[发明专利]一种双馈变流器的智能保护装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及双馈变流器的保护装置，更具体地说，涉及一种电网故障时抑制过电压和过电流的双馈变流器智能保护装置。

背景技术

随着风电容量在国家发电容量中份额的提升，风电对整个电网的影响日益加大，电网对风电并网的要求越来越严格。在这种情况下，风电设备对电网的适应性显得尤为重要，适应不同电网的各种要求，提供及时可靠的保护是当前风电企业必须面对并亟待解决的问题。电网瞬时故障，电机定子侧会产生短时电网突变，电机定子侧通过耦合又会在与转子侧相连的变流器上产生瞬时的大电流和高电压，对变流器造成损坏。因此变流器通常都有专门的保护装置，目前较常用的办法是在转子侧通过旁路装置吸收能量，消除过电压和过电流的危害。

随着并网要求的不断提高，瞬时电网故障不脱网的要求让电机产生出更大故障电流、电压。因此需要进一步提高变流器的适应能力，提高保护装置可靠性，使得能够在瞬时电网故障时保护变流器，电网恢复后变流器正常运行。

在风电系统中，变流器是用来控制电机使得电机定子的输出的频率幅值相位和电网保持一致，从而使得风产生地能量可以输送到电网上，变流器通过跟踪电机转速，使得在不同的风速下，电机都可以向电网输送能量，达到对风能的最大化利用。变流器即是控制单元，也是电机转子的能量通道，是风电系统中重要部件，因此它的可靠性至关重要。

目前，在风电变流器中，用来做瞬态保护的有交流Crowbar保护电路，直流Crowbar保护电路，交流+直流Crowbar保护电路等。对于直流Crowbar保护电路，主要作用是抑制过电压，电流冲击相对小，一般的IGBT（绝缘栅双极管晶体管）器件都可满足要求。对于交流Crowbar保护电路来说，主要作用是抑制过电流，故障时的冲击电流受电网的故障严重程度，不同电机的内部参数等的影响，冲击电流的大小，持续时间都变化很大。交流侧Crowbar保护电路的过流能力对于故障保护非常重要。目前应用比较多的器件有二极管、晶闸管、IGBT等。

其常见的交流侧拓扑有如图1~4所示几种形式。对于目前常见的拓扑来说：图1所示整流桥式拓扑结构所用器件较多，不经济；图2所示混合桥式拓扑结构中晶闸管承受的耐压高，易损坏，且反并联晶闸管关断时不受控；图3所示晶闸管反并联式拓扑结构所用器件多，不经济；图4所示IGBT式拓扑结构受制于器件过流、过压能力，且成本较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种器件少、成本低、控制简单且可靠性高的双馈变流器的智能保护装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双馈变流器的智能保护装置，包括风机叶片、双馈电机、变流器，所述变流器包括变流器网侧和变流器转子侧，风机叶片通过齿轮箱与双馈电机的转轴相连，双馈电机的定子通过开关和变流器网侧一起连接至电网上，双馈电机的转子通过交流输出线连接至变流器转子侧，变流器网侧和变流器转子侧的直流母线相接，其特征在于，双馈变流器的智能保护装置进一步包括：

一用于抑制电网电压故障时产生过电压的直流Crowbar保护电路，所述直流Crowbar保护电路跨接于直流母线之间；

一用于抑制电网电压故障时产生过电流的交流Crowbar保护电路，所述交流Crowbar保护电路旁接于变流器转子侧至双馈电机的转子的交流输出线上；

所述交流Crowbar保护电路包括吸收电路、晶闸管电路、耗能电阻电路，所述晶闸管电路包括第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管，所述第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管顺时针或逆时针依次连接成三角形；耗能电阻电路包括第一耗能电阻、第二耗能电阻、第三耗能电阻，所述第一耗能电阻、第二耗能电阻、第三耗能电阻的一端分别连接至不同的交流输出线上，另一端分别连接至第一晶闸管和第二晶闸管之间、第二晶闸管和第三晶闸管之间、第一晶闸管和第三晶闸管之间；吸收电路包括第一吸收电路、第二吸收电路、第三吸收电路，所述第一吸收电路跨接于第一晶闸管的阳极和阴极之间，所述第二吸收电路跨接于第二晶闸管的阳极和阴极之间，所述第三吸收电路跨接于第三晶闸管的阳极和阴极之间。

作为一种实施方式，所述第一吸收电路为第一吸收电容，第二吸收电路为第二吸收电容，第三吸收电路为第三吸收电容。

作为另一种实施方式，第一吸收电路包括串联的第一吸收电容和第一电阻，第二吸收电路包括串联的第二吸收电容和第二电阻，第三吸收电路包括串联的第三吸收电容和第三电阻。