CN208782505U - 用于风力发电设备的过压保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种用于风力发电设备的过压保护装置，所述装置包括：电压检测器，整流单元，电容模块，制动单元，逆变单元，电池模块，控制电路板。本实用新型的用于风力发电设备的过压保护装置，通过电压检测器对三相输电线中的电压进行检测，并对三相输电线中的电压值是否超出预设电压阈值进行判断，根据判断结果通过控制电路板发出控制指令以对过压保护装置中的元器件进行控制，使母线电压降至安全范围，以应对电路中的瞬时高电压，提高了过压保护装置的可靠性。

Description

用于风力发电设备的过压保护装置

技术领域

本实用新型涉及风力发电的技术领域，尤其涉及一种用于风力发电设备的过压保护装置。

背景技术

在风力发电设备实际应用过程中，由于自然环境下风力的强弱会发生急剧变化，导致风力发电设备所输出的电压急剧上升，急剧上升的电压会达到额定电压的1.4倍，为使与风力发电设备相连接的输电网能够承受急剧上升的电压，需使用过压保护装置对风力发电设备所输出的电压进行调节。传统的过压保护装置在对输电线路中的电压进行调节的过程中，存在可靠性不高的问题，从而导致无法满足输电网对过压保护的技术要求，也影响了风力发电设备的发电效率及风力发电的安全性。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种用于风力发电设备的过压保护装置，旨在解决现有技术中的过压保护装置存在可靠性不高的问题。

本实用新型实施例提供了一种用于风力发电设备的过压保护装置，其中，所述装置包括：

电压检测器，与三相输电线相连，用于对三相输电线的电压进行检测；

整流单元，与三相输电线相连，用于对三相输电线所输入电流进行整流；

电容模块，与所述整流单元并联连接，用于滤波；

制动单元，与所述电容模块并联连接，用于对电路中的负载进行调节；

逆变单元，与所述制动单元并联连接，用于对电路中输出的电流进行调节；

电池模块，与所述逆变单元并联连接，用于对电路中的模块进行短时供电；

控制电路板，与所述电压检测器、制动单元及逆变单元相连，用于发出控制指令以对电路中的模块进行控制；

电池模块包括电池和电池二极管，所述电池与电池二极管串联连接；

所述电容模块包括第一电容和第二电容，所述第一电容与第二电容串联连接；

所述三相输电线包括第一输电线、第二输电线和第三输电线；所述整流单元包括设置在第一输电线输入端及输出端、设置在第二输电线输入端及输出端、设置在第三输电线输入端及输出端的六个整流模块；

所述逆变单元包括三个相互并联的逆变晶体管组，所述逆变晶体管组均由两个逆变绝缘栅双极型晶体管串联组成；

所述整流模块为被控整流晶闸管或不控整流二极管，所述被控整流晶闸管与控制电路板相连接；

所述制动单元包括第一电阻、续流二极管及制动绝缘栅双极型晶体管，所述第一电阻与续流二极管并联之后与制动绝缘栅双极型晶体管串联连接。

所述的用于风力发电设备的过压保护装置，其中，所述装置还包括软启单元，所述软启单元一端与整流单元的一端相连，另一端与电容模块相连，所述软启单元与控制电路板相连接。

所述的用于风力发电设备的过压保护装置，其中，所述软启单元包括第二电阻和软启继电器，所述软启继电器与第二电阻并联连接，所述软启继电器与控制电路板相连接。

所述的用于风力发电设备的过压保护装置，其中，所述三相输电线与整流单元之间还设置有三相输入接触器，所述三相输入接触器与控制电路板相连接。

所述的用于风力发电设备的过压保护装置，其中，所述三相输电线与整流单元之间还设置有三相输入接触器，所述三相输入接触器包括三个接触开关及三个支路电阻，所述接触开关分别与一个支路电阻并联，所示接触开关分别与控制电路板相连接。

有益效果：

本实用新型实施例的用于风力发电设备的过压保护装置，通过电压检测器对三相输电线中的电压进行检测，并对三相输电线中的电压值是否超出预设电压阈值进行判断，根据判断结果通过控制电路板发出控制指令以对过压保护装置中的元器件进行控制，使母线电压降至安全范围，以应对电路中的瞬时高电压，提高了过压保护装置的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的用于风力发电设备的过压保护装置的电路结构图。

图2是本实用新型实施例提供的用于风力发电设备的过压保护装置的另一电路结构图。

图3是本实用新型实施例提供的用于风力发电设备的过压保护装置的另一电路结构图。

图4是本实用新型实施例提供的用于风力发电设备的过压保护装置的另一电路结构图。

附图标号说明

三相输电线 10 母线 20

整流单元 30 电压检测器 40

电容模块 50 第一电容 51

第二电容 52 软启单元 60

制动单元 70 第一电阻 71

续流二极管 72 制动绝缘栅双极型晶 73

体管

电池模块 80 控制电路板 90

电池 81 电池二极管 82

逆变晶体管组 21 软启继电器 61

逆变绝缘栅双极型晶体管 211 第一输电线 101

第二输电线 102 第三输电线 103

整流模块 301 第二电阻 62

三相输入接触器 22 接触开关 221

支路电阻 222

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

请参见图1，图1是本实用新型实施例提供的用于风力发电设备的过压保护装置的电路结构图，如图所示，装置包括：

电压检测器40，与三相输电线10相连，用于对三相输电线10的电压进行检测；整流单元30，与三相输电线10相连，用于对三相输电线10所输入电流进行整流；电容模块50，与所述整流单元30并联连接，用于滤波；制动单元70，与所述电容模块50并联连接，用于对电路中的负载进行调节；逆变单元，与所述制动单元70并联连接，用于对电路中输出的电流进行调节；电池模块80，与所述逆变单元并联连接，用于对电路中的模块进行短时供电；控制电路板90，与所述电压检测器40、制动单元70及逆变单元相连，用于发出控制指令以对电路中的模块进行控制。

为实现对三相输电线中的电压进行检测，需设置电压检测器，电压检测器与三相输电线中的第一输电线、第二输电线及第三输电线相连接。具体的，当电压检测器检测到三根输电线中某一输电线上电压值超出预设电压阈值，即判断过压保护装置需进行过压保护。

所述电池模块80包括电池81和电池二极管82，所述电池81与电池二极管82串联连接。其中，电池的正极与电池二极管的输入端相连，电池的负极与整流单元相连，电池二极管的输出端与软启单元相连。具体的，在三相输电线与电路中的母线20之间断开连接之后，电池可通过直流母线给过压保护装置进行供电，电池二极管用于对电池所输出的电流进行整流。其中，母线即是用于将电容模块、制动单元、电池模块、逆变单元等模块进行电连接的电路。

所述电容模块50包括第一电容51和第二电容52，所述第一电容51与第二电容52串联连接。通过设置包含两个电容的电容模块对处于过压保护状态时母线中的电流进行滤波，能够取得更好的对母线中电流的杂波进行滤除的效果。

所述三相输电线10包括第一输电线101、第二输电线102和第三输电线103；所述整流单元30包括设置在第一输电线输101入端及输出端、设置在第二输电线102输入端及输出端、设置在第三输电线103输入端及输出端的六个整流模块301。第一输电线的输出端与整流模块的输入端相连，第一输电线的输入端与整流模块的输出端相连；第二输电线的输出端与整流模块的输入端相连，第二输电线的输入端与整流模块的输出端相连；第三输电线的输出端与整流模块的输入端相连，第三输电线的输入端与整流模块的输出端相连。

其中，整流单元用于对输电线中的电流进行整流，为达到更好的整流效果，可在第一输电线两端、第二输电线两端、第三输电线两端设置整流模块。所述整流模块为被控整流晶闸管或不控整流二极管，所述被控整流晶闸管与控制电路板相连接。

如图1所示，在实施例一中，第一输电线上端、第二输电线上端和第三输电线上端的整流模块均设置为被控整流晶闸管，将第一输电线下端、第二输电线下端和第三输电线下端的整流模块均设置为不控整流二极管。其中，被控整流晶闸管即是该整流晶闸管不仅可以对电流进行整流，还能对电路进行断开或导通，此时该整流晶闸管还与控制电路板相连接以对该整流晶闸管的断开或导通进行控制。若电压检测器对三相输电线的电压进行检测所得到的电压值超出预设电压阈值，则可通过控制电路板发出控制指令至被控整流晶闸管以控制被控整流晶闸管断开三相输电线与母线电路的连接。

在具体实施过程中，还可将第一输电线下端、第二输电线下端和第三输电线下端的整流模块设置为被控整流晶闸管，将第一输电线上端、第二输电线上端和第三输电线上端的整流模块设置为不控整流二极管；或将六个整流模块均设置为被控整流晶闸管。

所述逆变单元包括三个相互并联的逆变晶体管组21，所述逆变晶体管组21均由两个逆变绝缘栅双极型晶体管211串联组成。控制电路板与逆变单元相连接，也即是控制电路板分别与六个逆变绝缘栅双极型晶体管相连接，用于对每一个逆变绝缘栅双极型晶体管分别进行控制。其中，逆变绝缘栅双极型晶体管为1200V的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，绝缘栅双极型晶体管是一种由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOS)所组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点。

所述制动单元70包括第一电阻71、续流二极管72及制动绝缘栅双极型晶体管73，所述第一电阻71与续流二极管72并联之后与制动绝缘栅双极型晶体管73串联连接。续流二极管的输入端与第一电阻及制动绝缘栅双极型晶体管相连，续流二极管的输出端与整流单元相连。具体的，所述续流二极管为工作电压1200V的二极管。所述控制电路板与制动单元相连接，也即是控制电路板与制动单元中的制动绝缘栅双极型晶体管相连接。制动绝缘栅双极型晶体管为1200VDC的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，绝缘栅双极型晶体管是一种由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOS)所组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点。

实施例二：

请参见图2，图2是本实用新型实施例提供的用于风力发电设备的过压保护装置的另一电路结构图。如图所示，装置中六个整流模块均为不控整流二极管；所述装置还包括软启单元60，所述软启单元60一端与整流单元30的一端相连，另一端与电容模块50相连，所述软启单元60与控制电路板90相连接；所述软启单元60包括第二电阻62和软启继电器61，所述软启继电器61与第二电阻62并联连接，所述软启继电器61与控制电路板90相连接。软启继电器即是通过继电器技术实现的可快速断开或闭合的开关设备，在实施例二中，通过将软启继电器与控制电路板相连接，可实现通过控制电路板发出控制指令至软启继电器以断开软启继电器的连接并将与软启继电器相并联的电阻串联至母线电路中。相比其他开关设备，软启继电器在对电路进行断开或闭合时更加灵敏快捷以快速将与软启继电器相并联的电阻串联至母线电路中，尤其在过压保护装置进行过压保护时，能够大幅提升过压保护装置的可靠性。

实施例三：

请参见图3，图3是本实用新型实施例提供的用于风力发电设备的过压保护装置的另一电路结构图。如图所示，装置中六个整流模块均为不控整流二极管；所述三相输电线10与整流单元30之间还设置有三相输入接触器22。所述三相输入接触器与控制电路板90相连接。其中，三相输入接触器即是用于对三相输电线的断开与导通进行控制的设备，通过三相输入接触器可对三相输电线中的第一输电线、第二输电线及第三输电线同时断开或同时导通，以实现对母线电路进行过压保护。

实施例四：

请参见图4，图4是本实用新型实施例提供的用于风力发电设备的过压保护装置的另一电路结构图。如图所示，装置中六个整流模块均为不控整流二极管；所述三相输电线10与整流单元30之间还设置有三相输入接触器22，所述所示三相输入接触器22包括三个接触开关221及三个支路电阻222，所述接触开关221分别与一个支路电阻222并联，所示接触开关221分别与控制电路板90相连接。在实施例四中，可在三相输电线与整流单元之间设置包含接触开关及三个支路电阻的三相输入接触器，也即是三相输电线中每一输电线与整流单元之间均设置一个接触开关，每一个接触开关均与一个支路电阻并联，三个接触开关均与控制电路板相连接。在过压保护装置进行过压保护时，通过控制电路板发出控制指令至三个接触开关进行断开，可时间将分别与接触开关并联的三个支路电阻串联至母线电路中，通过支路电阻对母线电路电路中的电压进行分摊；通控制电路板发出控制指令至三个接触开关进行导通，即可恢复至初始状态。

本实用新型还提供一种用于风力发电设备的过压保护方法，所述过压保护方法应用于上述过压保护装置中，上述过压保护装置通过执行所述过压保护方法以实现过压保护，其中，方法包括：

A、控制电路板获取电压检测器对三相输电线的电压进行检测所得到的电压值。

控制电路板获取电压检测器对三相输电线的电压进行实时检测所得到的电压值。

B、判断所述电压值是否超出预设电压阈值。

判断电压检测器所检测得到的电压值是否超出预设电压阈值。具体的，当电压检测器检测到三根输电线中某一输电线上电压值超出预设电压阈值，即判断过压保护装置需进行过压保护，也即是判断得到电压检测器所检测得到的电压值超出预设电压阈值。若三根输电线上的电压值均为超出预设电压阈值，则判断得到电压检测器所检测得到的电压值未超出预设电压阈值。

C、若所述电压值超出预设电压阈值，通过控制电路板发出控制指令以断开三相输电线与母线电路的连接，或通过控制电路板发出控制指令以在母线电路中增加串联电阻，通过控制电路板发送封锁输出指令至逆变单元并发出控制指令对制动单元的导通占空比进行调节，通过电池输出电能进行供电。

若所述电压值超出预设电压阈值，则通过控制电路板发出控制指令以断开三相输电线与母线电路的连接，此时三相输电线中的电流被切断无法流入母线电路中；或者通过控制电路板发出控制指令以在母线电路中增加串联电阻，通过在母线电路中增加串联电阻以对母线上的瞬时电压进行分摊，通过电池输出电能为母线进行供电。控制电路板发送封锁输出指令至逆变单元以断开逆变单元的输出电流，同时发出控制指令对制动单元的单通占空比进行调节，同时第一母线电容及第二母线电容两侧电压值缓慢升高以将瞬时高电压引导至第一母线电容及第二母线电容中，确保在三相输电线输入瞬时高电压时母线电压不超过760V，也即是过压保护装置实现过压保护。

其中，导通占空比即是单位时间内制动单元导通时间占总时间的百分比，例如，在控制电路板所发出的控制指令下，1秒钟之内制动单元重复执行导通及断开的动作50次，每次动作中导通0.008秒，断开0.012秒，则该制动单元的导通占空比为0.008×50/1＝40％。

具体的，通过控制电路板发出控制指令以断开三相输电线与母线电路的连接的实现形式分为两种，其中一种实现形式为通过控制电路板发出控制指令至三相输入接触器以控制三相输入接触器断开三相输电线与母线电路的连接；另一种实现形式为通过控制电路板发出控制指令至被控整流晶闸管以控制被控整流晶闸管断开三相输电线与母线电路的连接。

具体的，通过控制电路板发出控制指令以在母线电路中增加串联电阻的实现形式分为两种，其中一种实现形式为通过控制电路板发出控制指令至软启继电器以断开软启继电器的连接并将与软启继电器相并联的电阻串联至母线电路中；另一种实现形式为通过控制电路板发出控制指令至三相输入接触器以三相输入接触器的连接并将与三相输入接触器相并联的电阻串联至母线电路中。

D、若所述电压值未超出预设电压阈值，通过控制电路板发出控制指令以导通三相输电线与母线电路的连接，或通过控制电路板发出控制指令以将在母线电路中所串联的电阻进行短路，通过控制电路板发送解除封锁指令至逆变单元并发出断开的控制指令至制动单元。

若所述电压值为超出预设电压阈值，也即是三相输电线中的电压恢复正常，则通过控制电路板发出控制指令以导通三相输电线与母线电路的连接，此时三相输电线中的电流可再次流入母线电路中；或者通过控制电路板发出控制指令以将在母线电路中所串联的电阻进行短路，此时被短路的电阻无法工作，也即是被短路的电阻不对母线上的电压进行分摊；通过控制电路板发送解除封锁指令至逆变单元以导通逆变单元的输出电流。此时控制电路板发出断开的控制指令至制动单元，制动单元不对导通占空比进行调节，并处于断开状态。

具体的，若通过三相输入接触器断开了三相输电线与母线之间的连接，可通过控制电路板发出导通连接的控制指令至三相输入接触器，以导通三相输电线与母线之间的连接；或通过被控整流晶闸管断开了三相输电线与母线之间的连接，则通过控制电路板发出导通连接的控制指令至被控整流晶闸管，以导通三相输电线与母线之间的连接。

若通过控制电路板发出控制指令至软启继电器以断开软启继电器的连接并将与软启继电器相并联的电阻串联至母线电路，则可通过控制电路板发出导通连接的控制指令至软启继电器以重新对软启继电器进行导通，并实现对与软启继电器相并联的电阻进行短路。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于风力发电设备的过压保护装置，其特征在于，所述装置包括：

电压检测器，与三相输电线相连，用于对三相输电线的电压进行检测；

整流单元，与三相输电线相连，用于对三相输电线所输入电流进行整流；

电容模块，与所述整流单元并联连接，用于滤波；

制动单元，与所述电容模块并联连接，用于对电路中的负载进行调节；

逆变单元，与所述制动单元并联连接，用于对电路中输出的电流进行调节；

电池模块，与所述逆变单元并联连接，用于对电路中的模块进行短时供电；

控制电路板，与所述电压检测器、制动单元及逆变单元相连，用于发出控制指令以对电路中的模块进行控制；

电池模块包括电池和电池二极管，所述电池与电池二极管串联连接；

所述电容模块包括第一电容和第二电容，所述第一电容与第二电容串联连接；

所述三相输电线包括第一输电线、第二输电线和第三输电线；所述整流单元包括设置在第一输电线输入端及输出端、设置在第二输电线输入端及输出端、设置在第三输电线输入端及输出端的六个整流模块；

所述逆变单元包括三个相互并联的逆变晶体管组，所述逆变晶体管组均由两个逆变绝缘栅双极型晶体管串联组成；

所述整流模块为被控整流晶闸管或不控整流二极管，所述被控整流晶闸管与控制电路板相连接；

所述制动单元包括第一电阻、续流二极管及制动绝缘栅双极型晶体管，所述第一电阻与续流二极管并联之后与制动绝缘栅双极型晶体管串联连接。

2.根据权利要求1所述的用于风力发电设备的过压保护装置，其特征在于，所述装置还包括软启单元，所述软启单元一端与整流单元的一端相连，另一端与电容模块相连，所述软启单元与控制电路板相连接。

3.根据权利要求2所述的用于风力发电设备的过压保护装置，其特征在于，所述软启单元包括第二电阻和软启继电器，所述软启继电器与第二电阻并联连接，所述软启继电器与控制电路板相连接。

4.根据权利要求1所述的用于风力发电设备的过压保护装置，其特征在于，所述三相输电线与整流单元之间还设置有三相输入接触器，所述三相输入接触器与控制电路板相连接。

5.根据权利要求1所述的用于风力发电设备的过压保护装置，其特征在于，所述三相输电线与整流单元之间还设置有三相输入接触器，所述三相输入接触器包括三个接触开关及三个支路电阻，所述接触开关分别与一个支路电阻并联，所示接触开关分别与控制电路板相连接。