CN208028772U - 一种大功率变流器软启动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大功率变流器软启动电路，包括逆变器回路，和设置在逆变器回路上的旁路电路；旁路电路包括整流二极管组件V、至少一个充电电阻R、交流熔断器FU1、直流熔断器FU2和接触器KM1；该大功率变流器软启动电路可以减小供电电源对母线的直流电容的浪涌冲击，实现系统的完全软启动。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术领域，特别涉及一种大功率变流器软启动电路。
背景技术
风能已成为当前技术最成熟、最具备规模开发条件的可再生洁净能源。风力发电机组是一套自动调节、无人值守的全自动化设备；而承担着主要转换电能任务的变流器则是整个系统中的重要部分。
不管是双馈型风力发电机组变流器还是全功率发电机组变流器，都是使用AC/DC，DC/AC的转换方式，DC直流母线使用大量的直流电容，这样在变流器启动过程中，如果直接通入电网电压，根据I＝C*dU/dt，会造成电容产生极大的涌流，因此需要在网侧回路旁路设置一条软启动电路，通过增加阻抗的形式将母线电压升高到一定值后，接入电网电压，这样就避免了过大涌流的产生。
现在普遍采用的充电方式主要是将并网开关旁路，电网侧通过电阻接入网侧开关后端的功率器件交流侧进行充电，电路如图1所示，充电过后待直流母线电压达到一定数值之后，将并网开关闭合，再将电阻回路切除，此种方法的弊端是需要随着风电行业的不断发展，风机的容量也在向增大的方向发展，都是使用电力电子设备进行电能转换，都面临着输出的谐波容量增大的现象，进而引起滤波回路容量变大，滤波电容的容量变大，这样交流侧并联的滤波电容分担了部分电压值，使直流母线电压值很难达到预期电压，无法达到软启动效果，就算对充电电阻参数进行重新计算达到预期电压，充电时间会增加，或者充电电流增加，造成充电回路器件容量增加，体积增加，增加变流器成本和使用空间。另外，使用功率器件内部的反向快速二极管进行充电的整流，影响功率器件寿命。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种大功率变流器软启动电路。
为此，本实用新型技术方案如下：
一种大功率变流器软启动电路，包括逆变器回路，逆变器回路包括设置在直流母线正负极之间的滤波电容C1和三组并行设置在滤波电容C1两端的功率器件单元；每组功率器件单元均包括两个完全相同的串联在一起的功率模块；每个功率模块均包括一个三极管VT和一个并联在三极管VT集电极和发射极之间的二极管D；每组功率器件单元两个功率模块间分别引出一条线路组成三相电压线路；每条线路上均串联有电感L和保护开关；与此同时，还包括一个由三个电容组成的星型电容C，星型电容C的三个引脚分别连接到三相电压线路上的电感L与保护开关之间；还包括设置在逆变器回路上的旁路电路；旁路电路包括整流二极管组件V、至少一个充电电阻R、交流熔断器FU1、直流熔断器FU2和接触器KM1；整流二极管组件V的正引脚通过直流熔断器FU2接直流母线正极，整流二极管组件V的负引脚通过直流熔断器FU2接直流母线的负极；直流熔断器FU2与整流二极管组件之间还设置有充电电阻R；整流二极管组件V的三个AC引脚引出的三条线路上均依次串联有接触器KM1和交流熔断器FU1；三个交流熔断器FU1分别连接到逆变器回路三个保护开关后的线路上，从而使旁路电路形成回路。
进一步的，所述的充电电阻R数量为一个，设置在整流二极管组件V的正极与直流熔断器FU2之间。
进一步的，所述的充电电阻R数量为两个，分别设置在整流二极管组件V的正极与直流熔断器FU2之间和整流二极管组件V的负极与直流熔断器FU2之间。
进一步的，所述的保护开关为断路器Q。
进一步的，所述的保护开关为接触器KM2，且在接触器的右侧设置有断路器。
与现有技术相比，该大功率变流器软启动电路可以减小供电电源对母线的直流电容的浪涌冲击，实现系统的完全软启动，并且在软启动交流侧短路，整流二极管击穿，直流侧短路或电阻失效时进行有效的电路保护作用，以免事态扩大化，增加可靠性，提高大功率变流器的工作寿命，应用广泛。
附图说明
图1为现有的软启动电路的电路图。
图2为本实用新型提供的第一种软启动电路的电路图。
图3为本实用新型提供的第二种软启动电路的电路图。
图4为本实用新型提供的第三种软启动电路的电路图。
图5为本实用新型提供的第四种软启动电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。
实施例一：
一种大功率变流器软启动电路，如图2～5所示，包括逆变器回路，逆变器回路包括设置在直流母线正负极之间的滤波电容C1和三组并行设置在滤波电容C1两端的功率器件单元；每组功率器件单元均包括两个完全相同的串联在一起的功率模块；每个功率模块均包括一个三极管VT和一个并联在三极管VT集电极和发射极之间的二极管D；每组功率器件单元两个功率模块间分别引出一条线路组成三相电压线路；每条线路上均串联有电感L和保护开关；与此同时，还包括一个由三个电容组成的星型电容C，星型电容C的三个引脚分别连接到三相电压线路上的电感L与保护开关之间；还包括设置在逆变器回路上的旁路电路；旁路电路包括整流二极管组件V、至少一个充电电阻R、交流熔断器FU1、直流熔断器FU2和接触器KM1；整流二极管组件V的正引脚通过直流熔断器FU2接直流母线正极，整流二极管组件V的负引脚通过直流熔断器FU2接直流母线的负极；直流熔断器FU2与整流二极管组件之间还设置有充电电阻R；整流二极管组件V的三个AC引脚引出的三条线路上均依次串联有接触器KM1和交流熔断器FU1；三个交流熔断器FU1分别连接到逆变器回路三个保护开关后的线路上，从而使旁路电路形成回路。
所述的充电电阻R数量为一个，设置在整流二极管组件V的正极与直流熔断器FU2之间；所述的保护开关为接触器KM2，且在接触器的右侧设置有断路器。
实施例2：
与实施例1的不同之处在于，所述的充电电阻R数量为两个，分别设置在整流二极管组件V的正极与直流熔断器FU2之间和整流二极管组件V的负极与直流熔断器FU2之间。
实施例3：
与实施例1的不同之处在于，所述的保护开关为断路器Q。
实施例4：
与实施例1的不同之处在于，所述的充电电阻R数量为两个，分别设置在整流二极管组件V的正极与直流熔断器FU2之间和整流二极管组件V的负极与直流熔断器FU2之间；述的保护开关为接触器KM2，且在接触器的右侧设置有断路器。
本实用新型提供的大功率变流器软启动电路的工作原理如下：
软启动电路交流侧由于前端直接连接至电网箱式变电站的变压器，大容量(2MW以上)风电机组短路电流峰值可达到20kA以上，必须使用分断能力能达到50kA的保护设备来保证此回路故障时能够及时分断故障源，以免造成事故扩大化，故使用交流熔断器FU1；
直流侧发生故障可能发生在充电电阻R前端和后端，一种情况充电电阻R至直流母线电容C1发生短路故障，直流母线能量通过直流熔断器FU2时，直流熔断器FU2分断，另一种情况充电电阻R至整流二极管之间回路发生故障，或者由于二极管击穿发生的故障，由于充电电阻R存在，直流母线提供的功率有限，为保证迅速切断故障源，同时电阻的选型在保证在较小的功率和体积的情况下，不会因为长时间承受过大的故障电流而烧毁，造成事故扩大化，所以使用分断速度较快，对故障电流比较敏感的快速熔断器FU2；
将本方案提供的大功率变流器软启动电路用在全功率变流器中，采用两个阻值为20Ω、功率为400W充电电阻R分别串联到整流二极管组件V至直流正母线和整流桥到负母线的回路上，当检测到母线电压达到电网电压的1.2倍时，闭合保护开关，流经保护开关至后端的瞬间冲击电流峰值大约为2300A，滤波电容C1和直流母线电容冲击电流峰值分别1300A和1550A，可以满足滤波电容C1参数要求，由于设置直流母线需达到的充电电压相同，不同实施例保护开关合闸瞬间冲击电流、滤波电容C1和直流母线冲击电流峰值基本相同，三相峰值功率为3*9.42＝28.26kW。
旁路电路整流二极管组件V交流测电流和直流测电流峰值分别约为27A和28A，交流侧增加三个AC10A，690V交流熔断器FU1，直流侧增加两个DC12A，1000V直流熔断器FU2，滤波电容C1充电时间为2.1s，完全满足启动时间要求。
Claims (5)
1.一种大功率变流器软启动电路，包括逆变器回路，逆变器回路包括设置在直流母线正负极之间的滤波电容C1和三组并行设置在滤波电容C1两端的功率器件单元；每组功率器件单元均包括两个完全相同的串联在一起的功率模块；每个功率模块均包括一个三极管VT和一个并联在三极管VT集电极和发射极之间的二极管D；每组功率器件单元两个功率模块间分别引出一条线路组成三相电压线路；每条线路上均串联有电感L和保护开关；与此同时，还包括一个由三个电容组成的星型电容C，星型电容C的三个引脚分别连接到三相电压线路上的电感L与保护开关之间；其特征在于，还包括设置在逆变器回路上的旁路电路；旁路电路包括整流二极管组件V、至少一个充电电阻R、交流熔断器FU1、直流熔断器FU2和接触器KM1；整流二极管组件V的正引脚通过直流熔断器FU2接直流母线正极，整流二极管组件V的负引脚通过直流熔断器FU2接直流母线的负极；直流熔断器FU2与整流二极管组件之间还设置有充电电阻R；整流二极管组件V的三个AC引脚引出的三条线路上均依次串联有接触器KM1和交流熔断器FU1；三个交流熔断器FU1分别连接到逆变器回路三个保护开关后的线路上，从而使旁路电路形成回路。
2.根据权利要求1所述的大功率变流器软启动电路，其特征在于，所述的充电电阻R数量为一个，设置在整流二极管组件V的正极与直流熔断器FU2之间。
3.根据权利要求1所述的大功率变流器软启动电路，其特征在于，所述的充电电阻R数量为两个，分别设置在整流二极管组件V的正极与直流熔断器FU2之间和整流二极管组件V的负极与直流熔断器FU2之间。
4.根据权利要求2～3中任意一项所述的大功率变流器软启动电路，其特征在于，所述的保护开关为断路器Q。
5.根据权利要求2～3中任意一项所述的大功率变流器软启动电路，其特征在于，所述的保护开关为接触器KM2，且在接触器的右侧设置有断路器。
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