26包括第一比较器261、第二比较器262和逻辑控制器263；

所述第一比较器261和所述第二比较器262分别与所述逻辑控制器263连接；

所述逻辑控制器263与所述绝缘栅双极型晶体管25连接。

所述绝缘栅双极型晶体管控制器26采用两个比较器，第一比较器261用于比较PCC点的电压与基准电压，第二比较器262用于比较直流电感线圈27的电流与基准电流。当PCC点电压跌落到0.9p.u或直流电感线圈的电流高于1.3p.u时，绝缘栅双极型晶体管控制器26发出信号，关断绝缘栅双极型晶体管25，使得限流器等效电阻在短时间内就可以增大，减小故障电流和提高风电场端电压。当故障恢复时，绝缘栅双极型晶体管控制器26同时检测PCC点电压和流过直流电感线圈27的电流，仅当PCC点电压高于0.9p.u且开关电流低于1.3p.u时，绝缘栅双极型晶体管控制器26才会向绝缘栅双极型晶体管25发出信号，使得限流器恢复正常运行。

优选地，所述的限流器中，请参阅图3，所述绝缘栅双极型晶体管控制器26还包括延时触发器264，所述延时触发器264与所述第一比较器261的输入端连接。延时触发器264是为了躲开暂态过程中的电磁震荡，避免绝缘栅双极型晶体管25在故障/非故障时的频繁开断。两种控制信号协同控制可以避免绝缘栅双极型晶体管25在某些情况下的误跳，可以增加整个限流器的可靠性。

请参阅图4，图4是本发明提供的限流器应用于风电场-无穷大系统的电路图。第一节点3是风电场出口处的母线节点，第二节点4是PCC点，第三节点5是输电线路和无穷大电网之间的节点，第三节点3构成风电场8经输电线路把电输送到电网9的完整模型。本发明提供的限流器6在风电场8双回路送电的系统中作用比较明显，可以在故障情况下大大提高风电场端电压。将限流器6连入第二线路7中，当出现短路故障时，限流器6可以提高第二节点4的电压，第一节点3的电压也随之提高，从而提高风电场8的故障穿越能力，使风电场8有继续并网的能力。

优选地，所述的限流器中，所述电感13与所述电容11满足谐振关系，即

其中，L_sh为电感13的电感量，C_sh为电容11的电容量，ω为电网角频率。

限流电路1由RC电路和电感电路并联构成。其等效电阻可以由以下公式确定：

其中，L_sh为电感13的电感量，C_sh为电容11的电容量，R_eq为等效电阻，R_sh为电阻12的电阻值，ω为电网角频率，j是虚数。

当电感13与电容11满足谐振关系时，等效阻抗最大，因此能够有效地抑制故障情况下的电流，同时能够有效提升的风电场端电压，提高风电场的故障穿越能力，使风电场有继续并网的能力。

优选地，所述的限流器中，所述第一二极管21、所述第二二极管22、所述第三二极管23和所述第四二极管24的型号为Semikron SKNa 402。Semikron SKNa 402允许通过的电压和电流较大，适用于配电网的电压水平。

优选地，所述的限流器中，所述绝缘栅双极型晶体管25的型号为CM200HG-130H。CM200HG-130H允许通过的电压和电流较大，适用于配电网的电压水平。

请参阅图5，图5为电网三相短路故障下的风电场端电压波形图，由图5可以看出在没有限流器的情况下时，风电场端电压不足0.1p.u.，而将限流器安装于风电场系统后风电场端电压提升至0.6p.u.以上，对于风电场来说，已经可以满足故障穿越的条件，说明本发明提供的限流器可以提高风电场故障穿越能力。

请参阅图6，图6为电网三相短路故障下的风机直流母线电压波形图。根据图6可以看到，在有限流器的情况下，风机直流母线电压得到了明显的控制，由于机端电压的提高，直流电容器上的能量也得以送出。

由以上技术方案可知，本发明提供了一种限流器，包括限流电路1及与所述限流电路1并联的桥式整流电路2；所述限流电路1包括电容11、电阻12及电感13，所述电容11与所述电阻12串联组成第一串联电路，所述电感13与所述第一串联电路并联；所述桥式整流电路2包括第一二极管21、第二二极管22、第三二极管23、第四二极管24、绝缘栅双极型晶体管25和绝缘栅双极型晶体管控制器26；所述第一二极管21与所述第二二极管22串联组成第二串联电路；所述第三二极管23与所述第四二极管24串联组成第三串联电路；所述第二串联电路与所述第三串联电路并联；所述绝缘栅双极型晶体管25的集电极与所述第一二极管21和所述第二二极管22的输出端连接，所述绝缘栅双极型晶体管25的发射极与所述第三二极管23和所述第四二极管24的输入端连接；所述绝缘栅双极型晶体管控制器26与所述绝缘栅双极型晶体管25通过控制端子连接。桥式整流电路2中只需要一个绝缘栅双极型晶体管，仅需要对一个绝缘栅双极型晶体管进行控制，相比两个绝缘栅双极型晶体管反并联情况下控制方法较为简单。本发明了LC谐振原理，在LC参数设定合理的情况下，限流电路1可以产生很大的等效阻抗，更有效地提升风电场端电压和风电机组电压，风电机组电压提高后接近风电网正常运行时的情况，从而提高风电场的故障穿越能力。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种限流器，其特征在于，包括：限流电路(1)及与所述限流电路(1)并联的桥式整流电路(2)；

所述限流电路(1)包括电容(11)、电阻(12)及电感(13)，所述电容(11)与所述电阻(12)串联组成第一串联电路，所述电感(13)与所述第一串联电路并联；

所述桥式整流电路(2)包括第一二极管(21)、第二二极管(22)、第三二极管(23)、第四二极管(24)、绝缘栅双极型晶体管(25)和绝缘栅双极型晶体管控制器(26)；

所述第一二极管(21)与所述第二二极管(22)串联组成第二串联电路；所述第三二极管(23)与所述第四二极管(24)串联组成第三串联电路；所述第二串联电路与所述第三串联电路并联；

所述绝缘栅双极型晶体管(25)的集电极与所述第一二极管(21)和所述第二二极管(22)的输出端连接，所述绝缘栅双极型晶体管(25)的发射极与所述第三二极管(23)和所述第四二极管(24)的输入端连接；所述绝缘栅双极型晶体管控制器(26)与所述绝缘栅双极型晶体管(25)连接。

2.根据权利要求1所述的限流器，其特征在于，所述桥式整流电路(2)还包括直流电感线圈(27)和续流二极管(28)，所述直流电感线圈(27)与所述续流二极管(28)并联组成并联电路，所述并联电路的一端与所述绝缘栅双极型晶体管(25)的集电极连接，所述并联电路的另一端与所述第一二极管(21)和所述第二二极管(22)的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的限流器，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管控制器(26)包括第一比较器(261)、第二比较器(262)和逻辑控制器(263)；

所述第一比较器(261)和所述第二比较器(262)分别与所述逻辑控制器(263)连接；

所述逻辑控制器(263)与所述绝缘栅双极型晶体管(25)连接。

4.根据权利要求3所述的限流器，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管控制器(26)还包括延时触发器(264)，所述延时触发器(264)与所述第一比较器(261)的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的限流器，其特征在于，所述电感(13)与所述电容(11)满足谐振关系，即

$L_{sh}{C}_{sh}=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}^2}$

其中，L_sh为所述电感(13)的电感量，C_sh为所述电容(11)的电容量，ω为电网角频率。