CN203574385U - 适用于低压穿越的风电变流器的供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及适用于低压穿越的风电变流器的供电系统，包括交流供电电源，该交流供电电源连接并网侧，并通过桥式整流模块连接接触器线包和控制系统，还包括直流供电电源，该直流供电电源连接风电变流器直流侧，并通过一个DC/DC变换器连接接触器线包和控制系统；本实用新型采用交直流冗余供电的方式，且将控制系统和接触器线包分别供电，解决了现有技术中电网发生低压穿越故障时接触器线包失电脱网的问题。

Description

适用于低压穿越的风电变流器的供电系统

技术领域

本实用新型涉及一种适用于低压穿越要求的风电变流器的供电系统。 

背景技术

近年来，风力发电行业迅速发展壮大。为保持风力发电行业良性发展，避免污染电网甚至损害用电设备，市场对风力发电的核心部件——风电变流器提出了严格的要求：要具备低电压穿越功能。即在电网发生低电压穿越故障时，风电变流器不仅不能脱网，还要向电网提供无功支撑，以帮助电网尽快恢复，标准如图1所示。 

但目前风电变流器控制系统供电方案在电网低电压穿越时存在如下2个问题： 

1）系统发生低电压穿越时，电网电压跌落，传统内取电模式（即通过电网侧取电）在跌落时间段内失电，无法满足低电压穿越下风电变流器控制系统供电要求； 

2）系统发生低电压穿越时，电网电压跌落，接触器线包失电，会造成接触器主触点断开而脱网。 

针对风电变流器控制系统及接触器低电压穿越下的供电要求，可以考虑从风电变流器直流母线侧取电，组成交直流冗余供电系统。但即使采用这种模式仍存在一个问题：接触器线包的供电问题。 

接触器线包为感性负载，其吸合时功率很大，但维持吸合时功率很小，吸合及维持损耗比例高达100:1，举1500kW风电变流器用ABB接触器AF1350为例，其吸合瞬间功率可达1900VA，但维持功耗仅需17W，这种特殊的负载情况给控制系统供电回路的设计带来了困扰，如果前端直流电源功率小，则可能正常工作情况下接触器无法吸合启动或者即使接触器可以吸合，但造成供电电压波动太大，影响接触器吸合瞬间控制系统的正常工作，如果因为接触器吸合功率前端直流电源选的很大，稳态时功率需求却很小，会造成成本浪费。 

综上，从实际应用角度出发，风电变流器控制系统供电方案除需要满足低电压穿越时供电需求外，还要考虑交流及直流取电的配置组合模式，保证可靠性及经济性。基于此，急需一种高效且适用于低电压穿越要求的冗余供电方式。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种适用于低压穿越的风电变流器的供电系统，以解决电网发生低电压穿越故障时接触器线包失电脱网的问题。 

为实现上述目的，本实用新型的适用于低压穿越的风电变流器的供电系统包括交流供电电源，该交流供电电源连接并网侧，并通过桥式整流模块连接接触器线包和控制系统，还包括直流供电电源，该直流供电电源连接风电变流器直流侧，并通过一个DC/DC变换器连接接触器线包和控制系统。 

所述交流供电电源通过第一桥式整流模块连接到控制系统，并通 过第二桥式整流模块连接到接触器线包。 

所述控制系统与所述接触器线包的直流供电母线上还串接有限流电阻，该限流电阻的一端连接所述控制系统的正极，另一端连接所述接触器线包的正极。 

所述第一桥式整流模块的正负直流输出端并联有滤波电容，所述第二桥式整流模块的正负直流输出端并联有储能电容。 

所述交流供电电源的输出电压大于直流供电电源的输出电压。 

本实用新型的适用于低压穿越的风电变流器的供电系统能够产生以下有益效果： 

1）对风电变流器的控制系统和接触器线包分别供电，避免了由于接触器线包上电吸合功率大引起供电母线波动对变流器控制系统的供电产生影响； 

2）采用交直流冗余供电的方式，由于电网侧交流电主要通过变压器转变而来，带载能力强，因此在接触器线包上电吸合时主要从交流处取电，在接触器线包供电母线上设有电容用于储能，同时并入直流电源，待低电压穿越交流侧失电时，控制系统和接触器线包转由直流电源供电，由于接触器线包保持功率很小，可以最大程度的减小直流电源的功率需求，减小系统成本； 

3）系统接触器线包和控制系统之间的供电母线上设有限流电阻，使接触器线包吸合时主要功率由交流侧提供，直流电源只起到辅助支撑作用，在接触器线包吸合瞬间，系统供电更加稳定。 

附图说明

图1是电网发生低压穿越故障时的电网电压变化曲线图； 

图2是本实用新型实施例的电路原理图； 

图3是接触器线包上电吸合控制系统母线电压波形图； 

图4是交流侧失电时控制系统母线电压波形图； 

图5是交流侧电压恢复时控制系统母线电压波形图。 

具体实施方式

如图2所示，适用于低压穿越的风电变流器的供电系统包括DC/DC变换器、限流电阻R、整流桥DB1、整流桥DB2、接触器开关QS、电容C1、电容C2、交流供电电源和直流供电电源。 

由于接触器线包上电吸合功率很大，如果将控制系统与接触器线包供电共用一个供电母线，则接触器线包上电时功率过大会引起母线波动而影响控制系统供电，本风电变流器的供电系统将接触器线包和控制系统分别供电；同时，为防止接触器线包在低压穿越时断开，采用交直流冗余供电方式，主要由电网侧的交流电供电，直流电源起辅助支撑的作用。 

供电系统的直流母线侧输出通过一个DC/DC变换器，输出电压为V2，输出功率为控制系统加接触器线包维持吸合功率即可；电网侧分别通过第一整流桥DB1、第二整流桥DB2给控制系统及接触器线包供电，输出电压为V1，考虑到对供电纹波的要求，整流桥DB1输出并入滤波电容C2；为防止接触器线包吸合时影响控制系统供电，在两个供电母线之间串入限流电阻R；在接触器线包的交流供电母线之间并有电容C1用于储能，同时还有直流电源为其供电，以防止接 触器线包上电吸合时电压跌落过多导致接触器断开；交流侧第一整流桥DB1和第二整流桥DB2的输入端设有接触器开关QS，用于在电网发生低压穿越故障时将交流侧断电，使直流侧为接触器线包和控制系统供电。 

考虑到经济性和可靠性，通常设置V1>V2，这样在电网正常时，控制系统及接触器线包均由交流侧供电，直流电源被钳位，在电网低电压穿越故障时，交流侧失电，改为由直流侧供电。 

如图3所示，在接触器线包上电吸合时，瞬时功率大，因此其供电母线电压会出现瞬时跌落，但由于交流侧为通过网侧变压器转变而来带载能力强，且控制系统与接触器线包间并入限流电阻，因此接触器线包启动功率主要由该路交流供电提供，并且对控制系统供电母线的影响很小。 

如图4所示，在风电变流器正常运行后，当电网发生低电压穿越故障时，交流侧失电，此时供电母线会平滑过渡到由直流电源提供，并保持稳定，可确保低电压穿越时控制系统及接触器供电需求。 

如图5所示，在电网低电压穿越故障恢复后，交流侧供电恢复，此时供电母线又会平滑过渡到由交流侧提供，并保持稳定，直流电源再次被钳位，控制系统及接触器线包供电正常。 

综上，本实用新型充分考虑了风电变流器低电压穿越下供电需求，同时兼顾了方案可靠性及经济性，可有效的保障风电变流器在低电压穿越故障下不脱网并提供无功支撑。此项专利受国家高技术研究发展技术（863计划）课题资助，课题编号：2012AA050206。 

Claims (5)

1.适用于低压穿越的风电变流器的供电系统，包括交流供电电源，该交流供电电源连接并网侧，并通过桥式整流模块连接接触器线包和控制系统，其特征在于：还包括直流供电电源，该直流供电电源连接风电变流器直流侧，并通过一个DC/DC变换器连接接触器线包和控制系统。

2.根据权利要求1所述的适用于低压穿越的风电变流器的供电系统，其特征在于：所述交流供电电源通过第一桥式整流模块连接到控制系统，并通过第二桥式整流模块连接到接触器线包。

3.根据权利要求1所述的适用于低压穿越的风电变流器的供电系统，其特征在于：所述控制系统与所述接触器线包的直流供电母线上还串接有限流电阻，该限流电阻的一端连接所述控制系统的正极，另一端连接所述接触器线包的正极。

4.根据权利要求2所述的适用于低压穿越的风电变流器的供电系统，其特征在于：所述第一桥式整流模块的正负直流输出端并联有滤波电容，所述第二桥式整流模块的正负直流输出端并联有储能电容。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的适用于低压穿越的风电变流器的供电系统，其特征在于：所述交流供电电源的输出电压大于直流供电电源的输出电压。

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