CN108494230A - 一种风电变流器主动防凝霜系统 - Google Patents

一种风电变流器主动防凝霜系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种风电变流器主动防凝霜系统，包括：处理器、发电机、第一和第二绝缘栅双极型晶体管、第一和第二子变流器；处理器连接发电机的输入端，发电机接收处理器的控制并发电；第一绝缘栅双极型晶体管的输入端连接发电机的输出端，第一绝缘栅双极型晶体管的另一端连接第一子变流器的输入端；第二绝缘栅双极型晶体管的输入端连接发电机的输出端，第二绝缘栅双极型晶体管的输出端连接第二子变流器的输入端；第一和第二子变流器的输出端均连接处理器；第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管接受处理器的控制而开启或关断，进而控制电压流通过子变流器的电压上升速率，以控制子变流器对发电机的励磁大小以调节发电机的温度。

Description

一种风电变流器主动防凝霜系统
技术领域
本发明涉及风电装置技术领域，尤其涉及一种风电变流器主动防凝霜系统。
背景技术
风力发电机在寒冷或潮湿地区工作时，存在电缆绝缘下降问题。低温环境将导致电缆变脆、绝缘下降，容易发生电缆绝缘击穿；高湿度环境下电缆易发生凝露现象，容易导致风力发电机短路故障。
为了保证风电机组的可靠运行，在寒冷地区，比如东北等高寒地区，实际风电机组应用中需要进行防凝露保护，目前主要采用湿度或者温度控制两种方法。其中湿度控制指采用除湿机或干燥剂等方式减小柜内空气的绝对湿度，降低凝露点温度，防止凝露发生。温度控制是指通过加热器等温控设备保持柜内的冷点温度始终高于柜内空气的凝露点温度以实现防凝露。这两种方法均需要增加辅助设备实现凝露防护，增加了系统的成本及降低运行的可靠性。
发明内容
本发明提供了一种风电变流器主动防凝霜系统，利用变流器的无功电流进行变流器工作控制，以实现变流器损耗的控制来实现调节变流器柜内温度。
本发明提供的一种风电变流器主动防凝霜系统，包括：处理器、发电机、第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第一子变流器、第二子变流器；
所述处理器连接所述发电机的输入端，所述发电机接收所述处理器的控制并发电；
所述第一绝缘栅双极型晶体管的输入端连接所述发电机的输出端，所述第一绝缘栅双极型晶体管的另一端连接所述第一子变流器的输入端；
所述第二绝缘栅双极型晶体管的输入端连接所述发电机的输出端，所述第二绝缘栅双极型晶体管的输出端连接所述第二子变流器的输入端；
所述第一子变流器的输出端连接所述处理器，所述第二子变流器的输出端连接所述处理器；
所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第二绝缘栅双极型晶体管接受所述处理器的控制而开启或关断。
优选地，所述处理器包括第一数字信号处理器和第二数字信号处理器；
所述第一数字信号处理器的输入端连接温度传感器的输出端，用于接收所述温度传感器的温度信号；
所述第一数字信号处理器的输入端还连接湿度传感器的输出端，用于接收所述湿度传感器的湿度信号；
所述第一数字信号处理器的输出端连接所述第二数字信号处理器；
所述第二数字信号处理器的输出端连接所述发电机。
优选地，该系统还包括缓冲寄存器；
所述第一数字信号处理器的输出端具体通过所述缓冲寄存器连接所述第二数字信号处理器；
所述缓冲寄存器用于所述第一数字信号处理器和所述第二数字信号处理器信号交换的暂存及中转。
优选地，该系统还包括低通滤波器和模数转换器；
所述第一子变流器的输出端连接所述处理器以及所述第二子变流器的输出端连接所述处理器具体为：所述第一子变流器的输出端连接所述低通滤波器的输入端、所述第二子变流器的输出端连接所述低通滤波器的输入端、所述低通滤波器的输出端连接所述模数转换器的输入端、所述模数转换器的输出端连接所述处理器。
优选地，该系统还包括加热器；
所述加热器的输入端连接所述处理器的输出端，用于发热提升空气温度以防止凝霜。
优选地，所述发电机为笼式感应发电机。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种风电变流器主动防凝霜系统，包括：处理器、发电机、第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第一子变流器、第二子变流器；所述处理器连接所述发电机的输入端，所述发电机接收所述处理器的控制并发电；所述第一绝缘栅双极型晶体管的输入端连接所述发电机的输出端，所述第一绝缘栅双极型晶体管的另一端连接所述第一子变流器的输入端；所述第二绝缘栅双极型晶体管的输入端连接所述发电机的输出端，所述第二绝缘栅双极型晶体管的输出端连接所述第二子变流器的输入端；所述第一子变流器的输出端连接所述处理器，所述第二子变流器的输出端连接所述处理器；所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第二绝缘栅双极型晶体管接受所述处理器的控制而开启或关断，进而控制电压流通过子变流器的电压上升速率，以控制子变流器对发电机的励磁大小以调节发电机的温度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种风电变流器主动防凝霜系统的示意图；
其中，附图标记如下：
1、第一数字信号处理器；2、第二数字信号处理器；3、发电机；4、第一绝缘栅双极型晶体管；5、第二绝缘栅双极型晶体管；6、第一子变流器；7、第二子变流器；8、低通滤波器；9、模数转换器；10、缓冲寄存器；11、温度传感器；12、湿度传感器；13、加热器。
具体实施方式
本发明提供了一种风电变流器主动防凝霜系统，利用变流器的无功电流进行变流器工作控制，以实现变流器损耗的控制来实现调节变流器柜内温度。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种风电变流器主动防凝霜系统的一个实施例，包括：处理器、发电机3、第一绝缘栅双极型晶体管4、第二绝缘栅双极型晶体管5、第一子变流器6、第二子变流器7；
处理器连接发电机3的输入端，发电机3接收处理器的控制并发电；
第一绝缘栅双极型晶体管4的输入端连接发电机3的输出端，第一绝缘栅双极型晶体管4的另一端连接第一子变流器6的输入端；
第二绝缘栅双极型晶体管5的输入端连接发电机3的输出端，第二绝缘栅双极型晶体管5的输出端连接第二子变流器7的输入端；
第一子变流器6的输出端连接处理器，第二子变流器7的输出端连接处理器；
第一绝缘栅双极型晶体管4和第二绝缘栅双极型晶体管5接受处理器的控制而开启或关断。
处理器可以是由与或非们及可控制开关、比较器、积分器等组成的数字电路，接收第一子变流器6和第二子变流器7输出的无功电流信号，经过逻辑处理之后发送电压信号至第一绝缘栅双极型晶体管4和第二绝缘栅双极型晶体管5进行控制。该处理器也可以是FPGA。
进一步地，处理器包括第一数字信号处理器1和第二数字信号处理器2；
第一数字信号处理器1的输入端连接温度传感器11的输出端，用于接收温度传感器11的温度信号；
第一数字信号处理器1的输入端还连接湿度传感器12的输出端，用于接收湿度传感器12的湿度信号；
第一数字信号处理器1的输出端连接第二数字信号处理器2；
第二数字信号处理器2的输出端连接发电机3。
进一步地，该系统还包括缓冲寄存器10；
第一数字信号处理器1的输出端具体通过缓冲寄存器10连接第二数字信号处理器2；
缓冲寄存器10用于第一数字信号处理器1和第二数字信号处理器2信号交换的暂存及中转。
第一数字信号处理器1和第二数字信号处理器2可以是由与或非们及可控制开关、比较器、积分器等组成的数字电路。例如，第一数字信号处理器1接收温度信号(电压信号或电流信号)和湿度信号(电压信号或电流信号)，然后通过数字电路进行加减逻辑或乘除逻辑处理计算得到凝霜点温度(电压信号或电流信号)，然后发送至第二数字信号处理器2的可控制开关，受凝霜点温度信号控制的可控制开关控制子变流器的无功电流信号是否被数字电路计算并输出控制信号(即控制第一缘栅双极型晶体管4和第二绝缘栅双极型晶体管5的电压信号)。
该第一数字信号处理器1可(通过数字电路或其他方式)执行以下计算：
其中，Dp(T,RH)是凝霜点温度，T是变流器柜内温度，RH是变流器柜内相对湿度，λ和β是常数。当然，这只是其中一种实施例的计算方式，还有其他计算方式，此处不做限定。公式中的计算为加减乘除及对数运算，因此可以通过加法器、乘法器和对数运算电路等数字电路实现。
凝霜点温度信号发送至第二数字信号处理器2实现控制。子变流器发送的温度最小值低于该凝霜点温度时，第二数字信号处理器2得到的无功电流参考值分配到第一绝缘栅双极型晶体管4和第二绝缘栅双极型晶体管5进而控制第一子变流器6和第二子变流器7，从而控制第一子变流器6和第二子变流器7损耗以调节最冷点温度高于凝露温度。
进一步地，该系统还包括低通滤波器8和模数转换器9；
第一子变流器6的输出端连接处理器以及第二子变流器7的输出端连接处理器具体为：第一子变流器6的输出端连接低通滤波器8的输入端、第二子变流器7的输出端连接低通滤波器8的输入端、低通滤波器8的输出端连接模数转换器9的输入端、模数转换器9的输出端连接处理器。
进一步地，该系统还包括加热器13；
加热器13的输入端连接处理器的输出端，用于发热提升空气温度以防止凝霜。
进一步地，发电机3为笼式感应发电机3。
以上是对本发明提供的一种风电变流器主动防凝霜系统的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明提供的一种风电变流器主动防凝霜系统的另一个实施例进行详细的描述。
本发明提供的一种风电变流器主动防凝霜系统的另一个实施例，包括：温度传感器11、湿度传感器12、第一数字信号处理器1、缓冲寄存器10、第二数字信号处理器2、加热器13、笼式感应发电机3、第一绝缘栅双极型晶体管4、第二绝缘栅双极型晶体管5、第一子变流器6、第二子变流器7、低通滤波器8和模数转换器9利用变流器的无功电流进行变流器工作控制，以实现变流器损耗的控制来实现变流器柜内温度，同时设置加热器13以作为变流器加热不足的补充加热装置。
温度传感器11的输出端与第一数字信号处理器1的输入端相连，温度传感器11用于检测相对温度，第一数字信号处理器1将接收到的温度信号进行处理。湿度传感器12的输出端与第一数字信号处理器1的输入端相连，湿度传感器12用于检测空气的相对湿度并将湿度转化为数字信号传输至第一数字信号处理器1。根据马格努气压公式，第一数字信号处理器1将采集到的温度和湿度信号进行计算得到凝霜点温度。
缓冲寄存器10的一端与第一数字信号处理器1相连，缓冲寄存器10的另一端与第二数字信号处理器2相连，第一数字信号处理器1将处理的温度和湿度信号暂存至缓冲寄存器10，缓冲寄存器10用于第一数字信号处理器1和第二数字信号处理器2信号交换的暂存及中转端。第一数字信号处理器1将凝霜点温度输出至缓冲寄存器10中供第二数字信号处理器2取用。
加热器13的输入端与第二数字信号处理器2的输出端相连，加热器13用于发热提升空气温度以防止凝霜。在温度过低时，第二数字信号处理器2控制加热器13开启进行辅助加热。
笼式感应发电机3的输入端与第二数字信号处理器2相连，笼式感应发电机3接受第二数字信号处理器2的控制并发电。第一绝缘栅双极型晶体管4的输入端与笼式感应发电机3的输出端相连，第一绝缘栅双极型晶体管4的输出端与第一子变流器6的输入端相连，第一绝缘栅双极型晶体管4根据笼式感应发电机3的转速及第二数字信号处理器2的控制信号而开启和关断，进而控制第一子变流器6和第二子变流器7的电压上升速率，第一子变流器6对笼式感应发电机3进行励磁并减小笼式感应发电机3的并网冲击电流。第二绝缘栅双极型晶体管5的输入端与笼式感应发电机3的输出端相连，第二绝缘栅双极型晶体管5的输出端与第二子变流器7的输入端相连，第二绝缘栅双极型晶体管5根据笼式感应发电机3的转速及第二数字信号处理器2的控制信号而开启和关断，进而控制笼式感应发电机3的电压上升速率，第二子变流器7对笼式感应发电机3进行励磁并减小笼式感应发电机3的并网冲击电流。第一子变流器6的输出端与低通滤波器8的输入端相连，第二子变流器7的输出端与低通滤波器8的输入端相连，低通滤波器8用以过滤第一子变流器6和第二子变流器7的杂波，以得到稳定的电流波形。模数转换器9的输入端与低通滤波器8相连，模数转换器9的输出端与第二数字信号处理器2相连，模数转换器9将模拟信号转化为数字信号输出至第二数字信号处理器2。第二数字信号处理器2对第一子变流器6和第二子变流器7反馈来的无功电流信号进行处理以控制第一子变流器6和第二子变流器7的损耗。凝霜点温度传输至第二数字信号处理器2并作为温度控制环的参考，取第一子变流器6和第二子变流器7温度最小值为其反馈，当最冷点温度低于凝露点温度时，热控制环投入，第二数字信号处理器2得到的无功电流参考值分配到第一绝缘栅双极型晶体管4和第二绝缘栅双极型晶体管5进而控制第一子变流器6和第二子变流器7，从而控制第一子变流器6和第二子变流器7损耗以调节最冷点温度高于凝露温度。随着柜内空气温度下降，无功环流随之下降直至为零，则热控制退出运行。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种风电变流器主动防凝霜系统，其特征在于，包括：处理器、发电机、第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第一子变流器、第二子变流器；
所述处理器连接所述发电机的输入端，所述发电机接收所述处理器的控制并发电；
所述第一绝缘栅双极型晶体管的输入端连接所述发电机的输出端，所述第一绝缘栅双极型晶体管的另一端连接所述第一子变流器的输入端；
所述第二绝缘栅双极型晶体管的输入端连接所述发电机的输出端，所述第二绝缘栅双极型晶体管的输出端连接所述第二子变流器的输入端；
所述第一子变流器的输出端连接所述处理器，所述第二子变流器的输出端连接所述处理器；
所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第二绝缘栅双极型晶体管接受所述处理器的控制而开启或关断。
2.根据权利要求1所述的一种风电变流器主动防凝霜系统，其特征在于，所述处理器包括第一数字信号处理器和第二数字信号处理器；
所述第一数字信号处理器的输入端连接温度传感器的输出端，用于接收所述温度传感器的温度信号；
所述第一数字信号处理器的输入端还连接湿度传感器的输出端，用于接收所述湿度传感器的湿度信号；
所述第一数字信号处理器的输出端连接所述第二数字信号处理器；
所述第二数字信号处理器的输出端连接所述发电机。
3.根据权利要求2所述的一种风电变流器主动防凝霜系统，其特征在于，还包括缓冲寄存器；
所述第一数字信号处理器的输出端具体通过所述缓冲寄存器连接所述第二数字信号处理器；
所述缓冲寄存器用于所述第一数字信号处理器和所述第二数字信号处理器信号交换的暂存及中转。
4.根据权利要求1所述的一种风电变流器主动防凝霜系统，其特征在于，还包括低通滤波器和模数转换器；
所述第一子变流器的输出端连接所述处理器以及所述第二子变流器的输出端连接所述处理器具体为：所述第一子变流器的输出端连接所述低通滤波器的输入端、所述第二子变流器的输出端连接所述低通滤波器的输入端、所述低通滤波器的输出端连接所述模数转换器的输入端、所述模数转换器的输出端连接所述处理器。
5.根据权利要求1所述的一种风电变流器主动防凝霜系统，其特征在于，还包括加热器；
所述加热器的输入端连接所述处理器的输出端，用于发热提升空气温度以防止凝霜。
6.根据权利要求1所述的一种风电变流器主动防凝霜系统，其特征在于，所述发电机为笼式感应发电机。
7.根据权利要求2所述的一种风电变流器主动防凝霜系统，其特征在于，
所述第一数字信号处理器执行以下计算：
其中，Dp(T,RH)是凝霜点温度，T是变流器柜内温度，RH是变流器柜内相对湿度，λ和β是常数。
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