CN205178866U - 风力发电机组偏航变频器直流过压保护装置及变频装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种风力发电机组偏航变频器直流过压保护装置及变频装置，该直流过压保护装置包括比较单元、导通单元和能耗单元，其中比较单元分别与变频器的直流母线和导通单元连接，用于对直流母线的电压与预设的电压阈值进行比较，并在直流母线上的电压大于或者等于预设的电压阈值时，向导通单元发送导通信号；导通单元与能耗单元串联后，一端与直流母线的正极连接，另一端与直流母线的负极连接。本实用新型通过在偏航电机反馈至该直流母线电能可能对直流母线造成过压危害时，由比较单元控制导通单元导通，从而使能耗单元，消耗偏航电机反馈至直流母线上的电能，由此可以实现对变频器上直流母线的过压保护，进而可以避免风力发电系统由于变频器直流母线出现过压故障而停机。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电领域，尤其涉及一种风力发电机组偏航变频器直流过压保护装置及变频装置。
背景技术
随着新能源技术的不断发展，风能源作为新能源中的一个重要组成部分，得到人们的广泛关注。风力发电技术是指将风能转换为机械能，再将机械能转换为电能的技术。目前的风力发电系统如图1所示，通常可以包括风向仪、控制器、变频器、偏航电机、转子叶片和发电机，其中风向仪可以检测当前的风向，并将该风向信息发送给控制器，控制器根据该风向信息对可以变频器进行控制，以使变频器向偏航电机提供的电源发生变化。偏航电机在变频器提供的电源的作用下，可以驱动转子叶片的转向发生变化，以使转子叶片正对着当前风向，从而保证转子叶片在当前风速下以最快的速度进行转动，由此可以将当前风能转换为最大的机械能。转子叶片在转动的过程中，发电机可以将转子叶片提供的机械能转换为电能，由此即可完成风力发电的全过程。在正常工作情况下，偏航电机用于驱动转子叶片的转向发生改变，通常处于电动状态。
然而，当出现湍流风时，偏航电机可能处于发电状态，此时偏航电机可能将产生的电能通过变频器反馈至变频器的直流母线上，此时该直流母线可能出现直流过压故障，并可能导致整个风力发电系统停止运行。
实用新型内容
本实用新型提供一种风力发电机组偏航变频器直流母线过压保护装置以及变频装置，以解决因偏航电机出现发电状态时变频器直流母线上可能出现的过压故障问题。
根据本实用新型实施例的第二方面，提供一种风力发电机组偏航变频器直流过压保护装置，包括比较单元、导通单元和能耗单元，其中所述比较单元分别与变频器的直流母线和所述导通单元连接，用于对所述直流母线的电压与预设的电压阈值进行比较，并在所述直流母线上的电压大于或者等于所述预设的电压阈值时，向所述导通单元发送导通信号；
所述导通单元与所述能耗单元串联后，一端与所述直流母线的正极连接，另一端与所述直流母线的负极连接。
在一种可选的实现方式中，所述导通单元为制动斩波器，所述能耗单元为电阻。
在另一种可选的实现方式中，所述制动斩波器包括第一IGBT，所述第一IGBT与所述电阻串联后，一端与所述直流母线的正极连接，另一端与所述直流母线的负极连接，且所述第一IGBT的基极与所述比较单元连接。
在另一种可选的实现方式中，所述制动斩波器还包括第一二极管，所述第一二极管与所述电阻并联，并且所述第一二极管的正极与所述直流母线的负极连接，负极与所述直流母线的正极连接。
根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种变频装置，包括比较单元、导通单元、能耗单元和变频器，其中所述比较单元分别与所述变频器的直流母线和所述导通单元连接，用于对所述直流母线的电压与预设的电压阈值进行比较，并在所述直流母线上的电压大于或者等于所述预设的电压阈值时，向所述导通单元发送导通信号；
所述导通单元与所述能耗单元串联后，一端与所述直流母线的正极连接，另一端与所述直流母线的负极连接。
在一种可选的实现方式中，所述导通单元为制动斩波器，所述能耗单元为电阻。
在另一种可选的实现方式中，所述变频器为两象限变频器，所述两象限变频器包括二极管整流电路和第二IGBT，其中所述二极管整流电路的第一输出端与所述第二IGBT的集电极连接，第二输出端与所述第二IGBT的发射极连接；
所述第二IGBT的基极用于接收控制信号，以使所述第二IGBT在接收到所述控制信号后导通或者断开；
所述制动斩波器包括第一IGBT，所述第一IGBT的基极与所述比较单元连接，所述第一IGBT与所述电阻串联后，一端与所述第二IGBT的发射极连接，另一端与所述第二IGBT的集电极连接。
在另一种可选的实现方式中，所述制动斩波器还包括第一二极管，所述第一二极管与所述电阻并联，并且所述第一二极管的正极与所述第一IGBT的集电极连接，负极与所述第二IGBT的集电极连接。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型通过在变频器直流母线上的电压超过预设的电压阈值，即偏航电机反馈至该直流母线电能可能对直流母线造成过压危害时，由比较单元控制导通单元导通，从而使与该导通单元串联的能耗单元，对偏航电机反馈至直流母线上的电能进行消耗，由此可以实现对变频器上直流母线的过压保护，进而可以避免风力发电系统由于变频器直流母线出现过压故障而停机；
2、本实用新型导通单元包括第一IGBT和第一二极管，能耗单元为电阻，第一IGBT与电阻串联后，设置在直流母线与偏航电机之间，第一二极管与电阻并联，并使第一二极管的正极与直流母线连接，负极与偏航电机连接。在偏航电机处于发电状态，第一IGBT导通的情况下，变频器直流母线侧的直流电源可以通过第一二极管正常输出，而偏航电机侧输出的电源则只能被电阻消耗掉，无法直接反馈至变频器直流母线上。由此可见，本实用新型通过采用第一二极管，在实现变频器直流母线过压保护的基础上，仍然可以保证变频器的正常工作；
3、由于两象限变频器相比于四象限变频，价格更加便宜，因此本实用新型通过将上述直流过压保护装置应用在两象限变频器中，在实现变频器直流母线过压保护的基础上，可以提高经济效益。
附图说明
图1是风力发电系统的一个实施例框图；
图2是本实用新型风力发电机组偏航变频器直流过压保护装置的一个实施例框图；
图3是本实用新型风力发电机组偏航变频器直流过压保护装置的另一个实施例框图；
图4是本实用新型风力发电系统变频装置的一个实施例框图；
图5是本实用新型风力发电系统变频装置的另一个实施例框图；
图6是变频器直流母线输出的电源的示波图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例中的技术方案，并使本实用新型实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型实施例中技术方案作进一步详细的说明。
在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参见图2，为本实用新型风力发电机组偏航变频器直流过压保护装置的一个实施例框图。该装置可以包括比较单元、导通单元和能耗单元，其中比较单元可以分别与变频器的直流母线以及导通单元连接，导通单元与能耗单元串联后，一端可以与该直流母线的正极连接，另一端可以与该直流母线的负极连接。当比较单元检测到该直流母线上的电压时，可以将该直流母线上的电压与预设的电压阈值进行比较，在该直流母线上的电压大于或者等于该预设的电压阈值时，向导通单元发送导通信息。导通单元在接收到该导通信号后导通，此时偏航电机反馈至该直流母线上的电能可以被该能耗单元消耗掉。
在本实施例中，该导通单元可以为制动斩波器，且该能耗单元可以为电阻。如图3所示，该制动斩波器可以包括第一IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)G1和第一二极管D1，其中该第一IGBTG1与电阻R串联后，一端与变频器直流母线的正极连接，另一端与变频器直流母线的负极连接，且该第一IGBTG1的基极与该比较单元连接，比较单元可以通过向第一IGBTG1的基极发送导通电平来控制该第一IGBTG1是否导通。另外，该第一二极管D1可以与电阻R并联，并且第一二极管D1的正极可以与直流母线的负极连接，负极可以与直流母线的正极连接。在偏航电机处于发电状态，第一IGBT导通的情况下，变频器直流母线侧的直流电源可以通过第一二极管正常输出，而偏航电机侧输出的电源则只能被电阻消耗掉，无法直接反馈至变频器直流母线上。由此可见，本实用新型通过采用第一二极管，在实现变频器直流母线过压保护的基础上，仍然可以保证变频器的正常工作。
由上述实施例可见，本实用新型通过在变频器直流母线上的电压超过预设的电压阈值，即偏航电机反馈至该直流母线电能可能对直流母线造成过压危害时，由比较单元控制导通单元导通，从而使与该导通单元串联的能耗单元，对偏航电机反馈至直流母线上的电能进行消耗，由此可以实现对变频器上直流母线的过压保护，进而可以避免风力发电系统由于变频器直流母线出现过压故障而停机。
另外，本实用新型还提供一种具有上述直流过压保护装置的变频装置。如图4所示。该变频装置可以比较单元、导通单元、能耗单元和变频器，其中比较单元可以分别与变频器的直流母线以及导通单元连接，导通单元与能耗单元串联后，一端可以与该变频器的直流母线的正极连接，另一端可以与该变频器的直流母线的负极连接。当比较单元检测到该直流母线上的电压时，可以将该直流母线上的电压与预设的电压阈值进行比较，在该直流母线上的电压大于或者等于该预设的电压阈值时，向导通单元发送导通信息。导通单元在接收到该导通信号后导通，此时偏航电机反馈至该直流母线上的电能可以被该能耗单元消耗掉。
由上述实施例可见，本实用新型通过在变频器直流母线上的电压超过预设的电压阈值，即偏航电机反馈至该直流母线电能可能对直流母线造成过压危害时，由比较单元控制导通单元导通，从而使与该导通单元串联的能耗单元，对偏航电机反馈至直流母线上的电能进行消耗，由此可以实现对变频器上直流母线的过压保护，进而可以避免风力发电系统由于变频器直流母线出现过压故障而停机。
参见图5，为本实用新型风力发电系统变频装置的另一个实施例框图。在本实施例中，该变频器可以为两象限变频器，该导通单元可以为制动斩波器，该能耗单元可以为电阻。如图5所示，该两象限变频器500可以包括二极管整流电路510、滤波电容520、第二IGBTG2和第二二极管D2，其中二极管整流电源510的输入端可以与交流电源连接，输出端可以与滤波电容520的两端连接，且该二极管整流电路510的第一输出端与第二IGBTG2的集电极连接，第二输出端与第二IGBTG2的发射极连接。该第二IGBTG2的集电极可以与第二二极管D2的负极连接，发射极可以与第二二极管D2的正极连接，基极可以与控制器(图5中未示出)连接。
变频器500在接收到交流电源后，变频器500中的二极管整流电路510可以将交流电源转换为直流电源，然后将该直流电源提供给滤波电容520，由该滤波电容520对该直流电源进行滤波处理。由此，变频器500的直流母线可以输出直流电源。控制器在接收到风向仪检测到的风向信息后，可以通过控制第二IGBTG2的导通或者闭合，来使变频器提供给偏航电机的电源发生变化。滤波电容520输出的电源的示波图如图6所示。当控制器控制第二IGBTG2导通时，变频器可以向偏航电机提供电源，当控制器控制第二IGBTG2闭合时，变频器可以停止向偏航电机M提供电源。变频器500可以首先将交流电源转换为直流电源，然后在控制器的控制下将转换后的直流电源转换为交流电源输出。另外，控制器可以通过控制第二IGBTG2导通或者闭合的时刻，来改变变频器500输出的交流电源的波形和频率。
另外，该制动斩波器可以包括第一IGBTG1和第一二极管D1，其中该第一IGBTG1的基极与比较单元(图5中未示出)连接，该第一IGBTG1与电阻R串联后，一端与第二IGBT的发射极连接，另一端与第二IGBT的集电极连接。另外，该第一二极管D1可以与电阻R并联，并且第一二极管的正极与第一IGBTG1的集电极连接，负极与第二IGBTG2的集电极连接。该比较单元(图5中未示出)可以与变频器的直流母线连接。
当出现湍流风，偏航电机处于发电状态时，偏航电机可能将产生的电能反馈至变频器的直流母线上。比较单元可以检测出变频器直流母线上电压的大小，并对直流母线上的电压与预设的电压阈值进行比较，在直流母线上的电压大于或者等于预设的电压阈值时，向第一IGBTG1的基极发送导通电平，控制第一IGBTG1导通。在第二IGBTG2和第一IGBTG1均导通后，第二IGBTG2、第一IGBTG1与电阻R构成一个电路回路，偏航电机反馈至变频器的直流母线上的电能可以被该电路回路中的电阻R消耗掉，由此可以避免变频器的直流母线上出现直流过压故障。
由上述实施例可见，本实用新型通过在变频器直流母线上的电压超过预设的电压阈值，即偏航电机反馈至该直流母线电能可能对直流母线造成过压危害时，由比较单元控制导通单元导通，从而使与该导通单元串联的能耗单元，对偏航电机反馈至直流母线上的电能进行消耗，由此可以实现对变频器上直流母线的过压保护，进而可以避免风力发电系统由于变频器直流母线出现过压故障而停机。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (8)
1.一种风力发电机组偏航变频器直流过压保护装置，其特征在于，包括比较单元、导通单元和能耗单元，其中所述比较单元分别与变频器的直流母线和所述导通单元连接，用于对所述直流母线的电压与预设的电压阈值进行比较，并在所述直流母线上的电压大于或者等于所述预设的电压阈值时，向所述导通单元发送导通信号；
所述导通单元与所述能耗单元串联后，一端与所述直流母线的正极连接，另一端与所述直流母线的负极连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导通单元为制动斩波器，所述能耗单元为电阻。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述制动斩波器包括第一IGBT，所述第一IGBT与所述电阻串联后，一端与所述直流母线的正极连接，另一端与所述直流母线的负极连接，且所述第一IGBT的基极与所述比较单元连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述制动斩波器还包括第一二极管，所述第一二极管与所述电阻并联，并且所述第一二极管的正极与所述直流母线的负极连接，负极与所述直流母线的正极连接。
5.一种变频装置，其特征在于，包括比较单元、导通单元、能耗单元和变频器，其中所述比较单元分别与所述变频器的直流母线和所述导通单元连接，用于对所述直流母线的电压与预设的电压阈值进行比较，并在所述直流母线上的电压大于或者等于所述预设的电压阈值时，向所述导通单元发送导通信号；
所述导通单元与所述能耗单元串联后，一端与所述直流母线的正极连接，另一端与所述直流母线的负极连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述导通单元为制动斩波器，所述能耗单元为电阻。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述变频器为两象限变频器，所述两象限变频器包括二极管整流电路和第二IGBT，其中所述二极管整流电路的第一输出端与所述第二IGBT的集电极连接，第二输出端与所述第二IGBT的发射极连接；
所述第二IGBT的基极用于接收控制信号，以使所述第二IGBT在接收到所述控制信号后导通或者断开；
所述制动斩波器包括第一IGBT，所述第一IGBT的基极与所述比较单元连接，所述第一IGBT与所述电阻串联后，一端与所述第二IGBT的发射极连接，另一端与所述第二IGBT的集电极连接。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述制动斩波器还包括第一二极管，所述第一二极管与所述电阻并联，并且所述第一二极管的正极与所述第一IGBT的集电极连接，负极与所述第二IGBT的集电极连接。
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