CN109301927B - 风力发电机组变流器的低温快速启动电路 - Google Patents

风力发电机组变流器的低温快速启动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组变流器的低温快速启动电路，包括不间断电源、控制系统和供电回路，不间断电源中的主回路整流、逆变及电池升压模块的主板放置于主板机箱内，不间断电源中的铅酸电池放置于电池箱内，供电回路连接主板机箱，主板机箱与控制系统相连接，主板机箱还与电池箱相连接，还包括主板机箱回路、电池箱回路、加热器以及加热带，主板机箱回路控制加热器对主板机箱和控制系统进行加热，主板机箱回路连接并控制主板机箱工作，电池箱回路控制加热带对电池箱进行加热，电池箱回路连接并控制电池箱工作。本发明对变流器内部影响低温启动时间的设备进行加热回路优化，根据不同特点分类加热，极大优化加热效率，减少启机时间。

Description

风力发电机组变流器的低温快速启动电路
技术领域
本发明属于风力发电的技术领域，尤其是涉及一种风力发电机组变流器的低温快速启动电路。
背景技术
风力发电机组应用的工况环境复杂，其中一大部分机组都处于低温环境，在特殊时间由于长期停机，其内部温度甚至可以达到-40℃左右，特别是风力发电机组主要发电设备的风电变流器内部器件耐低温能力参差不齐，其低温启动的时间会影响发电量，直接造成经济损失。
而且根据变流器的应用，在其低电压穿越期间，需要220V电源不间断工作，如果由于故障或正常原因电网停电时，其控制回路需要一定时间不间断地提供电源，用以存储状态数据和故障录波波形数据，故在变频器内部控制回路前端加入主动式不间断电源（UPS）。
主动式UPS的应用机理是在输入220V电源的正常状态下，通过电源整流逆变为负载提供电源，而在整流逆变之间的直流部分并联加入由铅酸电池组成的供电电路。
在变频器内部耐低温能力较弱的器件，尤其需要低温加热的设备主要有主动式UPS、控制系统中的电源和控制器，主动式UPS包括整流、逆变、升压及含有电容、电源及芯片的控制回路的主板和铅酸电池，控制系统中的电源和控制器，控制器的电子电路板件中的电容、电源和芯片等器件。
将上述耐低温性能较弱的器件分类，铅酸电池耐低温性能最差，其充电温度需大于0℃，主动式UPS内部整流逆变及控制回路的主板、控制系统中的电源和控制器需要大于-30℃。铅酸电池为低温启动的瓶颈，影响变流器低温启动时间，故需要提供一种启动电路可根据耐低温性能分类和器件不同特点分别加热，使影响启机的设备和部件与非必须加热部分分开加热并直接启机，而在其低电压穿越期间和电网停电时使用的铅酸电池在启机后，仍持续使用接触式加热垫加速持续加热，使其处于最优工作温度，增加使用寿命并且极大优化加热效率，减少启机时间。
发明内容
本发明为解决了现有的技术问题，而提供一种适合低温环境中的风力发电机组变流器的低温快速启动电路。
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：
本发明的风力发电机组变流器的低温快速启动电路，包括不间断电源、控制系统和提供电源的供电回路，不间断电源中的主回路整流、逆变及电池升压模块的主板放置于主板机箱内，不间断电源中的铅酸电池放置于电池箱内，供电回路连接主板机箱，主板机箱与控制系统相邻且相互连接，主板机箱还与电池箱相连接，还包括主板机箱回路、电池箱回路、设置在主板机箱和控制系统周围的加热器以及安装在电池箱下表面上的加热带，加热器和加热带分别与供电回路相连接，主板机箱回路控制加热器对主板机箱和控制系统进行加热，主板机箱回路连接并控制主板机箱工作，电池箱回路控制加热带对电池箱进行加热，电池箱回路连接并控制电池箱工作。
所述的主板机箱回路包括第一机械式温度开关、第一接触器和第二接触器；
第一机械式温度开关的第一触点连接第二接触器，第二接触器触头接入加热器的供电支路中，第二接触器控制加热器工作；
第一机械式温度开关的第二触点连接第一接触器，第一接触器主触头接入主板机箱的供电支路中，第一接触器控制主板机箱工作，第一接触器辅触头接入第一接触器的供电支路中，第一接触器自锁；
第一机械式温度开关的第三触点接入供电回路。
所述的第一机械式温度开关设置在主板机箱和控制系统周围，第一机械式温度开关的温度变化点为零下25摄氏度。
所述的加热器的供电支路中还设置有第二保护开关。
所述的电池箱回路包括第二机械式温度开关和第三机械式温度开关，第二机械式温度开关接入电池箱与主板机箱连接支路中，第二机械式温度开关控制电池箱与主板机箱连接通断，第三机械式温度开关接入加热带的供电支路中，第三机械式温度开关控制加热带工作。
所述的第二机械式温度开关设置在电池箱周围，第二机械式温度开关的温度变化点为5摄氏度，第三机械式温度开关设置在加热带周围，第三机械式温度开关的温度变化点为25摄氏度。
所述的主板机箱、主板机箱回路、电池箱回路与供电回路间设有第一保护开关。
所述的加热带采用接触式加热带。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明对变流器内部影响低温启动时间的设备进行加热回路优化，根据不同特点分类加热，极大优化加热效率，减少启机时间。
附图说明
图1是本发明的电路示意图。
其中：R：加热器 HT：加热带
ST1：第一机械式温度开关 ST2：第二机械式温度开关
ST3：第一机械式温度开关 KM1：第一接触器
KM2：第二接触器 F1：第一保护开关
F2：第二保护开关。
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，本发明的风力发电机组变流器的低温快速启动电路，包括不间断电源、控制系统和提供电源的供电回路，不间断电源中的主回路整流、逆变及电池升压模块的主板放置于主板机箱内，不间断电源中的铅酸电池放置于电池箱内，供电回路连接主板机箱，主板机箱与控制系统相邻且相互连接，主板机箱还与电池箱相连接，还包括主板机箱回路、电池箱回路、设置在主板机箱和控制系统周围的加热器R以及安装在电池箱下表面上的加热带HT，加热器和加热带分别与供电回路相连接，主板机箱回路控制加热器对主板机箱和控制系统进行加热，主板机箱回路连接并控制主板机箱工作，电池箱回路控制加热带对电池箱进行加热，电池箱回路连接并控制电池箱工作。
所述的主板机箱回路包括第一机械式温度开关ST1、第一接触器KM1和第二接触器KM2；
第一机械式温度开关的第一触点1连接第二接触器，第二接触器触头接入加热器的供电支路中，第二接触器控制加热器工作；
第一机械式温度开关的第二触点2连接第一接触器，第一接触器主触头接入主板机箱的供电支路中，第一接触器控制主板机箱工作，第一接触器辅触头接入第一接触器的供电支路中，第一接触器自锁；
第一机械式温度开关的第三触点3接入供电回路。
所述的第一机械式温度开关设置在主板机箱和控制系统周围，第一机械式温度开关的温度变化点为零下25摄氏度。
所述的加热器的供电支路中还设置有第二保护开关F2。
所述的电池箱回路包括第二机械式温度开关ST2和第三机械式温度开关ST3，第二机械式温度开关接入电池箱与主板机箱连接支路中，第二机械式温度开关控制电池箱与主板机箱连接通断，第三机械式温度开关接入加热带的供电支路中，第三机械式温度开关控制加热带工作。
所述的第二机械式温度开关设置在电池箱周围，第二机械式温度开关的温度变化点为5摄氏度，第三机械式温度开关设置在加热带周围，第三机械式温度开关的温度变化点为25摄氏度。
所述的主板机箱、主板机箱回路、电池箱回路与供电回路间设有第一保护开关F1。
所述的加热带采用接触式加热带。
本发明的不间断电源UPS中包括主回路整流、逆变及电池升压模块的主板安置于主板机箱内，可持续供电的铅酸电池安置于电池箱内。而从放置位置上将主板机箱与变流器控制系统安装于相近位置，便于加热器R进行加热，而电池箱安装位置相对灵活，电池箱是利用附着于其下表面的接触式加热带HT进行加热，电池箱上安装ST2和ST3，分别控制电池箱与主板机箱连接线的通断和接触式加热带HT的电源通断。
在低温环境中,风力发电机组在得电以后，变频器400V/230V电源上电，使用第一机械式温度开关ST1，由于UPS主板机箱及控制系统最低工作温度为-30℃，考虑机械温度开关精度和其他因素误差，第一机械式温度开关的温度变化点设置为-25℃，将第一机械式温度开关放置于控制器及UPS主板机箱附近，当温度过低时，第一机械式温度开关的第三触点与第一触点连接，第二接触器KM2得电，使UPS主板机箱和控制系统附近的加热器R开始工作，UPS主板机箱和控制系统周围的环境温度提高，第一机械式温度开关的第三触点与第二触点连接，第一接触器KM1得电，第一接触器主触头接通UPS主板机箱230V输入电源，UPS主板机箱启动后，经过整流逆变从而输出220V电源，控制系统得电，由于控制系统启机后，通电器件散发出热量，在低温环境可以保证控制系统正常运行，第一接触器的辅助触点13和14闭合，第一接触器实现自锁，直到供电回路的L和N断电解锁。
同时由于铅酸电池的电池箱充电温度需大于0℃，最适工作温度25℃，在UPS主板机箱，以及由UPS主板机箱供电的控制系统上电后，环境温度仍不能达到电池箱要求，故暂时不能上电。使用第二机械温度开关ST2控制其与UPS主机箱连接电缆通断，考虑机械温控开关误差，第二机械温度开关的温度变化点设置为5℃，并且使用第三机械温度开关ST3控制接触式加热带HT对电池箱进行有针对性的高效加热，考虑机械温控开关误差，第三机械温度开关的温度变化点设置为25℃，并且使电池箱温度处于最适工作温度25℃左右。
一般变流器低温启动模式受限于不间断电源UPS整体温度的限制，需要使整体变流器UPS和控制系统工作环境空间环境由-40℃左右的环境温度达到5℃以上，45K温升且需保持一段时间，启机时间在40分钟~60分钟左右。
本发明的技术方案可将低温工作短板的UPS铅酸电池拆分开来，对其进行局部加热，而变频器整体上电时间决定于UPS主板机箱和变频器控制系统的环境温度，从-40℃达到-25℃，提高15K温升，变频器即可马上开始工作，时间在15分钟内即可完成启机过程，启机所需热能整体减少2/3（2/3=1-15K/45K），可大幅度缩短启机时间。若按照提升45分钟算，按照一个3MW机组满发状态，每一次启机可以提升2250kW·h的发电量。另外对电池箱进行有针对性的接触式加热带进行加热，使铅酸电池在电池箱的小环境内提高加热速度、增加加热效率，使用5℃和25℃两个温度开关控制电池箱在最低温度以上被充放电，在最适的环境温度进行工作，提高了电池的寿命。
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)

1.一种风力发电机组变流器的低温快速启动电路，包括不间断电源、控制系统和提供电源的供电回路，其特征在于：不间断电源中的主回路整流、逆变及电池升压模块的主板放置于主板机箱内，不间断电源中的铅酸电池放置于电池箱内，供电回路连接主板机箱，主板机箱与控制系统相邻且相互连接，主板机箱还与电池箱相连接，还包括主板机箱回路、电池箱回路、设置在主板机箱和控制系统周围的加热器以及安装在电池箱下表面上的加热带，加热器和加热带分别与供电回路相连接，主板机箱回路控制加热器对主板机箱和控制系统进行加热，主板机箱回路连接并控制主板机箱工作，电池箱回路控制加热带对电池箱进行加热，电池箱回路连接并控制电池箱工作；
所述的主板机箱回路包括第一机械式温度开关、第一接触器和第二接触器；
第一机械式温度开关的第一触点连接第二接触器，第二接触器触头接入加热器的供电支路中，第二接触器控制加热器工作；
第一机械式温度开关的第二触点连接第一接触器，第一接触器主触头接入主板机箱的供电支路中，第一接触器控制主板机箱工作，第一接触器辅触头接入第一接触器的供电支路中，第一接触器自锁；
第一机械式温度开关的第三触点接入供电回路；
所述的电池箱回路包括第二机械式温度开关和第三机械式温度开关，第二机械式温度开关接入电池箱与主板机箱连接支路中，第二机械式温度开关控制电池箱与主板机箱连接通断，第三机械式温度开关接入加热带的供电支路中，第三机械式温度开关控制加热带工作。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组变流器的低温快速启动电路，其特征在于：所述的第一机械式温度开关设置在主板机箱和控制系统周围，第一机械式温度开关的温度变化点为零下25摄氏度。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组变流器的低温快速启动电路，其特征在于：所述的加热器的供电支路中还设置有第二保护开关。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组变流器的低温快速启动电路，其特征在于：所述的第二机械式温度开关设置在电池箱周围，第二机械式温度开关的温度变化点为5摄氏度，第三机械式温度开关设置在加热带周围，第三机械式温度开关的温度变化点为25摄氏度。
5.根据权利要求1所述的风力发电机组变流器的低温快速启动电路，其特征在于：所述的主板机箱、主板机箱回路、电池箱回路与供电回路间设有第一保护开关。
6.根据权利要求1所述的风力发电机组变流器的低温快速启动电路，其特征在于：所述的加热带采用接触式加热带。
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