[实用新型]一种变流器机侧DU/DT滤波电路的故障检测电路

说明书

技术领域

    本实用新型涉及到一种变流器机侧DU/DT滤波电路的故障检测电路。

技术背景

在风力发电领域中，变流器的电机侧基本上都采用了DC/AC技术，但这种技术有两个方面的问题：第一，如连接电机的线缆较长，线路中会存在较大分布的电容及电感，机侧变换器输出的PWM 电压波，将产生行波反射现象，在电机端产生过电压、高频阻尼振荡，加剧了电机绕组以及电缆线的绝缘压力，甚至造成电机或者电缆的绝缘击穿，严重时会使电机烧毁、电缆爆裂。第二，变流器输出的PWM 电压富含开关谐波，将导致机侧线圈发热严重，影响电机性能及寿命。

目前普遍作法是在变流器输出端增设一个LRC滤波器，以减少机侧所产生过电压和谐波，进而保证电机安全可靠地运行。然对于滤波器来说，由于RC一般采用的是绕线电阻（其电阻一般在几欧姆到十几欧姆之间）和普通的吸收电容（一般在0.1-0.5uF之间），而此处电压是个PWM波，谐波大、电压上身速率快，对电阻电容的冲击较大，LRC滤波器容易失效，进而影响到电机的安全及寿命。目前对这块电路的故障保护及检测基本不做(或是通过检测电流等较复杂的方法)，而大多采用的是增加器件的降额来保证电路安全。对于现场环境较恶劣或是无人值守的环境下，如果不做故障检测或保护，而单靠增加降额来确保安全，对电机的安全来说，无疑是一种极大的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种变流器机侧DU/DT滤波电路的故障检测电路，通过加入故障检测及保护，当滤波电路失效时，能够快速及有效地进行保护，使电机安全可靠地运行，同时让技术人员快速知道故障所在，尽早解除风险。

    本实用新型的技术方案：一种变流器机侧DU/DT滤波电路的故障检测电路，其特征在于：所述的故障检测电路包括发电机、隔离开关、LCR滤波电路、电压检测与处理电路、变流器；所述的发电机、隔离开关、LCR滤波电路中的电感、变流器串联；所述的变流器、电压检测与处理电路与LCR滤波电路中的电容与电阻之间的节点相串接。

     所述的电压检测与处理电路的作用是采样。

本实用新型的优点：通过检测电路的检测能够快速及有效地进行保护，使电机安全可靠地运行，同时让技术人员快速知道故障所在，尽早解除风险。

附图说明

图1是本实用新型的示意图。

具体实施方式

变流器机侧滤波电路如图1所示，所述的故障检测电路包括发电机G、隔离开关Q、LCR滤波电路、电压检测与处理电路、变流器；所述的发电机G、隔离开关K、LCR滤波电路中的电感L、变流器串联；所述的变流器、电压检测与处理电路与LCR滤波电路中的电容C与电阻R之间的节点相串接。

在IGBT的输出端，L、R、C构成了一个二阶滤波器，在此电路的基础上，对电路的故障检测如下：

步骤一：由于测量点在变流器开始调制后，其电路点4、5、6的电压为PWM波，所以在采样点1、2、3与变流器系统之间加个滤波电路，滤除谐波的同时，把PWM波变成正弦波，并计算电压的有效值。

步骤二：得到的有效值送给系统控制中心（DSP）进行比较，如与设定的值偏差过大，则认为DU/DT滤波电路出问题，控制中心会报出一个故障。

步骤三：系统会根据此故障对电机进行保护（如变流器停止工作，机侧断路器/接触器断开等），并同时把此故障通过远程通信传给监控中心，尽快检查更换器件。

 以2.0MW全功率永磁同步电机及其变流器系统为例：

1、一般的风力发电系统的启机过程：电机开始启动，达到一定速度后（全功率系统的并网转速一般在7-17RPM之间），变流器开时启动；

2、假设变流器的最低工作转速为7RPM，此时的端口电压（4、5、6点）大约为400V（线电压）,最高转速为17RPM，此时端口电压大约在759V（线电压），电机额定电压为690V。

3、由于电阻R在此开关频率下（一般的开关频率大约在2K）的阻抗（12欧姆），与C（0.24uF）的阻抗（331欧姆）相比可以忽略不计，因此点1、2、3的电压与点4、5、6的电压相差不大（在690V只有24V的差别），可以近似认为此处电压即为电机端口电压；

4、当LCR滤波电路中的某一相损坏时，检测点的电压必然与正常时不一样。以正常时端口电压为690V，当其中一相断开后，电压变为400V, 通过电压检测及滤波处理电路后，送给dSP内部设置的保护点进行比较，如果不相符，则报故障、保护停机。

5、保护点的设置：对于此系统，使用查表的形式进行故障判断较为适宜（还可减少误报几率），即事先设定一张表格，预先存在DSP中，当系统达到最低工作转速后，进行查表比较，如果对应的转速与所存电压不一致，则认为此电路出现故障。例如：设定7RPM时，电压为400V，14RPM时，电压为690V，17RPM时，电压为759V等等，当实际电机转速对应表中的电机转速时，如果电压相差较大（只要有100V左右的偏差），则认为电路出现故障。具体表格及门限值需根据实际电机及系统情况得出。