一種直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器充電電阻選型方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器充電電阻選型方法，包括：A、根據(jù)直流母線電容充電回路等效電路計(jì)算直流側(cè)的充電電阻R的電阻值、充電平均電流、充電電阻平均功率、最大沖擊電流及瞬時(shí)沖擊功率；B、將直流側(cè)充電回路計(jì)算得到的參數(shù)折算到交流側(cè)，交流側(cè)參數(shù)包括：交流側(cè)的電流平均值、充電電阻平均功率、充電電阻阻值和沖擊電流；在交流側(cè)充電電阻阻值的附近選擇實(shí)際充電電阻阻值，并根據(jù)此阻值核算交流側(cè)沖擊功率；C、采用Matlab對(duì)步驟B中的充電回路進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最后選擇充電電阻的選擇參數(shù)。本發(fā)明通過(guò)詳細(xì)的理論計(jì)算與推導(dǎo)得出直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器網(wǎng)側(cè)充電電阻的設(shè)計(jì)參數(shù)，為大功率變流器充電電阻的選型與設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
【專利說(shuō)明】-種直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器充電電阻選型方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電變流【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器充 電電阻選型方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)風(fēng)電行業(yè)的迅猛發(fā)展導(dǎo)致風(fēng)電變流器技術(shù)不斷升級(jí)，根據(jù)不同風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組的并網(wǎng)技術(shù)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分為直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。直驅(qū)風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組變流器將電能實(shí)現(xiàn)了 AC/DC、DC/AC的控制，與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的需求不 同，同等MW機(jī)組直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)于變流器的要求更高，容量更大，從而導(dǎo)致直驅(qū)風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組變流器母線支撐電容容量越大，支撐電容容量的增加導(dǎo)致變流器在起機(jī)時(shí)需要從 網(wǎng)側(cè)攝取更大的能量。
[0003] 變流器充電電阻的作用是抑制變流器啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，當(dāng)變流器剛啟動(dòng)時(shí)，由 于直流側(cè)的電解電容容量非常大，在剛充電的瞬間相當(dāng)于短路。為了防止充電電流對(duì)系統(tǒng) 造成危害，在變流器啟動(dòng)起始階段接入充電電阻限制充電電流的幅值，當(dāng)充電完成后，利用 接觸器的主觸點(diǎn)將充電電阻短接，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。若在整流橋與電解電容之間不加充電 電阻，則相當(dāng)于電網(wǎng)電源直接對(duì)地短路，瞬間整流橋通過(guò)大的電流導(dǎo)致整流橋壽命下降或 者失效，支撐電解電容因大電流沖擊導(dǎo)致電容膨脹或降低使用壽命，網(wǎng)側(cè)接觸器過(guò)流保護(hù) 跳開(kāi)。
[0004] 根據(jù)變流器的容量不同，選擇不同的預(yù)充電方式，小功率的變流器采用的NTC熱 敏電阻進(jìn)行充電限流，當(dāng)變流器啟動(dòng)時(shí)，電網(wǎng)380V/AC提供母線電壓能量，因 NTC隨著溫度 的升高，內(nèi)阻減少，消耗的功率下降，當(dāng)母線電壓達(dá)到預(yù)充電閥值時(shí)通過(guò)輔助接觸器屏蔽此 NTC，完成充電過(guò)程。
[0005] NTC充電電阻一般安裝在變流器的整流橋后級(jí)與母線電解電容相連接，當(dāng)網(wǎng)側(cè)接 觸器閉合時(shí)，交流三相電源通過(guò)整流橋與NTC提供母線能量，根據(jù)NTC耐壓特性，無(wú)法滿足 現(xiàn)有變流器高耐壓使用條件。
[0006] 因 NTC充電電阻隨溫度升高阻值下降，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要24小時(shí)長(zhǎng)時(shí)間工作 的特性，當(dāng)出現(xiàn)機(jī)組可自恢復(fù)故障時(shí)，機(jī)組面臨著往復(fù)開(kāi)機(jī)的工作方式，NTC阻值下降到一 定情況下將失去限流作用，增加機(jī)組二次故障率。
[0007] NTC充電電阻的制作工藝導(dǎo)致此電阻的功率無(wú)法滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大功率變流器 的應(yīng)用條件。
[0008] 由此可見(jiàn)，上述NTC充電電阻并不能滿足現(xiàn)有直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的要 求。如何能創(chuàng)設(shè)一種參數(shù)設(shè)計(jì)合理的新類型的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的充電電阻，成為 當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器充電電阻選型方法，使其 能通過(guò)詳細(xì)的理論計(jì)算與推導(dǎo)得出直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器網(wǎng)側(cè)充電電阻的設(shè)計(jì)參數(shù)， 為大功率變流器充電電阻的選型與設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0011] 一種直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器充電電阻選型方法，包括：
[0012] A、將變流器系統(tǒng)主拓?fù)溥M(jìn)行分解化簡(jiǎn)，形成直流母線電容充電回路等效電路，所 述等效電路的直流電源電壓Us等效整流橋輸出電壓，Us上直接串聯(lián)直流側(cè)充電電阻R和直 流母線電解電容C ;根據(jù)所述等效電路計(jì)算直流側(cè)充電電阻R的電阻值及直流側(cè)充電平均 電流，進(jìn)而計(jì)算直流側(cè)充電電阻平均功率、直流側(cè)最大沖擊電流及直流側(cè)瞬時(shí)沖擊功率；
[0013] B、根據(jù)實(shí)際充電回路采用網(wǎng)側(cè)IGBT的反并聯(lián)二極管作為充電整流橋，充電電阻 配置在交流側(cè)的情況，將步驟A中直流側(cè)充電回路計(jì)算得到的參數(shù)折算到交流側(cè)，交流側(cè) 的基本參數(shù)包括：交流側(cè)電流平均值、交流側(cè)充電電阻平均功率、交流側(cè)充電電阻阻值、交 流側(cè)沖擊電流；在交流側(cè)充電電阻阻值的附近選擇實(shí)際充電電阻阻值，并根據(jù)該實(shí)際充電 電阻阻值核算交流側(cè)沖擊功率；
[0014] C、采用Matlab對(duì)步驟B中的充電回路進(jìn)行仿真，驗(yàn)證步驟B中的實(shí)際充電電阻相 關(guān)參數(shù)是否正確，確認(rèn)正確后，根據(jù)上述參數(shù)及實(shí)際運(yùn)行工況選擇合適的變流器充電電阻 的選擇參數(shù)，選擇參數(shù)包括充電電阻的阻值、充電電阻平均功率、充電電阻沖擊功率、充電 電阻額定電壓。
[0015] 進(jìn)一步地，所述步驟A中的具體推導(dǎo)計(jì)算方法為：
[0016] 首先，根據(jù)等效電路，求解一階電路得到方程：
[0017]

【權(quán)利要求】
1. 一種直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器充電電阻選型方法，其特征在于，包括： A、 將變流器系統(tǒng)主拓?fù)溥M(jìn)行分解化簡(jiǎn)，形成直流母線電容充電回路等效電路，所述等 效電路的直流電源電壓Us等效整流橋輸出電壓，Us上直接串聯(lián)直流側(cè)充電電阻R和直流 母線電解電容C ; 根據(jù)所述等效電路計(jì)算直流側(cè)充電電阻R的電阻值及直流側(cè)充電平均電流，進(jìn)而計(jì)算 直流側(cè)充電電阻平均功率、直流側(cè)最大沖擊電流及直流側(cè)瞬時(shí)沖擊功率； B、 根據(jù)實(shí)際充電回路采用網(wǎng)側(cè)IGBT的反并聯(lián)二極管作為充電整流橋，充電電阻配置 在交流側(cè)的情況，將步驟A中直流側(cè)充電回路計(jì)算得到的參數(shù)折算到交流側(cè)，交流側(cè)的基 本參數(shù)包括：交流側(cè)電流平均值、交流側(cè)充電電阻平均功率、交流側(cè)充電電阻阻值、交流側(cè) 沖擊電流； 在交流側(cè)充電電阻阻值的附近選擇實(shí)際充電電阻阻值，并根據(jù)該實(shí)際充電電阻阻值核 算交流側(cè)沖擊功率； C、 采用Matlab對(duì)步驟B中的充電回路進(jìn)行仿真，驗(yàn)證步驟B中的實(shí)際充電電阻相關(guān)參 數(shù)是否正確，確認(rèn)正確后，根據(jù)上述參數(shù)及實(shí)際運(yùn)行工況選擇合適的變流器充電電阻的選 擇參數(shù)，選擇參數(shù)包括充電電阻的阻值、充電電阻平均功率、充電電阻沖擊功率、充電電阻 額定電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器充電電阻選型方法，其特征在 于，所述步驟A中的具體推導(dǎo)計(jì)算方法為： 首先，根據(jù)等效電路，求解一階電路得到方程：
該式中，Us等效整流橋輸出電壓，整流橋?yàn)槿嗾鳂?，uc為直流母線電解電容對(duì)應(yīng)的 電壓，即預(yù)充電電壓，e為自然常數(shù)，t為充電時(shí)間，τ為一階電路時(shí)間常數(shù)； 一階電路時(shí)間常數(shù)τ = RC 該式中，R為直流側(cè)充電電阻，C為直流母線電解電容； 根據(jù)上述公式計(jì)算得到直流側(cè)充電電阻R的阻值； 其次，根據(jù)計(jì)算得到的直流側(cè)充電電阻R的阻值及下述公式分別計(jì)算： 直流側(cè)充電平均電流為：
直流側(cè)充電電阻平均功率為：
直流側(cè)最大沖擊電流為：
直流側(cè)瞬時(shí)沖擊功率為：
所述步驟Β中折算方法為： 將直流電源電壓Us轉(zhuǎn)換成實(shí)際的三相整流橋，直流側(cè)充電電阻R等效到交流側(cè)三個(gè)電 阻； 根據(jù)功率守恒原理，得到交直流側(cè)電流的關(guān)系：
式中，Ua、ia分別為交流側(cè)a相的電壓和交流側(cè)的平均電流；I。等于直流側(cè)充電平均電 流 iav; 根據(jù)上式得到交流側(cè)電流平均值為ia:
交流側(cè)充電電阻平均功率：
該式中的交流側(cè)充電電阻平均功率為步驟A中的直流側(cè)充電電阻平均功率的2/3 ; 根據(jù)上式得交流側(cè)充電電阻Ra; 交流側(cè)沖擊電流為：
當(dāng)交流側(cè)沖擊電流余量較大時(shí)，重新選擇實(shí)際充電電阻阻值Rs ;根據(jù)該阻值計(jì)算交流 側(cè)沖擊功率；
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器充電電阻選型方法，其 特征在于，還包括步驟D，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)掛機(jī)驗(yàn)證步驟C中獲得的充電電阻的可靠性。
【文檔編號(hào)】H02M1/36GK104158396SQ201410427548
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】賈紅福, 岳健, 寧巧珍, 董濤 申請(qǐng)人:北京天源科創(chuàng)風(fēng)電技術(shù)有限責(zé)任公司