CN209571830U - 风电变流器中的滤波电容器的控制电路以及风电变流器 - Google Patents

风电变流器中的滤波电容器的控制电路以及风电变流器 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种风电变流器中的滤波电容器的控制电路以及风电变流器，包括：第一接触器的第一线圈的第一接线端连接第一电源，第一线圈的第二接线端接地，第一接触器的主触点的一端连接外部电网，第一接触器的主触点的另一端通过滤波电容器接地，第一接触器的常闭辅助触点的一端连接第二电源，第一接触器的常闭辅助触点的另一端连接第二接触器的第二线圈的第一接线端，第二线圈的第二接线端接地，第二接触器的主触点的一端通过滤波电容器接地，第二接触器的主触点的另一端通过放电电阻器接地。上述控制电路及风电变流器将放电电阻器的投入与滤波电容器的投入形成互锁，从而在滤波电容器投入工作时降低放电电阻器的功率消耗。

Description

风电变流器中的滤波电容器的控制电路以及风电变流器
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体地讲，涉及一种风电变流器中的滤波电容器的控制电路以及包括该控制电路的风电变流器。
背景技术
在通常的风电变流器控制系统中，风电变流器网侧的滤波电容支路的电流波动会受到电网电流质量影响，可能出现过流、谐波含量高等现象。考虑到控制器的接口和变流器柜体的限制，目前对滤波电容支路的保护一般分为两种：熔断器和接触器保护、接触器和电流霍尔保护。
在上述保护方式中，接触器投切次数较多，由于接触器内部一般不具备灭弧装置，滤波电容支路在投切过程中产生的冲击电流对接触器的动触头有很大的冲击作用。并且，由于滤波电容支路谐波较大，导致冲击电流瞬时值很大，超过了接触器的短路能力和分段能力。因此，随着投切次数增加，会导致接触器的触头受灼蚀变黑，触头的镀银熔解导致不能分断。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种风电变流器中的滤波电容器的控制电路以及风电变流器，能够在接触器投入和切出过程中，有效减小滤波电容支路上的电流冲击和电压冲击，在保护接触器的同时，还可以实现对滤波电容器的保护。
本实用新型示例性实施例的一方面，提供一种风电变流器中的滤波电容器的控制电路，包括第一接触器、第二接触器和放电电阻器，其中，第一接触器的第一线圈的第一接线端连接第一电源，第一线圈的第二接线端接地，第一接触器的主触点的一端连接外部电网，第一接触器的主触点的另一端通过滤波电容器接地，第一接触器的常闭辅助触点的一端连接第二电源，第一接触器的常闭辅助触点的另一端连接第二接触器的第二线圈的第一接线端，第二线圈的第二接线端接地，第二接触器的主触点的一端通过滤波电容器接地，第二接触器的主触点的另一端通过放电电阻器接地。
可选地，所述控制电路可还包括第三接触器、阻尼电阻器和延时继电器，其中，第三接触器的第三线圈的第一接线端连接第二电源，第三线圈的第二接线端接地，第三接触器的主触点的一端连接第一接触器的主触点的所述一端，第三接触器的主触点的另一端连接阻尼电阻器的一端，阻尼电阻器的另一端连接第一接触器的主触点的所述另一端，第三接触器的常开辅助触点的一端连接第二电源，第三接触器的常开辅助触点的另一端连接延时继电器的延时线圈的第一接线端，延时继电器的延时线圈的第二接线端接地，延时继电器的常开触点的一端连接第一电源，延时继电器的常开触点的另一端连接第一接触器的第一线圈的第一接线端。
可选地，延时继电器的延时线圈的通电延迟时间可根据阻尼电阻器的阻值和滤波电容器的电容值来确定，以使得滤波电容器的电压在经过通电延迟时间之后达到外部电网的相电压。
可选地，放电电阻器的阻值可根据滤波电容器的电容值、电压值以及放电时间来确定。
可选地，第一电源的电压值可为230伏。
可选地，第二电源的电压值可为24伏。
本实用新型示例性实施例的另一方面，提供一种风电变流器，包括上述的风电变流器中的滤波电容器的控制电路。
采用根据本实用新型示例性实施例的上述风电变流器中的滤波电容器的控制电路以及风电变流器，将放电电阻器的投入与滤波电容器的投入形成互锁，从而在滤波电容器投入工作时降低放电电阻器的功率消耗。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本实用新型的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本实用新型示例性实施例的风电变流器中的滤波电容器的控制电路的结构图；
图2示出根据本实用新型示例性实施例的放电电阻器的投切逻辑图；
图3示出根据本实用新型另一示例性实施例的风电变流器中的滤波电容器的控制电路的结构图；
图4示出根据本实用新型示例性实施例的滤波电容器的投入逻辑图；
图5A和图5B分别示出在现有技术中风电变流器的滤波电容器在投入过程中的电压波形图和电流波形图；
图6A和图6B分别示出根据本实用新型示例性实施例的风电变流器的滤波电容器在投入过程中的电压波形图和电流波形图。
具体实施方式
下面，将参照附图详细描述本实用新型的实施例。
在本实用新型示例性实施例中，提出一种风电变流器中的滤波电容器的控制电路，该控制电路能够实现对风电变流器中的滤波电容器的充电过程的控制和放电过程的控制。基于上述控制电路能够在接触器投入和切出过程中，有效减小滤波电容器上的电流冲击和电压冲击，在保护接触器的同时，还可以实现对滤波电容器的保护。
图1示出根据本实用新型示例性实施例的风电变流器中的滤波电容器的控制电路的结构图。
下面参照图1来介绍基于该控制电路对风电变流器中的滤波电容器进行放电控制的过程。
如图1所示，根据本实用新型示例性实施例的风电变流器中的滤波电容器的控制电路包括：第一接触器KM1、第二接触器KM2、放电电阻器R1。
作为示例，第一接触器KM1包括第一线圈、主触点(常开)和一对常闭辅助触点。第二接触器KM2包括第二线圈和主触点(常开)。
上述风电变流器中的滤波电容器的控制电路中的各部件的连接关系如下：
第一接触器KM1的第一线圈的第一接线端连接第一电源，第一线圈的第二接线端接地。作为示例，第一电源的电压值可为230伏。
第一接触器KM1的主触点的一端(即，KM1的触点1、触点3、触点5)连接外部电网，第一接触器KM1的主触点的另一端(即，KM1的触点2、触点4、触点6)连接滤波电容器C的一端，滤波电容器C的另一端接地。
这里，该滤波电容器C可指风电变流器网侧的滤波电容器，即，风电变流器中用于连接外部电网(即，电网三相电压)的滤波电容器。
第一接触器KM1的常闭辅助触点(即，触点13)的一端连接第二电源，第一接触器KM1的常闭辅助触点的另一端(即，触点14)连接第二接触器KM2的第二线圈的第一接线端，第二接触器KM2的第二线圈的第二接线端接地。可选地，第二电源的电压值可为24伏。
第二接触器KM2的主触点的一端(即，KM2的触点1、触点3、触点5)连接滤波电容器C的一端(即，滤波电容器C与第一接触器KM1的主触点相连接的一端)，第二接触器KM2的主触点的另一端(即，KM2的触点2、触点4、触点6)连接放电电阻器R1的一端，放电电阻器R1的另一端连接滤波电容器C的另一端(即，滤波电容器C接地的一端)。
优选地，放电电阻器R1的阻值可根据滤波电容器C的充放电能量来确定。例如，放电电阻器R1的阻值可根据滤波电容器C的电容值(即，电容容量)、电压值以及放电时间来确定。
作为示例，当滤波电容器C的电压和放电时间保持不变时，滤波电容器C的电容值越大，则放电电阻器R1的阻值越小。当滤波电容器C的电容值和放电时间保持不变时，滤波电容器C的电压越大，则放电电阻器R1的阻值越大。当滤波电容器C的电容值和电压保持不变时，滤波电容器C的放电时间越长，则放电电阻器R1的阻值越大。
例如，可利用如下公式来表示放电电阻器R1的阻值与滤波电容器C的电容值、电压值、放电时间之间的关系：
公式(1)中，Va表示滤波电容器C的电压值，Vu表示外部电网的相电压，R1表示放电电阻器R1的阻值，C表示滤波电容器C的电容值，t1表示对滤波电容器C进行放电的放电时间。
作为示例，一般电阻器的功率越大尺寸也越大，相应地电阻器的价格也越高。在一优选实施例中，通过综合考虑电阻器的功率、尺寸、成本、电容器的容量和电路的放电时间等因素，可选取功率不超过20瓦的电阻器作为放电电阻器R1。
在上述控制电路中，利用控制滤波电容器C的投切的第一接触器KM1的常闭辅助触点，来控制用于控制放电电阻器R1的投切的第二接触器KM2的线圈的得电和失电，也就是说，将放电电阻器R1的投入与滤波电容器C的投入形成互锁，从而在滤波电容器投入工作时，降低了放电电阻器R1上的功率消耗。
图2示出根据本实用新型示例性实施例的放电电阻器的投切逻辑图。
下面结合图1和图2来介绍基于上述控制电路来控制放电电阻器R1投切的过程。
当第一接触器KM1的第一线圈得电时，第一接触器KM1的主触点闭合，滤波电容器C投入，即，此时滤波电容器C接入到外部电网中。与此同时，第一接触器KM1的常闭辅助触点断开，使得第二接触器KM2的第二线圈失电，第二接触器KM2的主触点断开，则放电电阻器R1切出。
当第一接触器KM1的第一线圈失电时，第一接触器KM1的主触点断开，滤波电容器C切出，即，此时滤波电容器C与外部电网断开连接。与此同时，第一接触器KM1的常闭辅助触点闭合，使得第二接触器KM2的第二线圈得电，第二接触器KM2的主触点闭合，则放电电阻器R1投入，此时滤波电容器C通过放电电阻器R1进行放电。
作为示例，可由风电变流器中的控制器(例如，可编程逻辑控制器PLC)来控制第一接触器KM1的第一线圈的得电与失电。
基于上述投切逻辑方式，放电电阻器R1上的损耗较小，在对放电电阻器R1进行选型时，可以选择功率比较大的电阻器，也就是说，在相同电压等级下，放电电阻器可以选择更小阻值的电阻器。
图3示出根据本实用新型另一示例性实施例的风电变流器中的滤波电容器的控制电路的结构图。
下面参照图3来介绍基于该控制电路对风电变流器中的滤波电容器进行充电控制的过程。
如图3所示，根据本实用新型另一示例性实施例的风电变流器中的滤波电容器的控制电路包括：第一接触器KM1、第二接触器KM2、第三接触器KM3、延时继电器K1、滤波电容器C、放电电阻器R1和阻尼电阻器R2。
作为示例，延时继电器K1为通电延时类型的继电器，延时继电器K1包括延时线圈和常开触点。第三接触器KM3包括第三线圈和主触点(常开)。
上述风电变流器中的滤波电容器的控制电路中的各部件的连接关系如下：
第一接触器KM1的主触点的一端(即，KM1的触点1、触点3、触点5)连接外部电网，第一接触器KM1的主触点的另一端(即，KM1的触点2、触点4、触点6)连接滤波电容器C的一端，滤波电容器C的另一端接地。
第一接触器KM1的常闭辅助触点(即，触点13)的一端连接第二电源，第一接触器KM1的常闭辅助触点的另一端(即，触点14)连接第二接触器KM2的第二线圈的第一接线端，第二接触器KM2的第二线圈的第二接线端接地。
第二接触器KM2的主触点的一端(即，KM2的触点1、触点3、触点5)连接滤波电容器C的一端(即，滤波电容器C与第一接触器KM1的主触点相连接的一端)，第二接触器KM2的主触点的另一端(即，KM2的触点2、触点4、触点6)连接放电电阻器R1的一端，放电电阻器R1的另一端连接滤波电容器C的另一端(即，滤波电容器C接地的一端)。
第三接触器KM3的第三线圈的第一接线端连接第二电源，第三接触器KM3的第三线圈的第二接线端接地。
第三接触器KM3的主触点的一端(即，KM3的触点1、触点3、触点5)连接第一接触器KM1的主触点的一端(即，KM1的触点1、触点3、触点5)，第三接触器KM3的主触点的另一端(即，KM3的触点2、触点4、触点6)连接阻尼电阻器R2的一端，阻尼电阻器R2的另一端连接第一接触器KM1的主触点的另一端(即，KM1的触点2、触点4、触点6)。
第三接触器KM3的常开辅助触点的一端(即，KM3的触点11)连接第二电源，第三接触器KM3的常开辅助触点的另一端(即，KM3的触点12)连接延时继电器K1的延时线圈的第一接线端，延时继电器K1的延时线圈的第二接线端接地。
延时继电器K1的常开触点的一端连接第一电源，延时继电器K1的常开触点的另一端连接第一接触器KM1的第一线圈的第一接线端，第一接触器KM1的第一线圈的第二接线端接地。
图4示出根据本实用新型示例性实施例的滤波电容器的投入逻辑图。
下面结合图3和图4来介绍基于上述控制电路来控制放电电阻器R1投切的过程。
当第三接触器KM3的第三线圈得电时，第三接触器KM3的主触点闭合，阻尼电阻器R2投入，此时滤波电容器C经由阻尼电阻器R2接入到外部电网中。在此情况下，外部电网经由阻尼电阻器R2对滤波电容器C进行预充电。
与此同时，第三接触器KM3的常开辅助触点闭合，使得延时继电器K1的延时线圈得电，开始计时，当到达通电延迟时间之后，延时继电器K1的常开触点闭合，使得第一接触器KM1的第一线圈得电，第一接触器KM1的主触点闭合，滤波电容器C投入，滤波电容器C通过第一接触器KM1接入到外部电网中。此时阻尼电阻器R2被短路，对滤波电容器C的预充电过程结束。
在第一接触器KM1的第一线圈得电时，第一接触器KM1的常闭辅助触点断开，使得第二接触器KM2的第二线圈失电，第二接触器KM2的主触点断开，则放电电阻器R1切出。
当延时继电器K1的常开触点断开时，第一接触器KM1的第一线圈失电，
第一接触器KM1的主触点断开，滤波电容器C切出，即，此时滤波电容器C与外部电网断开连接。与此同时，第一接触器KM1的常闭辅助触点闭合，使得第二接触器KM2的第二线圈得电，第二接触器KM2的主触点闭合，则放电电阻器R1投入，此时滤波电容器C通过放电电阻器R1进行放电。
基于上述投切逻辑方式，第一接触器KM1的主触点控制滤波电容器C的投切，同时第三接触器KM3用于控制并联在第一接触器KM1的主触点两侧的阻尼电阻器的投入，投入顺序为：先投入阻尼电阻器，在阻尼电阻器投入之后，经过延时继电器K1的通电延迟时间，再投入第一接触器KM1的主触点。
作为示例，延时继电器K1的延时线圈的通电延迟时间可根据阻尼电阻器R2的阻值和滤波电容器C的电容值来确定，在一优选实施例中，可通过调整阻尼电阻器R2的阻值和滤波电容器C的电容值来确定延时继电器K1的通电延迟时间，使得滤波电容器C的电压值在经过通电延迟时间之后达到外部电网的相电压。
这里，在经过通电延迟时间之后滤波电容器C的电压值为该滤波电容器C的预充电电压值，例如，可利用如下公式来计算滤波电容器C的预充电电压值：
公式(2)中，Vt表示滤波电容器C的预充电电压值，Vu表示外部电网的相电压，R2表示阻尼电阻器R2的阻值，C表示滤波电容器C的电容值，t2表示对滤波电容器C进行预充电的充电时间。
也就是说，第三接触器KM3的主触点闭合之后，相当于构成了RC回路的充电电路，通过调整阻尼电阻器R2的阻值，可以得到不同充电时间，从而影响到滤波电容器C最终的预充电电压值。在滤波电容器C上的电压与外部电网的相电压接近时，控制滤波电容器C进行投切，此时投切的电流冲击和电压冲击最小。在此情况下，可将使得滤波电容器C的电压达到外部电网的相电压时的充电时间t确定为延时继电器K1的通电延迟时间。
在上述控制电路中，在第一接触器的主触点两侧并联了阻尼电阻器，通过控制阻尼电阻器和第一接触器的主触点的投切时序，实现对滤波电容器先进行预充电，再进行投切的充电控制方式，有效降低了滤波电容器在投入切出时的电流冲击和电压冲击，实现了对接触器和电容器的保护，还提高了滤波电容支路工作的可靠性。
下面参照图5A和图5B、图6A和图6B通过仿真方式验证图3所示的控制电路对滤波电容器的充电控制效果。
图5A和图5B分别示出现有技术中的风电变流器的滤波电容器在投入过程中的电压波形图和电流波形图。图6A和图6B分别示出根据本实用新型示例性实施例的风电变流器的滤波电容器在投入过程中的电压波形图和电流波形图。其中，横坐标表示时间(单位为秒S)，纵坐标分别表示电压值(单位为伏V)和电流值(单位为安培A)。
在现有技术中，通常滤波电容器经由接触器直接连接外部电网，如图5A和图5B所示，在这种连接方式下，在风电变流器的滤波电容器投入瞬间(例如，在0.3S左右)，滤波电容器上有电流冲击和电压冲击。
当采用本实用新型中的上述控制电路时，假设通过调整阻尼电阻器的大小使得在经过通电延迟时间之后，滤波电容器的预充电电压值最终达到接近0.98倍外部电网的相电压，在此时投入滤波电容器，如图6A和图6B所示，在投入瞬间，滤波电容器上无电压冲击和电流冲击。
通过采用本实用新型中的上述控制电路，能够避免接触器根据风电变流器的控制策略和风况进行频繁投切时，带来的电压冲击和电流冲击，还可以延长接触器和滤波电容器的使用寿命。
根据本实用新型示例性实施例还提供一种风电变流器，该风电变流器包括上述的风电变流器中的滤波电容器的控制电路。
本实用新型示例性实施例的风电变流器中的滤波电容器的控制电路以及风电变流器，利用接触器的辅助触点来控制放电电阻器的投切，降低了风电变流器中电阻部分的损耗，提高了风电变流器的效率。
此外，根据本实用新型示例性实施例的风电变流器中的滤波电容器的控制电路以及风电变流器，利用并联阻尼电阻器对滤波电容支路提前进行预充电，降低了投切瞬间对接触器的电流冲击和电压冲击，提高了接触器的可靠性，延长了接触器的使用寿命。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本申请，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (7)

1.一种风电变流器中的滤波电容器的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括第一接触器、第二接触器和放电电阻器，
其中，第一接触器的第一线圈的第一接线端连接第一电源，第一线圈的第二接线端接地，
第一接触器的主触点的一端连接外部电网，第一接触器的主触点的另一端通过滤波电容器接地，
第一接触器的常闭辅助触点的一端连接第二电源，第一接触器的常闭辅助触点的另一端连接第二接触器的第二线圈的第一接线端，第二线圈的第二接线端接地，
第二接触器的主触点的一端通过滤波电容器接地，第二接触器的主触点的另一端通过放电电阻器接地。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括第三接触器、阻尼电阻器和延时继电器，
其中，第三接触器的第三线圈的第一接线端连接第二电源，第三线圈的第二接线端接地，
第三接触器的主触点的一端连接第一接触器的主触点的所述一端，第三接触器的主触点的另一端连接阻尼电阻器的一端，阻尼电阻器的另一端连接第一接触器的主触点的所述另一端，
第三接触器的常开辅助触点的一端连接第二电源，第三接触器的常开辅助触点的另一端连接延时继电器的延时线圈的第一接线端，延时继电器的延时线圈的第二接线端接地，
延时继电器的常开触点的一端连接第一电源，延时继电器的常开触点的另一端连接第一接触器的第一线圈的第一接线端。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述延时继电器的延时线圈的通电延迟时间根据阻尼电阻器的阻值和滤波电容器的电容值来确定，以使得滤波电容器的电压在经过通电延迟时间之后达到外部电网的相电压。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述放电电阻器的阻值根据滤波电容器的电容值、电压值以及放电时间来确定。
5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第一电源的电压值为230伏。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第二电源的电压值为24伏。
7.一种风电变流器，其特征在于，包括权利要求1-6中任意一项所述的风电变流器中的滤波电容器的控制电路。
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