專利名稱：電壓跌落發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電力電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種電壓跌落發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)力發(fā)電的迅猛發(fā)展，其在電網(wǎng)系統(tǒng)中所占比重也越來越大，在電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生電壓跌落故障時(shí)風(fēng)電機(jī)組如果脫機(jī)將嚴(yán)重影響電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，現(xiàn)在該問題已引起業(yè)內(nèi)的重視，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也在著手制定中，同時(shí)風(fēng)電設(shè)備廠家也在進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，以解決設(shè)備的低電壓穿越問題。但在生產(chǎn)和現(xiàn)場需要對該功能進(jìn)行測試和驗(yàn)證時(shí)，卻因不好模擬系統(tǒng)電壓跌落而變的非常困難?，F(xiàn)有的一些產(chǎn)生電壓跌落的設(shè)備基本都是采用電抗分壓的方式制造跌落，但該方式跌落深度等跌落參數(shù)不易修改，且會在系統(tǒng)側(cè)產(chǎn)生很大的短路電流，對變壓器等電氣設(shè)備產(chǎn)生沖擊，甚至損壞?，F(xiàn)有技術(shù)中采用電力電子器件產(chǎn)生電壓跌落的方式主要有交直交變換形式的，即先通過整流將系統(tǒng)交流整為直流，再通過逆變器將直流逆變?yōu)榇笮】勺兊慕涣麟妷航o負(fù)載供電，其原理如圖1所示。該種方式實(shí)際上是將由整流器和逆變器組成的電壓跌落發(fā)生器作為交流電壓源使用，這首先要求整個裝置的容量必須大于負(fù)載的總?cè)萘浚黄浯我驗(yàn)樨?fù)載為風(fēng)機(jī)，這要求整流器能夠向電網(wǎng)系統(tǒng)輸送能量，即整流器需為全控整流；再者，在測試過程中即使不跌落，整流器和逆變器也需處于解鎖運(yùn)行狀態(tài)，如果是在現(xiàn)場測試，則當(dāng)電壓跌落發(fā)生裝置故障時(shí)風(fēng)機(jī)也將無法運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種電壓跌落發(fā)生裝置，采用全控電力電子器件IGBT組成的單相逆變器，可按設(shè)定參數(shù)精確的輸出跌落電壓，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，使風(fēng)電設(shè)備低電壓穿越的測試和檢驗(yàn)更為方便。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括整流單元、逆變單元、旁路單元、 濾波單元和控制單元，其中整流單元與逆變單元的直流側(cè)相連并為其提供跌落時(shí)所需的能量，逆變單元和濾波單元依次串接于電網(wǎng)系統(tǒng)和負(fù)載之間以生成跌落電壓，旁路單元并接于逆變單元兩端，濾波單元串接于逆變單元的單相逆變橋輸出兩端以濾除逆變單元的開關(guān)頻率，控制單元分別與整流單元、逆變單元、旁路單元相連接并輸出控制指令以控制整個裝置的運(yùn)行。所述的整流單元包括緩啟動電路、整流變壓器和三相整流橋，其中緩啟動電路的一端與電網(wǎng)系統(tǒng)相連接，另一端與整流變壓器的原邊相連接，整流變壓器的副邊與三相整流橋的輸入端相連，整流橋的輸出端與逆變單元的直流電容兩端相連。所述的緩啟動電路包括旁路接觸器和與之相并接的緩啟動電阻。所述的逆變單元包括單相逆變橋和直流電容，其中單相逆變橋由四個IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)及其驅(qū)動二極管組成，單相逆變橋的上、下橋臂兩端與用于濾除直流波紋的直流電容并接，IGBT接收控制單元下發(fā)的脈沖信號動作。所述的旁路單元包括旁路斷路器和隔離開關(guān)，其中旁路斷路器的一端與電網(wǎng)系統(tǒng)相連接，另一端與所述負(fù)載相連接，隔離開關(guān)由輸入隔離開關(guān)和輸出隔離開關(guān)組成，輸入隔離開關(guān)設(shè)置于電網(wǎng)系統(tǒng)和濾波單元的輸出端之間，輸出隔離開關(guān)設(shè)置于負(fù)載和濾波單元的輸出端之間；當(dāng)所述電壓跌落發(fā)生裝置待機(jī)時(shí)，旁路斷路器閉合，兩隔離開關(guān)閉合；停機(jī)時(shí)，旁路斷路器閉合，兩隔離開關(guān)斷開。所述的濾波單元包括連接電抗、濾波電容和濾波電阻，其中兩個連接電抗的一端分別與逆變單元的單相逆變橋的兩個輸出端相連，另一端分別與輸入隔離開關(guān)和輸出隔離開關(guān)相連，濾波電容和濾波電阻相串聯(lián)并與輸入隔離開關(guān)和輸出隔離開關(guān)相連。所述的控制單元包括信號采集單元、控制計(jì)算單元、脈沖生成單元、故障保護(hù)單元和通信單元，其中信號采集單元分別采集電網(wǎng)系統(tǒng)電壓信號、逆變器輸出電壓信號和逆變器輸出電流信號并分別輸出至故障保護(hù)單元和控制計(jì)算單元，控制計(jì)算單元部分計(jì)算出運(yùn)行參數(shù)并輸出至脈沖生成單元，脈沖生成單元部分根據(jù)運(yùn)行參數(shù)生成IGBT脈沖信號并輸出至逆變單元以控制IGBT動作，故障保護(hù)單元根據(jù)采集的信號判斷本裝置是否有故障發(fā)生并輸出保護(hù)動作指令，通信單元與遠(yuǎn)方的控制后臺相連以更新運(yùn)行參數(shù)。本裝置可以分別設(shè)定三相的跌落深度和時(shí)間，另外還可根據(jù)A相的相位設(shè)定跌落相位，而裝置輸出采用閉環(huán)控制的方式，控制器實(shí)時(shí)采集逆變器輸出的電壓和濾波回路電流，同時(shí)根據(jù)設(shè)定的跌落參數(shù)，經(jīng)過控制運(yùn)算后生成相應(yīng)輸出參考值和PWM脈沖，使逆變器按設(shè)定參數(shù)精確的輸出跌落電壓。
圖1為交直交變換形式的VSG原理圖。圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為整流單元示意圖。圖5為控制單元示意圖。圖6為實(shí)施例跌落一次的完整波形示意圖。圖7為實(shí)施例跌落一次的起始波形示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖2所示，本實(shí)施例包括整流單元1、逆變單元2、旁路單元3、濾波單元4和控制單元5，其中整流單元1與逆變單元2的直流側(cè)相連并為其提供跌落時(shí)所需的能量，逆變單元2和濾波單元4依次串接于電網(wǎng)系統(tǒng)6和負(fù)載7之間以生成跌落電壓，旁路單元3 并接于逆變單元2兩端，濾波單元4串接于逆變單元2的單相逆變橋13的輸出兩端以濾除逆變單元2的開關(guān)頻率，控制單元5分別與整流單元1、逆變單元2、旁路單元3相連接從而實(shí)現(xiàn)對整個裝置的控制。
如圖4所示，所述的整流單元1包括緩啟動電路)(Z、整流變壓器T和三相整流橋 Q，其中緩啟動電路XZ的一端與電網(wǎng)系統(tǒng)6相連接，另一端與整流變壓器T的原邊相連接， 整流變壓器T的副邊與三相整流橋Q的輸入端相連，三相整流橋Q的輸出端與逆變單元2 的直流電容兩端相連。圖4中整流變壓器副邊為三繞組，圖中所示僅為一個繞組的接線組成，另兩繞組的接線與其完全相同。所述的緩啟動電路8包括旁路接觸器Jl和與之相并接的緩啟動電阻Ra Re。所述的逆變單元2包括直流電容、IGBT及其驅(qū)動，其中四個IGBT組成單相逆變橋，單相逆變橋的上下橋臂兩端并接以濾除直流紋波的直流電容，IGBT接收控制單元下發(fā)的脈沖信號動作。如圖3所示，所述的旁路單元3包括旁路斷路器QFl和隔離開關(guān)QS1、QS2，其中 旁路斷路器QFl的一端與電網(wǎng)系統(tǒng)6相連接，另一端與所述負(fù)載7相連接，隔離開關(guān)由輸入隔離開關(guān)QSl和輸出隔離開關(guān)QS2組成，輸入隔離開關(guān)QSl設(shè)置于電網(wǎng)系統(tǒng)6和濾波單元 4的輸出端之間，輸出隔離開關(guān)QS2設(shè)置于負(fù)載7和濾波單元4的輸出端之間；當(dāng)所述電壓跌落發(fā)生本裝置待機(jī)時(shí)，旁路斷路器QFl閉合，兩隔離開關(guān)QS1、QS2閉合；停機(jī)時(shí)，旁路斷路器QFl閉合，兩隔離開關(guān)QS1、QS2斷開。如圖4所示，所述的濾波單元4包括連接電抗L、濾波電容C和濾波電阻R，其中 連接電抗L的一端接逆變單元2的輸出，另一端分別與輸入隔離開關(guān)QSl和輸出隔離開關(guān) QS2相連，濾波電容C和濾波電阻R相串聯(lián)并與輸入隔離開關(guān)QSl和輸出隔離開關(guān)QS2相連。如圖5所示，所述的控制單元5包括所述的控制單元包括信號采集單元、控制計(jì)算單元、脈沖生成單元、故障保護(hù)單元和通信單元，其中信號采集單元分別采集電網(wǎng)系統(tǒng)電壓信號、逆變器輸出電壓信號和逆變器輸出電流信號并分別輸出至故障保護(hù)單元和控制計(jì)算單元，控制計(jì)算單元部分計(jì)算出運(yùn)行參數(shù)并輸出至脈沖生成單元，脈沖生成單元部分根據(jù)運(yùn)行參數(shù)生成IGBT脈沖信號并輸出至逆變單元以控制IGBT動作，故障保護(hù)單元根據(jù)采集的信號判斷本裝置是否有故障發(fā)生并輸出保護(hù)動作指令，通信單元與遠(yuǎn)方的控制后臺相連以更新運(yùn)行參數(shù)。本實(shí)施例中，電壓跌落本裝置設(shè)置于系統(tǒng)和測試風(fēng)機(jī)之間，不需要產(chǎn)生電壓跌落時(shí)，本裝置旁路斷路器QFl閉合，即本裝置處于旁路狀態(tài)，系統(tǒng)直接和風(fēng)機(jī)連接，電流經(jīng)旁路斷路器QFl流通；本裝置運(yùn)行時(shí)，逆變單元2首先處于電子旁路狀態(tài)，然后斷開旁路斷路器QF1，電流經(jīng)連接電抗L和逆變器流通；在確定旁路部分?jǐn)嚅_以后，控制器根據(jù)設(shè)定的跌落相位、每相的跌落幅度及時(shí)間控制每相逆變器的輸出。此時(shí)因?yàn)槟孀兤饔休敵鲭妷?，其持續(xù)運(yùn)行所需的功率由整流電路提供。當(dāng)電壓跌落結(jié)束時(shí)，逆變器單元重新置于電子旁路狀態(tài)，然后再閉合旁路斷路器，整個跌落過程完全結(jié)束，本裝置重新處于旁路狀態(tài)中。旁路斷路器QFl由帶儲能的電操控制，本裝置整個運(yùn)行過程自動完成。同電抗分壓制造電壓跌落的方式相比，本裝置工作時(shí)對電網(wǎng)系統(tǒng)6沖擊小，且體積小安裝方便；同交直交的電壓跌落發(fā)生本裝置相比，本裝置容量要求小，且只在實(shí)際跌落時(shí)工作，其余時(shí)間處于旁路狀態(tài)，因此現(xiàn)場應(yīng)用更加方便、可靠。如圖2所示，本裝置只在電壓跌落時(shí)動作，其容量滿足跌落實(shí)際所需容量即可，可以小于負(fù)載7的容量；而交直交方式的電壓跌落本裝置則除了在電壓跌落時(shí)刻，還需在之前和之后的整個過程中處于持續(xù)動作運(yùn)行狀態(tài)，這樣首先要求其容量不小于負(fù)載7容量， 其次對其可靠性要求更高。 如圖5和圖6所示，為本裝置發(fā)生電壓跌落的開始時(shí)刻，從波形可以看出過渡過程比較平穩(wěn)。
權(quán)利要求
1.一種電壓跌落發(fā)生裝置，其特征在于，包括整流單元、逆變單元、旁路單元、濾波單元和控制單元，其中整流單元與逆變單元的直流側(cè)相連并為其提供跌落時(shí)所需的能量，逆變單元和濾波單元依次串接于電網(wǎng)系統(tǒng)和負(fù)載之間以生成跌落電壓，旁路單元并接于逆變單元兩端，濾波單元串接于逆變單元的單相逆變橋輸出兩端以濾除逆變單元的開關(guān)頻率， 控制單元分別與整流單元、逆變單元、旁路單元相連接并輸出控制指令以控制整個裝置的運(yùn)行；所述的逆變單元包括單相逆變橋、直流電容，其中單相逆變橋由四個IGBT及其驅(qū)動二極管組成，單相逆變橋的上、下橋臂兩端與用于濾除直流紋波的直流電容相并接，IGBT接收控制單元下發(fā)的脈沖信號動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓跌落發(fā)生裝置，其特征是，所述的整流單元包括緩啟動電路、整流變壓器和三相整流橋，其中緩啟動電路的一端與電網(wǎng)系統(tǒng)相連接，另一端與整流變壓器的原邊相連接，整流變壓器的副邊與三相整流橋的輸入端相連，整流橋的輸出端與逆變單元的直流電容兩端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓跌落發(fā)生裝置，其特征是，所述的緩啟動電路包括旁路接觸器和與之相并接的緩啟動電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓跌落發(fā)生裝置，其特征是，所述的旁路單元包括旁路斷路器和隔離開關(guān)，其中旁路斷路器的一端與電網(wǎng)系統(tǒng)相連接，另一端與所述負(fù)載相連接， 隔離開關(guān)由輸入隔離開關(guān)和輸出隔離開關(guān)組成，輸入隔離開關(guān)設(shè)置于電網(wǎng)系統(tǒng)和濾波單元的輸出端之間，輸出隔離開關(guān)設(shè)置于負(fù)載和濾波單元的輸出端之間；當(dāng)所述電壓跌落發(fā)生裝置待機(jī)時(shí)，旁路斷路器閉合，兩隔離開關(guān)閉合；停機(jī)時(shí)，旁路斷路器閉合，兩隔離開關(guān)斷開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓跌落發(fā)生裝置，其特征是，所述的濾波單元包括連接電抗、濾波電容和濾波電阻，其中兩連接電抗的一端分別逆變單元的單相逆變橋的兩個輸出端，另一端分別與輸入隔離開關(guān)和輸出隔離開關(guān)相連，濾波電容和濾波電阻相串聯(lián)并與輸入隔離開關(guān)和輸出隔離開關(guān)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓跌落發(fā)生裝置，其特征是，所述的控制單元包括信號采集單元、控制計(jì)算單元、脈沖生成單元、故障保護(hù)單元和通信單元，其中信號采集單元分別采集電網(wǎng)系統(tǒng)電壓信號、逆變器輸出電壓信號和逆變器輸出電流信號并分別輸出至故障保護(hù)單元和控制計(jì)算單元，控制計(jì)算單元部分計(jì)算出運(yùn)行參數(shù)并輸出至脈沖生成單元，脈沖生成單元部分根據(jù)運(yùn)行參數(shù)生成IGBT脈沖信號并輸出至逆變單元以控制IGBT動作，故障保護(hù)單元根據(jù)采集的信號判斷本裝置是否有故障發(fā)生并輸出保護(hù)動作指令，通信單元與遠(yuǎn)方的控制后臺相連以更新運(yùn)行參數(shù)。
全文摘要
一種電力電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域的電壓跌落發(fā)生裝置，包括整流單元、逆變單元、旁路單元、濾波單元和控制單元，整流單元與逆變單元的直流側(cè)相連并為其提供跌落時(shí)所需的能量，逆變單元和濾波單元依次串接于電網(wǎng)系統(tǒng)和負(fù)載之間以生成跌落電壓，旁路單元并接于逆變單元兩端，濾波單元串接于逆變單元的單相逆變橋輸出兩端以濾除逆變單元的開關(guān)頻率，控制單元分別與整流單元、逆變單元、旁路單元相連接以控制整個裝置的運(yùn)行。本發(fā)明采用全控電力電子器件IGBT組成的單相逆變器，可按設(shè)定參數(shù)精確的輸出跌落電壓，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，使風(fēng)電設(shè)備低電壓穿越的測試和檢驗(yàn)更為方便。
文檔編號H02M5/32GK102244466SQ20111019752
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者張秀娟, 李建國, 楊占峰, 陳晉輝 申請人:思源清能電氣電子有限公司