一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括電壓采集模塊、中心控制模塊、電壓調(diào)節(jié)模塊及系統(tǒng)電源模塊；電壓采集模塊和系統(tǒng)電源模塊的輸出端分別與中心控制模塊的信號(hào)輸入端和供電端相連；中心控制模塊的信號(hào)輸出端與電壓調(diào)節(jié)模塊相連，電壓調(diào)節(jié)模塊連接于風(fēng)機(jī)機(jī)組與電網(wǎng)之間；系統(tǒng)電源的供電端與電網(wǎng)相連。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)的三相電壓進(jìn)行獨(dú)立采樣，當(dāng)電網(wǎng)中任意一相的電壓值異常時(shí)，系統(tǒng)單獨(dú)啟動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)相的電壓調(diào)節(jié)模塊對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證了三相電壓平衡。而對(duì)原系統(tǒng)無(wú)任何干擾，使電網(wǎng)電壓純凈的輸出，不會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組內(nèi)其他設(shè)備帶來(lái)任何干擾，本系統(tǒng)可在電網(wǎng)驟升至額定電壓的140%時(shí)，仍能維持風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行幾秒不脫網(wǎng)。
【專利說(shuō)明】
一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高壓電的電壓監(jiān)測(cè)及調(diào)節(jié)裝置，尤其是一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)電機(jī)組越來(lái)越大規(guī)模的并網(wǎng)，因電網(wǎng)電壓驟升引起的事故逐年增加，當(dāng)電網(wǎng)電壓驟升時(shí)，電網(wǎng)側(cè)功率無(wú)法送出，功率由電網(wǎng)側(cè)流入變流器，導(dǎo)致直流母線電壓快速升高，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)故障停機(jī)脫網(wǎng)，此時(shí)如果風(fēng)電機(jī)組退出電網(wǎng)運(yùn)行，勢(shì)必造成更大的電網(wǎng)波動(dòng)。
[0003]因此，為防止風(fēng)電大規(guī)模脫網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響，要求風(fēng)電機(jī)組應(yīng)具備一定的過(guò)電壓能力。目前中國(guó)還沒(méi)有制定高壓穿越標(biāo)準(zhǔn)，但國(guó)外已經(jīng)有對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn):德國(guó)E.0N規(guī)定電網(wǎng)電壓驟升為額定電壓的125%時(shí)，風(fēng)電機(jī)組仍能保持10ms不脫網(wǎng);澳大利亞并網(wǎng)導(dǎo)則規(guī)定電網(wǎng)電壓驟升至130%時(shí)，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)持續(xù)60ms不脫網(wǎng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可根據(jù)電網(wǎng)的電壓變化情況對(duì)輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)，維持風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行不脫網(wǎng)，使電源始終保持在安全范圍內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案:一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括電壓采集模塊、中心控制模塊、電壓調(diào)節(jié)模塊及系統(tǒng)電源模塊;所述電壓采集模塊和系統(tǒng)電源模塊的輸出端分別與中心控制模塊的信號(hào)輸入端和供電端相連；中心控制模塊的信號(hào)輸出端與電壓調(diào)節(jié)模塊相連，電壓調(diào)節(jié)模塊連接于風(fēng)機(jī)機(jī)組與電網(wǎng)之間；所述系統(tǒng)電源的供電端與電網(wǎng)相連。
[0006]所述電壓采集模塊包括變壓器、若干分壓電阻及電壓比較器，所述分壓電阻之間相互并聯(lián)形成分壓電阻并聯(lián)電路，其中一只分壓電阻與電壓比較器串聯(lián);分壓電阻并聯(lián)電路的兩端分別與變壓器和中心控制模塊串聯(lián)在一起;所述變壓器通過(guò)整流電路與分壓電阻并聯(lián)電路相連。
[0007]所述系統(tǒng)電源模塊包括開關(guān)電源模塊，所述開關(guān)電源模塊的輸入端依次通過(guò)穩(wěn)流電路、保護(hù)電路連入電網(wǎng)，開關(guān)電源模塊通過(guò)穩(wěn)壓電路與所述電壓比較器中的參考電壓端相連，開關(guān)電源模塊的電流輸出端與中心控制模塊的電源輸入端相連。
[0008]所述電壓調(diào)節(jié)模塊包括多條相互串聯(lián)的光耦隔離器、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊及IGBT模塊組并聯(lián)在一起所構(gòu)成的一組IGBT并聯(lián)電路，所述IGBT并聯(lián)電路的兩端分別與中心控制模塊及補(bǔ)償變壓器組相連，補(bǔ)償變壓器組的輸出端與風(fēng)機(jī)相連，補(bǔ)償變壓器組通過(guò)保護(hù)電路連入電網(wǎng)中。
[0009]所述補(bǔ)償變壓器組包括由多個(gè)具有不同降壓比的補(bǔ)償變頻器串聯(lián)疊加而成，其中每個(gè)補(bǔ)償變頻器與一組IGBT并聯(lián)電路相連。
[0010]所述電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括獨(dú)立的三組電壓采集模塊、中心控制模塊、電壓調(diào)節(jié)模塊及系統(tǒng)電源模塊。
[0011 ]所述中心控制模塊為帶有PffM模塊輸出的32位單片機(jī)。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)通過(guò)一組電壓采集模塊、中心控制模塊、電壓調(diào)節(jié)模塊及系統(tǒng)電源模塊，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)的每相電壓進(jìn)行獨(dú)立采樣和控制，當(dāng)電網(wǎng)中任意一相的電壓值異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)單獨(dú)啟動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)相的電壓調(diào)節(jié)模塊對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證了三相電壓平衡。而對(duì)原系統(tǒng)無(wú)任何干擾，使電網(wǎng)電壓純凈的輸出，不會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組內(nèi)其他設(shè)備帶來(lái)任何干擾，本系統(tǒng)可以在電網(wǎng)驟升至額定電壓的140%時(shí)，仍能維持風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行幾秒不脫網(wǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的總體模塊連接示意圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型電壓采集模塊的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是本實(shí)用新型電壓調(diào)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是本實(shí)用新型系統(tǒng)電源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖5是圖4的電路原理圖。
[0018]圖中:1-電壓采集模塊、2-中心控制模塊、3-電壓調(diào)節(jié)模塊、4-系統(tǒng)電源模塊、5-變壓器、6-分壓電阻、7-電壓比較器、8-光耦隔離器、9-1GBT驅(qū)動(dòng)模塊、10-1GBT模塊組、11-補(bǔ)償變壓器組、12-開關(guān)電源模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明:
[0020]圖1是本實(shí)用新型一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的總體模塊連接示意圖。一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括電壓采集模塊1、中心控制模塊2、電壓調(diào)節(jié)模塊3及系統(tǒng)電源模塊4;其中，電壓采集模塊I和系統(tǒng)電源模塊4的輸出端分別與中心控制模塊2的信號(hào)輸入端和供電端相連；中心控制模塊2的信號(hào)輸出端與電壓調(diào)節(jié)模塊3相連，電壓調(diào)節(jié)模塊3連接于風(fēng)機(jī)機(jī)組與電網(wǎng)之間；系統(tǒng)電源的供電端與電網(wǎng)相連。
[0021]圖2是電壓采集模塊I的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。電壓采集模塊I具體包括變壓器、若干分壓電阻6及電壓比較器7，其中，分壓電阻6之間相互并聯(lián)形成分壓電阻6并聯(lián)電路，其中一只分壓電阻6與電壓比較器7相串聯(lián);分壓電阻6并聯(lián)電路的兩端分別與變壓器和中心控制模塊2串聯(lián)在一起;變壓器通過(guò)整流電路與分壓電阻6并聯(lián)電路相連。該模塊的工作原理為:電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)變壓器降低后，經(jīng)過(guò)整流，再經(jīng)過(guò)分壓電阻6分壓，之后通過(guò)電壓比較器7與系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)壓電壓參考值對(duì)比，將結(jié)果輸出給單片機(jī)。當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，圖2中的電壓比較器7所在的支路產(chǎn)生中斷信號(hào)，即電壓升高的觸發(fā)信號(hào)，傳輸給單片機(jī)，此時(shí)單片機(jī)將電壓的具體值通過(guò)圖2中的采樣電壓值輸入到單片機(jī)自帶的AD模塊進(jìn)行采集。
[0022]圖3是電壓調(diào)節(jié)模塊3的結(jié)構(gòu)示意圖。電壓調(diào)節(jié)模塊3包括多條相互串聯(lián)的光耦隔離器8、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊9及IGBT模塊組10并聯(lián)在一起所構(gòu)成的一組IGBT并聯(lián)電路，IGBT模塊組10由多個(gè)IGBT模塊并聯(lián)形成;其中，IGBT并聯(lián)電路的兩端分別與中心控制模塊2及補(bǔ)償變壓器組11串聯(lián)在一起，補(bǔ)償變壓器組11的一個(gè)輸出端與風(fēng)機(jī)相連，補(bǔ)償變壓器組11另一輸出端通過(guò)保護(hù)電路連入電網(wǎng)中。電壓采集模塊I輸入到單片機(jī)中的信息通過(guò)單片機(jī)的分析數(shù)值，單片機(jī)根據(jù)具體電壓值將控制信號(hào)依次電壓調(diào)節(jié)模塊3中的光耦隔離芯片和IGBT驅(qū)動(dòng)芯片控制IGBT模塊組1的開關(guān)動(dòng)作。
[0023]如圖5所示，補(bǔ)償變壓器組11包括由多個(gè)具有不同降壓比的補(bǔ)償變頻器串聯(lián)疊加而成，而每個(gè)補(bǔ)償變頻器與一組IGBT并聯(lián)電路相連。由于補(bǔ)償變壓器組11中含有多個(gè)具有不同降壓比的補(bǔ)償變壓器，因此可以通過(guò)單片機(jī)使其構(gòu)成不同比例的降壓。根據(jù)圖5的電路原理圖，其中包含4個(gè)補(bǔ)償變壓器Tl-T4(在精度和電壓調(diào)節(jié)范圍提高或降低后，可以增加或減少補(bǔ)償變壓器的個(gè)數(shù)，這里以4個(gè)為例)，每個(gè)補(bǔ)償變壓器配有4組IGBT模塊Q1-Q16，通過(guò)電路中IGBT模塊的通斷來(lái)改變補(bǔ)償變壓器Τ1-Τ4的接法。如圖5中補(bǔ)償變壓器Tl對(duì)應(yīng)的一組IGBT: Q1、Q2、Q9、Q1。每組IGBT模塊的控制信號(hào)均由IGBT驅(qū)動(dòng)模塊9給出，IGBT模塊的控制信號(hào)則由單片機(jī)提供。若需要補(bǔ)償變壓器Tl接入進(jìn)行調(diào)節(jié)，則開通IGBT模塊:Q9、Q10、Q3?Q8;斷開IGBT模塊:Ql、Q2、Q11?Q16，此時(shí)僅補(bǔ)償變壓器Tl接入電路，補(bǔ)償變壓器T2~T4次級(jí)線圈短路，處于直通狀態(tài)。此時(shí)由補(bǔ)償變壓器Tl進(jìn)行降壓調(diào)節(jié)。又因?yàn)檠a(bǔ)償變壓器Τ1~Τ4分別有不同的降壓比，故當(dāng)電網(wǎng)電壓在不同值時(shí)，由補(bǔ)償變壓器Τ1~Τ4構(gòu)成不同的組合疊加進(jìn)行降壓，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓在升高140%以內(nèi)時(shí)均可調(diào)節(jié)至正常水平，誤差在3%以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高壓穿越。
[0024]圖4是系統(tǒng)電源模塊4的結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)電源模塊4包括開關(guān)電源模塊12，該開關(guān)電源模塊12的輸入端依次通過(guò)穩(wěn)流電路、保護(hù)電路連入電網(wǎng)，開關(guān)電源模塊12通過(guò)穩(wěn)壓電路與電壓比較器7中的參考電壓端相連，以為電壓比較器7提供參考電壓，開關(guān)電源模塊12的電流輸出端與中心控制模塊2的電源輸入端相連。
[0025]為保證電網(wǎng)中三相電壓的平衡，優(yōu)選采用獨(dú)立的三組電壓采集模塊1、中心控制模塊2、電壓調(diào)節(jié)模塊3及系統(tǒng)電源模塊4，分別采集電網(wǎng)的三相電壓值并分別通過(guò)各自的中心控制模塊2對(duì)每相電壓進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。
[0026]中心控制模塊2為帶有PffM模塊輸出的32位單片機(jī)，如MCU。從而使程序執(zhí)行速度微秒級(jí)別，該單片機(jī)自身帶有PWM模塊輸出，簡(jiǎn)化了 IGBT控制操作，減少了代碼量，提高了程序運(yùn)行周期的速率，使系統(tǒng)可以快速響應(yīng)切換。
[0027]本實(shí)用新型的工作原理如下:
[0028]系統(tǒng)通過(guò)電壓采集單元采集電網(wǎng)中三相電壓值，并通過(guò)電壓比較器7將結(jié)果傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的結(jié)構(gòu)控制電壓調(diào)節(jié)模塊3補(bǔ)償變壓器組11中補(bǔ)償變壓器的接入方式，從而調(diào)節(jié)電網(wǎng)與風(fēng)機(jī)的電壓比，來(lái)保障風(fēng)機(jī)正常工作。由于本系統(tǒng)采用三相獨(dú)立調(diào)節(jié)方式，故對(duì)于每一相，均有相同的獨(dú)立調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。對(duì)于補(bǔ)償變壓器組11的具體接入方式如下:
[0029]當(dāng)輸出電壓保持在額定電壓范圍內(nèi)時(shí)，本系統(tǒng)保持直通狀態(tài)，如圖5，補(bǔ)償變壓器的次級(jí)側(cè)相當(dāng)于導(dǎo)線，電網(wǎng)電壓直接輸出，輸出電壓與輸入電壓保持一致。當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓高于額定電壓5%時(shí)，本系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)，補(bǔ)償變壓器初級(jí)側(cè)升壓，變壓器次級(jí)側(cè)按比例升壓，與輸入電壓疊加后共同輸出，使得輸出電壓始終穩(wěn)定在5%以內(nèi)，通過(guò)輸出電壓的高速采樣電路的反饋，單片機(jī)采用智能算法控制IGBT模塊的開通時(shí)間，改變補(bǔ)償變壓器初級(jí)側(cè)的電壓，使輸出維持在額定范圍內(nèi)。
[0030]當(dāng)輸入電壓恢復(fù)到額定電壓范圍內(nèi)后，本系統(tǒng)自動(dòng)維持直通狀態(tài)，系統(tǒng)時(shí)刻采集輸出電壓，使得輸出電壓長(zhǎng)期穩(wěn)定在額定范圍內(nèi)，保障系統(tǒng)正常運(yùn)行。
[0031]本系統(tǒng)采樣電路分為多級(jí)采樣，即保證了高速的采樣速率，又保證了采樣的準(zhǔn)確性，使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，避免了誤動(dòng)作發(fā)生的可能性。每相電壓采取分別采樣，可以實(shí)現(xiàn)各相輸出電壓獨(dú)立調(diào)節(jié)。運(yùn)用32位高速單片機(jī)，采樣速度20微秒為單位，通過(guò)在單片機(jī)中按照實(shí)際要求置入智能算法可保障系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間小于I毫秒。
[0032]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選技術(shù)方案對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，包括電壓采集模塊(I)、中心控制模塊(2)、電壓調(diào)節(jié)模塊(3)及系統(tǒng)電源模塊(4);所述電壓采集模塊(I)和系統(tǒng)電源模塊(4)的輸出端分別與中心控制模塊(2)的信號(hào)輸入端和供電端相連；中心控制模塊(2)的信號(hào)輸出端與電壓調(diào)節(jié)模塊(3)相連，電壓調(diào)節(jié)模塊(3)連接于風(fēng)機(jī)機(jī)組與電網(wǎng)之間；所述系統(tǒng)電源的供電端與電網(wǎng)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓采集模塊(I)包括變壓器(5)、若干分壓電阻(6)及電壓比較器(7)，所述分壓電阻(6)之間相互并聯(lián)形成分壓電阻(6)并聯(lián)電路，其中一只分壓電阻(6)與電壓比較器(7)串聯(lián);分壓電阻(6)并聯(lián)電路的兩端分別與變壓器(5)和中心控制模塊(2)串聯(lián)在一起;所述變壓器(5)通過(guò)整流電路與分壓電阻(6)并聯(lián)電路相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)電源模塊(4)包括開關(guān)電源模塊(12)，所述開關(guān)電源模塊(12)的輸入端依次通過(guò)穩(wěn)流電路、保護(hù)電路連入電網(wǎng)，開關(guān)電源模塊(12)通過(guò)穩(wěn)壓電路與所述電壓比較器(7)中的參考電壓端相連，開關(guān)電源模塊(12)的電流輸出端與中心控制模塊(2)的電源輸入端相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓調(diào)節(jié)模塊(3)包括多條相互串聯(lián)的光耦隔離器(8)、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊(9)及IGBT模塊組(10)并聯(lián)在一起所構(gòu)成的一組IGBT并聯(lián)電路，所述IGBT并聯(lián)電路的兩端分別與中心控制模塊(2)及補(bǔ)償變壓器組(11)串聯(lián)在一起，補(bǔ)償變壓器組(11)的輸出端與風(fēng)機(jī)相連，補(bǔ)償變壓器組(11)通過(guò)保護(hù)電路連入電網(wǎng)中。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述補(bǔ)償變壓器組(11)包括由多個(gè)具有不同降壓比的補(bǔ)償變頻器串聯(lián)疊加而成，其中每個(gè)補(bǔ)償變頻器與一組IGBT并聯(lián)電路相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括獨(dú)立的三組電壓采集模塊(I)、中心控制模塊(2)、電壓調(diào)節(jié)模塊(3)及系統(tǒng)電源模塊(4)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機(jī)組的電壓監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述中心控制模塊(2 )為帶有PWM模塊輸出的32位單片機(jī)。
【文檔編號(hào)】H02J3/26GK205610234SQ201620397790
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月5日
【發(fā)明人】劉宏博
【申請(qǐng)人】大連鑫怡電子科技有限公司