CN110581642A - 一种变流器软启动电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种变流器软启动电路及方法。该软启动电路至少包括并网开关、软启接触器、软启电阻集合和滤波电容集合，并网开关的第一端分别与电网侧和软启接触器的第一端相连，并网开关的第二端分别通过电机控制中心和变流器与电机定子的输出端相连，软启接触器的第二端分别与软启电阻集合中各软启电阻的第一端相连，软启电阻集合中各软启电阻的第二端分别与滤波电容集合中各滤波电容的第一端和并网开关的第二端相连，滤波电容集合中各滤波电容的第二端连接至同一节点上；其中，在接收到软启动指令时，闭合软启接触器为母线充电，当母线电压达到设定阈值时，闭合并网开关，并断开软启接触器，完成软启动。

Description

一种变流器软启动电路及方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种变流器软启动电路及方法。

背景技术

随着风力发电技术的不断发展，风力发电技术日渐成熟，不仅成为新能源行业的代表，也反映了电力电子技术在大功率领域的发展状况。目前全球整机发电厂商对变流器的需求集中在：高可靠性、高性能指标、长寿命、低故障率。在全球变流器产品竞争日趋激烈的背景下，变流器的成本以及性价比变得尤为重要。

目前，双馈变流器电路至少包括软启动电路和变流器电路，双馈变流器行业内主流的软启动电路的设计方案参阅图1所示，变流器软启动电路包括微型断路器(MicroCircuit Breaker，MCB)，主接触器KM1，软启接触器KM2，软启电阻L1和电容C。在接收到启动指令时，先闭合软启接触器KM2，再闭合主接触器KM3并断开软启接触器KM2，最后闭合MCB，完成变流器的软启动。

然而，随着风机功率等级的不断提高，变流器电流规格也在不断升级，这样，对变流器中电器元件的功率等级的要求也越来越高，电网侧变流器的电流等级也越来越高，电流等级越高的主接触器KM1，其成本越高，从而使得变流器的整体成本也较高，降低了变流器的市场竞争力。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种变流器软启动电路及方法，用以解决现有技术中存在的由于变流器的整体成本较高，而导致变流器市场竞争力较低的问题。

本发明实施例中提供的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种变流器软启动电路，应用于变流器的软启动，所述软启动电路至少包括并网开关，软启接触器，软启电阻集合和滤波电容集合，所述并网开关的第一端分别与电网侧和所述软启接触器的第一端相连，所述并网开关的第二端分别通过电机控制中心和变流器与电机定子的输出端相连，所述软启接触器的第二端分别与软启电阻集合中各软启电阻的第一端相连，所述软启电阻集合中各软启电阻的第二端分别与所述滤波电容集合中各滤波电容的第一端和所述并网开关的第二端相连，所述滤波电容集合中各滤波电容的第二端连接至同一节点上；其中，在接收到软启动指令时，闭合所述软启接触器为所述母线充电，当所述母线电压达到设定阈值时，闭合所述并网开关，并断开所述软启接触器，完成软启动。

采用本发明提供的变流器软启电路，变流器软启动电路中去掉成本较高的主接触器，通过对软启动逻辑的改进，用并网开关代替主接触器的作用，大大降低了变流器的制造成本，从而提高了变流器的市场竞争力。

可选的，所述变流器软启动电路还包括：

设置于所述软启电阻集合中各软启电阻的第二端和所述变流器之间的投切电容接触器；

其中，在接收到软启动指令之后，闭合软启接触器之前，闭合所述投切电容接触器。

上述可选的实施方式表征，通过增加投切电容接触器的方式，控制对滤波电容的充电操作。

可选的，所述变流器软启动电路还包括：

设置于所述软启接触器的第二端和所述软启电阻集合中各软启电阻的第一端之间的保护开关；

其中，当检测到所述变流器软启动故障时，断开所述保护开关。

上述可选的实施方式表征，变流器软启动电路中包括有保护开关，正常状态下保护开关处于闭合状态，当检测到变流器软启动故障时，断开保护开关，以保护变流器软启动电路，提高了变流器的安全性。

第二方面，本发明提供一种变流器软启动电路，应用于变流器的软启动，所述软启动电路至少包括并网开关，软启接触器，软启电阻集合，整流桥和滤波电容集合，

所述并网开关的第一端分别与电网侧和所述软启接触器的第一端相连，所述并网开关的第二端分别通过电机控制中心和变流器与电机定子的输出端相邻，以及所述并网开关的第二端分别与滤波电容集合中各滤波电容的第一端相连，所述滤波电容集合中各滤波电容的第二端连接至同一节点上，所述软启接触器的第二端分别与所述软启电阻集合中各软启电阻的第一端相连，所述软启电阻集合中各软启电阻的第二端分别与所述整流桥的输出端相连，所述整流桥的输入端分别与所述变流器的中间直流输出端相连；

其中，在接收到软启动指令时，闭合所述软启接触器为所述母线充电，当所述母线电压达到设定阈值时，闭合所述并网开关，并断开所述软启接触器，完成软启动。

可选的，所述软启接触器的第二端分别与所述整流桥的输出端相连，所述整流桥的输入端分别与所述软启电阻集合中各软启电阻的第一端相连，所述软启电阻集合中各软启电阻的第二端分别与所述变流器的中间直流输出端相连。

可选的，所述变流器软启动电路还包括：

保护开关，所述保护开关的第一端分别与所述软启接触器的第二端相连，所述保护开关的第二端分别与所述软启电阻集合中各软启电阻的第一端/所述整流桥的输出端相连；

其中，当检测到所述变流器软启动故障时，断开所述保护开关。

可选的，所述变流器软启动电路还包括：

设置于所述滤波电容集合中各滤波电容的第一端和所述变流器之间的投切电容接触器；

其中，在接收到软启动指令之后，闭合软启接触器之前，闭合所述投切电容接触器。

第三方面，本发明提供一种变流器软启动方法，应用于如上述第一方面中任一变流器软启动电路，包括：

若所述变流器软启动电路不包括投切电容接触器，则在并网开关处于断开状态下，接收到软启动指令时，闭合所述软启接触器为所述母线充电；

当检测到所述母线电压达到第一阈值时，闭合所述并网开关，并断开所述软启接触器，完成软启动。

可选的，若所述变流器软启动电路包括投切电容接触器，则在接收到软启动指令之后，在闭合所述软启接触器为所述母线充电之前，还包括：

闭合投切电容接触器。

可选的，上述方法还包括：

若并网开关处于闭合状态，则在接收到软启动指令时，闭合所述软启接触器；

当检测到所述滤波电容集合中各滤波电容的电压值达到第二阈值时，闭合所述投切电容接触器，并断开所述软启接触器，完成软启动。

可选的，上述方法还包括：

若所述变流器软启动电路包括保护开关，则在检测到所述变流器软启动故障时，断开所述保护开关。

本发明有益效果如下：

本发明提供一种变流器软启动电路，应用于变流器的软启动，所述软启动电路至少包括并网开关，软启接触器，软启电阻集合和滤波电容集合，所述并网开关的第一端分别与电网侧和所述软启接触器的第一端相连，所述并网开关的第二端分别通过电机控制中心和变流器与电机定子的输出端相连，所述软启接触器的第二端分别与软启电阻集合中各软启电阻的第一端相连，所述软启电阻集合中各软启电阻的第二端分别与所述滤波电容集合中各滤波电容的第一端和所述并网开关的第二端相连，所述滤波电容集合中各滤波电容的第二端连接至同一节点上；其中，在接收到软启动指令时，闭合所述软启接触器为所述母线充电，当所述母线电压达到设定阈值时，闭合所述并网开关，并断开所述软启接触器，完成软启动。

采用本发明提供的变流器软启电路，变流器软启动电路中去掉成本较高的主接触器，通过对软启动逻辑的改进，用并网开关代替主接触器的作用，大大降低了变流器的制造成本，从而提高了变流器的市场竞争力。

附图说明

图1为现有技术中双馈变流器行业内主流的软启动电路的设计方案；

图2为本发明实施例中提供的第一种变流器软启动电路的电路示意图；

图3为本发明实施例中提供的第二种变流器软启动电路的电路示意图；

图4为本发明实施例中提供的第三种变流器软启动电路的电路示意图；

图5为本发明实施例中提供的第四种变流器软启动电路的电路示意图；

图6为本发明实施例中提供的第五种变流器软启动电路的电路示意图；

图7为本发明实施例中提供的第六种变流器软启动电路的电路示意图；

图8为本发明实施例中提供的一种变流器软启动方法的详细流程图；

图9为本发明实施例中提供的一种变流器在停机状态下启机逻辑的示意图；

图10为本发明实施例中提供的一种变流器在待机状态下启机逻辑的示意图；

图11为本发明实施例中提供的另一种变流器在待机状态下启机逻辑的示意图。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。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。

首先，本发明实施例中术语“和”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

当本发明提及“第一”、“第二”、“第三”或者“第四”等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，否则应当理解为仅仅是起区分之用。

下面将通过具体实施例对本发明的方案进行详细描述，当然，本发明并不限于以下实施例。

示例性的，参阅图2所示，本发明实施例中提供一种变流器软启动电路，该变流器软启动电路至少包括并网开关，较佳的，该并网开关可以是微型断路器(Micro CircuitBreaker，MCB)，软启接触器KM2，软启电阻集合R和滤波电容集合C，该并网开关MCB的第一端分别与电网侧和软启接触器KM2的第一端相连，并网开关MCB的第二端分别通过电机控制中心(Motor Control Center，MCC)和变流器与电机定子的输出端相连，软启接触器KM2的第二端分别与软启电阻集合R中各软启电阻的第一端相连，软启电阻集合R中各软启电阻的第二端分别与滤波电容集合C中各滤波电容的第一端和并网开关MCB的第二端相连，滤波电容集合C中各滤波电容的第二端连接至同一节点上；其中，在接收到软启动指令时，闭合软启接触器KM2为滤波电容集合C中各滤波电容和母线充电，当母线电压达到设定阈值时，闭合并网开关MCB，并断开软启接触器KM2，完成软启动。

实际应用中，在将电机定子(如，发电机)发出的电力并入电网侧时，由于发电机输出的电能的电压，电流和频率等参数与电网侧所需求的电能的电压，电流和频率等参数不同，那么，就需要变流器将发电机输出的电能转换成电网侧所需求的电能。那么，变流器电路中就需要包括有MCC，补偿电路和软启动电路，MCC用于根据发电机发出的电能的参数和电网侧所需求的电能的参数，控制补偿电路为母线补偿电能，从而完成电能参数的转换。由图2可知，发电机将电能通过母线(母线上设置有并网开关和电机控制中心)将电能传输至电网侧的同时，MCC控制补偿电路为母线提供电能补偿，使得输入至电网侧的电能的参数满足电网侧对电能参数的需求。

进一步的，示例性的，结合图2，参阅图3所示，本发明实施例中，变流器软启动电路还可以包括：设置于软启电阻集合R中各软启电阻的第二端与变流器之间的投切电容接触器KM3，相对应的，本发明实施例中，变流器在接收到软启动指令之后，闭合软启接触器KM2之前，闭合投切电容接触器KM3，为滤波电容集合充电。

进一步的，示例性的，结合图3，参阅图4所示，本发明实施例中变流器软启动电路还可以包括：设置于软启接触器的第二端和软启电阻集合中各软启电阻的第一端之间的保护开关Q21，其中，保护开关正常情况下处于闭合状态，保护开关Q21用于在变流器软启动时，若检测到变流器软启动故障，则可以通过断开保护开关Q21，保护变流器。

示例性的，参阅图5所示，本发明实施例中还提供一种通过改变软启动支路的变流器软启动电路，该变流器软启动电路至少包括并网开关MCB，软启接触器KM2，软启电阻集合R，滤波电容集合C和整流桥，并网开关MCB的第一端分别与电网侧和软启接触器KM2的第一端相连，并网开关MCB的第二端分别通过电机控制中心MCC和变流器与电机定子的输出端相邻，以及所述并网开关的第二端分别与滤波电容集合C中各滤波电容的第一端相连，滤波电容集合中各滤波电容的第二端连接至同一节点上，软启接触器KM2的第二端分别与软启电阻集合R中各软启电阻的第一端相连，软启电阻集合R中各软启电阻的第二端分别与整流桥的输出端相连，整流桥的输入端分别与变流器的中间直流输出端相连；其中，在接收到软启动指令时，闭合软启接触器KM2为滤波电容集合C中各滤波电容和母线充电，当母线电压达到设定阈值时，闭合并网开关MCB，并断开软启接触器KM2，完成软启动。

当然，本发明实施例中，软启电阻集合R可以设置在软启接触器KM2和整流桥之间，也可以设置在整流桥和变流器之间。软启接触器KM2的第二端分别与整流桥的输出端相连，整流桥的输入端分别与软启电阻集合R中各软启电阻的第一端相连，软启电阻集合R中各软启电阻的第二端分别与变流器的中间直流输出端相连。

进一步的，示例性的，结合图5，参阅图6所述，变流器软启动电路还包括保护开关Q21，保护开关Q21的第一端分别与软启接触器的第二端相连，保护开关Q21的第二端分别与软启电阻集合R中各软启电阻的第一端相连，保护开关Q21用于保护软启动电路，当检测到变流器软启动故障时，断开保护开关Q21；变流器软启动电路还包括设置于滤波电容集合C中各滤波电容的第一端和变流器之间的投切电容接触器KM3，在接收到软启动指令之后，闭合软启接触器KM2之前，闭合投切电容接触器KM3，为滤波电容集合C中各滤波电容进行充电。

上面描述了软启电阻集合R设置在软启接触器KM2和整流桥之间的情况，下面描述软启电阻集合R设置在整流桥和变流器之间的情况。示例性的，结合图6，参阅图7所示，软启电阻集合R设置在整流桥和变流器之间，软启电阻集合R中各软启电阻的第一端分别与整流桥的输入端相连，软启电阻集合R中各软启电阻的第二端分别与变流器的中间直流输出端相连。

参阅图8所示，本发明实施例中，一种变流器软启动方法的详细流程如下：

步骤800：若上述变流器软启动电路不包括投切电容接触器，则在并网开关处于断开状态下，接收到软启动指令时，闭合上述软启接触器为上述母线充电。

步骤810：当检测到上述母线电压达到第一阈值时，闭合上述并网开关，并断开上述软启接触器，完成软启动。

具体的，本发明实施例中，若变流器软启动电路仅包括并网开关MCB，软启接触器KM2，软启电阻集合R和滤波电容集合C，而不包括投切电容接触器KM3，则变流器在停机状态下(并网开关MCB处于断开状态)的正常启机逻辑如下：变流器在接收到启机ARE指令后，先闭合软启接触器KM2，对母线进行充电处理，当母线电压达到第一阈值时，再闭合并网开关MCB，并断开软启接触器KM2，完成变流器软启动操作。

当然，若变流器软启动电路包括投切电容接触器，则在接收到软启动指令之后，在闭合所述软启接触器为所述母线充电之前，还包括：闭合投切电容接触器。

具体的，变流器软启动电路包括并网开关MCB，软启接触器KM2，软启电阻集合R，滤波电容集合C和投切电容接触器KM3，则变流器在停机状态下(并网开关MCB处于断开状态)的正常启机逻辑参阅图9所示：变流器在接收到启机ARE指令后，首先闭合投切电容接触器KM3，对滤波电容集合C进行充电处理，然后，再闭合软启接触器KM2，对母线进行充电处理，当母线电压达到第一阈值时，再闭合并网开关MCB，并断开软启接触器KM2，完成变流器软启动操作。

进一步的，若变流器软启动电路包括并网开关MCB，软启接触器KM2，软启电阻集合R，滤波电容集合C和投切电容接触器KM3，变流器在待机状态下(并网开关MCB处于闭合状态)的启机逻辑参阅图10所示：变流器在接收到启机ARE指令后，首先闭合软启接触器KM2，然后在闭合投切电容接触器KM3，最后断开软启接触器KM2，完成变流器软启动操作。

当然，变流器在待机状态下的启机逻辑也可以参阅图11所示：变流器在接收到启机ARE指令后，直接闭合投切电容接触器KM3，完成变流器软启动操作。

综上所述，本发明提供一种变流器软启动电路，应用于变流器的软启动，所述软启动电路至少包括并网开关，软启接触器，软启电阻集合和滤波电容集合，所述并网开关的第一端分别与电网侧和所述软启接触器的第一端相连，所述并网开关的第二端分别通过电机控制中心和变流器与电机定子的输出端相连，所述软启接触器的第二端分别与软启电阻集合中各软启电阻的第一端相连，所述软启电阻集合中各软启电阻的第二端分别与所述滤波电容集合中各滤波电容的第一端和所述并网开关的第二端相连，所述滤波电容集合中各滤波电容的第二端连接至同一节点上；其中，在接收到软启动指令时，闭合所述软启接触器为所述母线充电，当所述母线电压达到设定阈值时，闭合所述并网开关，并断开所述软启接触器，完成软启动。

采用本发明提供的变流器软启电路，变流器软启动电路中去掉成本较高的主接触器，通过对软启动逻辑的改进，用并网开关代替主接触器的作用，大大降低了变流器的制造成本，从而提高了变流器的市场竞争力。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种变流器软启动电路，应用于变流器的软启动，其特征在于，所述软启动电路至少包括并网开关，软启接触器，软启电阻集合和滤波电容集合，

所述并网开关的第一端分别与电网侧和所述软启接触器的第一端相连，所述并网开关的第二端分别通过电机控制中心和变流器与电机定子的输出端相连，所述软启接触器的第二端分别与软启电阻集合中各软启电阻的第一端相连，所述软启电阻集合中各软启电阻的第二端分别与所述滤波电容集合中各滤波电容的第一端和所述并网开关的第二端相连，所述滤波电容集合中各滤波电容的第二端连接至同一节点上；

其中，在接收到软启动指令时，闭合所述软启接触器为所述母线充电，当所述母线电压达到设定阈值时，闭合所述并网开关，并断开所述软启接触器，完成软启动。

2.如权利要求1所述的变流器软启动电路，其特征在于，所述变流器软启动电路还包括：

设置于所述软启电阻集合中各软启电阻的第二端和所述变流器之间的投切电容接触器；

其中，在接收到软启动指令之后，闭合软启接触器之前，闭合所述投切电容接触器。

3.如权利要求2所述的变流器软启动电路，其特征在于，所述变流器软启动电路还包括：

设置于所述软启接触器的第二端和所述软启电阻集合中各软启电阻的第一端之间的保护开关；

其中，当检测到所述变流器软启动故障时，断开所述保护开关。

4.一种变流器软启动电路，应用于变流器的软启动，其特征在于，所述软启动电路至少包括并网开关，软启接触器，软启电阻集合，整流桥和滤波电容集合，

所述并网开关的第一端分别与电网侧和所述软启接触器的第一端相连，所述并网开关的第二端分别通过电机控制中心和变流器与电机定子的输出端相邻，以及所述并网开关的第二端分别与滤波电容集合中各滤波电容的第一端相连，所述滤波电容集合中各滤波电容的第二端连接至同一节点上，所述软启接触器的第二端分别与所述软启电阻集合中各软启电阻的第一端相连，所述软启电阻集合中各软启电阻的第二端分别与所述整流桥的输出端相连，所述整流桥的输入端分别与所述变流器的中间直流输出端相连；

其中，在接收到软启动指令时，闭合所述软启接触器为所述母线充电，当所述母线电压达到设定阈值时，闭合所述并网开关，并断开所述软启接触器，完成软启动。

5.如权利要求4所述的变流器软启动电路，其特征在于，所述软启接触器的第二端分别与所述整流桥的输出端相连，所述整流桥的输入端分别与所述软启电阻集合中各软启电阻的第一端相连，所述软启电阻集合中各软启电阻的第二端分别与所述变流器的中间直流输出端相连。

6.如权利要求4或5所述的变流器软启动电路，其特征在于，所述变流器软启动电路还包括：

保护开关，所述保护开关的第一端分别与所述软启接触器的第二端相连，所述保护开关的第二端分别与所述软启电阻集合中各软启电阻的第一端/所述整流桥的输出端相连；

其中，当检测到所述变流器软启动故障时，断开所述保护开关。

7.如权利要求4或5所述的变流器软启动电路，其特征在于，所述变流器软启动电路还包括：

设置于所述滤波电容集合中各滤波电容的第一端和所述变流器之间的投切电容接触器；

其中，在接收到软启动指令之后，闭合软启接触器之前，闭合所述投切电容接触器。

8.一种变流器软启动方法，应用于如权利要求1-7任一所述的变流器软启动电路，其特征在于，包括：

若所述变流器软启动电路不包括投切电容接触器，则在并网开关处于断开状态下，接收到软启动指令时，闭合所述软启接触器为所述母线充电；

当检测到所述母线电压达到第一阈值时，闭合所述并网开关，并断开所述软启接触器，完成软启动。

9.如权利要求8所述的变流器软启动方法，其特征在于，若所述变流器软启动电路包括投切电容接触器，则在接收到软启动指令之后，在闭合所述软启接触器为所述母线充电之前，还包括：

闭合投切电容接触器。

10.如权利要求9所述的变流器软启动方法，其特征在于，还包括：

若并网开关处于闭合状态，则在接收到软启动指令时，闭合所述软启接触器；

当检测到所述滤波电容集合中各滤波电容的电压值达到第二阈值时，闭合所述投切电容接触器，并断开所述软启接触器，完成软启动。

11.如权利要求8-10任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

若所述变流器软启动电路包括保护开关，则在检测到所述变流器软启动故障时，断开所述保护开关。