CN202997536U - IGBT型Crowbar - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种IGBT型Crowbar，包括整流桥、一个双联的IGBT、一组泄放电阻、一组吸收电路及控制单元电路。整流桥的交流侧连接至风力发电机的转子侧；双联的IGBT由IGBT1和IGBT2组成，IGBT1、泄放电阻与整流桥的直流侧串联构成放电主回路，IGBT2与泄放电阻并联组成泄放电阻的阻值调节回路；吸收电路与双联的IGBT并联，与IGBT1和IGBT2分别组成吸收回路。模块化组装，且IGBT的使用数量减少为2个，结构简单、使用轻便、成本低；在电网电压跌落故障切除后，能控制切出且泄放电阻阻值可控，能够保证母线电压的安全同时避免Crowbar的多次投入或者长时间投入。

Description

IGBT型Crowbar
技术领域本实用新型属于电气装置，具体涉及一种用于双馈风力发电机组的IGBT型Crowbar装置。 
背景技术风力发电是近十年来国际上发展速度最快的清洁能源技术。随着风电场装机容量的上升，风力发电容量在电网中的比例越来越大，风力发电机与电网之间的相互影响作用显得日益重要。考虑到电网故障时风机各种运行状态对电网稳定性的影响，各国对低电压穿越提出了严格的技术要求。所谓低电压穿越，指在风机并网点发生电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间区域。即要求电网电压跌落时风电机组仍具有不间断运行能力。在故障期间，发电机和电网仍继续保持连接，故障切除后，风力发电机迅速恢复正常运行，为系统提供必要的有功和无功功率支持，减少电压崩溃的危险，提高系统的稳定性。 
目前主要采用Crowbar电路来实现电压跌落时风力发电机组的不间断运行。该技术在电压跌落时切断发电机励磁电源，投入转子旁路保护电阻来限制转子回路的最大电流，达到保护转子励磁电源和发电机的目的。现有的IGBT型Crowbar有的为被动式Crowbar，在电网发生电压跌落故障时投入，但一经投入之后就无法控制切出，因此即便电网故障切除，双馈变频器仍不能自动恢复正常只能花费较长的时间人工重启，无法满足双馈风力发电机组低电压穿越的要求。有的虽然为主动式Crowbar,满足在需要的时候随时被控制切出以恢复双馈变频器的正常运行状态的条件，但是泄放电阻一般是阻值固定的，这样的 Crowbar结构在选择泄放电阻的时候，多根据母线电压的耐受能力来选择尽可能小的泄放电阻的阻值。这样虽然保护住了母线，但是在Crowbar切出的时候，容易引起二次过流或者多次再过流重新投入Crowbar,或者必须长时间投入Crowbar，很难满足国标要求的无功支撑时间和功率恢复时间的要求。 
发明内容为解决上述现有被动型和主动型Crowbar存在的结构复杂、风机变频器不能自动恢复或者Crowbar电阻阻值固定，Crowbar多次投入导致无法满足国标要求的无功支撑以及有功功率恢复时间的要求的问题，本实用新型提供了一种结构简单、在电网电压跌落故障切除后能控制切出并且泄放电阻阻值可控的主动IGBT型Crowbar装置，以实现双馈变频器的自动恢复。 
本实用新型的技术方案如下：一种IGBT型Crowbar，其特征在于：包括整流桥、一个双联的IGBT、一组泄放电阻R3、一组吸收电路及控制单元电路；整流桥的交流侧连接至双馈风力发电机的转子侧；双联的IGBT由IGBT1和IGBT2组成，IGBT1、泄放电阻与整流桥的直流侧串联构成放电主回路，IGBT2与泄放电阻并联组成泄放电阻的阻值调节回路；吸收电路与双联的IGBT并联，与IGBT1和IGBT2分别组成吸收回路；控制单元电路包含为IGBT1和IGBT2提供驱动信号的驱动电路、可实时检测泄放电阻两端电压值的电压检测电路。 
所述的整流桥为三组大容量二极管D1-D6并排设置，由两个整流桥直流铜排并联而成；设有相应的整流桥散热支撑板。 
所述的双联的IGBT置于IGBT散热支撑板上。 
所述的泄放电阻R3由一组低阻值、大功率的电阻并联而得，设置在风机控制柜内。 
所述的吸收电路中C1和R1串联于IGBT1的发射极和集电极间；吸收电路中C2和R2与串联于IGBT2的发射极和集电极间；吸收电路板与吸收电路安装 板组合设置于主动型Crowbar后端。 
所述的控制单元电路板设置于IGBT型Crowbar顶部，控制单元的绝缘盖板设置于控制单元电路板的上方。 
采用上述技术方案后，本实用新型采用模块化组装，且IGBT的使用数量减少为2个，结构简单合理，安装使用轻便灵活，成本较低；同时在电网电压跌落故障切除后，实用新型能控制切出并且泄放电阻阻值可控，从而在低电压穿越过程中，能够保证母线电压的安全同时避免Crowbar的多次投入或者长时间投入，以满足国标要求的无功支撑时间以及有功功率恢复时间的要求。 
附图说明图1是本实用新型的原理示意图 
具体实施方式下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。 
本实用新型的IGBT型Crowbar用于为双馈风力发电机组提供低电压穿越的功能。 
本实用新型实施例中的IGBT型Crowbar，包括：整流桥模块，一个双联的IGBT，一组泄放电阻，一组吸收电路板，控制单元电路板，一个Crowbar外壳，一块整流桥散热支撑板，一块IGBT散热板，一块吸收电路安装板，两个整流桥直流铜排，一张控制单元的绝缘盖板。其中： 
整流桥为三组大容量二极管D1-D6并排布置，由整流桥直流铜排并联，搭建成一组大容量整流桥。整流桥交流侧连接到双馈风力发电机的转子侧。整流桥配备有相应的散热支撑板。 
双联的IGBT由IGBT1和IGBT2组成，安装在IGBT散热板上。IGBT1和泄放电阻R3串联在Crowbar整流桥的正负母线之间，构成放电主回路。IGBT2与泄放电阻R3并联，组成泄放电阻R3的阻值调节回路。 
泄放电阻R3由一组低阻值、大功率的电阻并联而得，可以与Crowbar控制电路分离，安装在风机控制柜的其他位置。 
吸收电路板、吸收电路的安装板，组合安装在Crowbar的后端。吸收电路 与双联IGBT并联，分别与IGBT1、IGBT2组成两个吸收回路。在实施例中吸收电路中C1和R1串联于IGBT1的发射级和集电极间；吸收电路中C2和R2与串联于IGBT2的发射级和集电极间。 
控制单元电路板包含了IGBT的驱动电路、泄放电阻的电压检测电路。驱动电路分别为IGBT1和IGBT2提供驱动信号。检测电路实时检测泄放电阻两端的电压值，给出反馈信号，以便精确调节泄放电阻的等效阻值。实施例中控制单元电路板安装在Crowbar的顶部，控制单元的绝缘盖板安装在控制单元电路板的上方，用于保护控制单元电路板，防止使用时发生触电危险。 
本实用新型在进行低电压穿越时，具体工作步骤如下： 
（1）当检测到电网电压跌落故障后，检测到双馈风力发电机转子侧感应出大电流的有可能危害到双馈变流器的时候，控制单元驱动IGBT1，使泄放电阻R3回路导通，以避免大电流直接冲击双馈变流器，危害电力电子器件，或者造成母线电压过高。 
（2）根据检测到泄放电阻R3两端的电压值，调整IGBT2驱动信号的PWM占空比，限制泄放电阻R3的接入时间以等效调节泄放电阻的阻值。 
（3）判断泄放电阻R3阻值已经调节合适以及泄放电阻R3两端的电压值适中的时候，控制单元控制切出IGBT1。 
（4）在电网电压恢复的时候，重复上述（1）、（2）、（3）的步骤，通过检测电路实时检测泄放电阻两端的电压值，给出反馈信号，从而精确地调节泄放电阻的等效阻值。 
经过（1）至（4）的工作步骤，本实用新型实现双馈发电机组的低电压穿越过程。 
在本实用新型实施例中，根据图1所示的原理示意图，将IGBT型Crowbar模块进行合理的有效分解成为4个小模块，即IGBT模块、整流桥模块，吸收电路模块，控制单元模块。所有模块全部组装在Crowbar外壳上，IGBT模块和吸收电路模块上下错开安装，充分留出整流桥和IGBT的散热空间，吸收电路模块安装在Crowbar的后端，控制单元模块安装在Crowbar的顶部，所有钣金材料 都是采用优质不锈钢材料，表面经拉丝工艺处理，外观美观，且有极高耐腐蚀性，完全满足风电机组复杂的运行环境。 
本实用新型中所涉及的其它电路均为常规电路，这里不再赘述。 

Claims (6)

1.IGBT型Crowbar，其特征在于：包括整流桥、一个双联的IGBT、一组泄放电阻R3、一组吸收电路及控制单元电路；整流桥的交流侧连接至双馈风力发电机的转子侧；双联的IGBT由IGBT1和IGBT2组成，IGBT1、泄放电阻与整流桥的直流侧串联构成放电主回路，IGBT2与泄放电阻并联组成泄放电阻的阻值调节回路；吸收电路与双联的IGBT并联，与IGBT1和IGBT2分别组成吸收回路；控制单元电路包含为IGBT1和IGBT2提供驱动信号的驱动电路、可实时检测泄放电阻两端电压值的电压检测电路。 
2.如权利要求1所述的IGBT型Crowbar，其特征在于：所述的整流桥为三组大容量二极管D1-D6并排设置，由两个整流桥直流铜排并联而成；设有相应的整流桥散热支撑板。 
3.如权利要求1所述的IGBT型Crowbar，其特征在于：所述的双联的IGBT置于IGBT散热支撑板上。 
4.如权利要求1所述的IGBT型Crowbar，其特征在于：所述的泄放电阻R3由一组低阻值、大功率的电阻并联而得，设置在风机控制柜内。 
5.如权利要求1所述的IGBT型Crowbar，其特征在于：所述的吸收电路中C1和R1串联于IGBT1的发射极和集电极间；吸收电路中C2和R2与串联于IGBT2的发射极和集电极间；吸收电路板与吸收电路安装板组合设置于主动型Crowbar后端。 
6.如权利要求1所述的IGBT型Crowbar，其特征在于：所述的控制单元电路板设置于IGBT型Crowbar顶部，控制单元的绝缘盖板设置于控制单元电路板的上方。 
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