专利名称：一种风力发电机组变流器过压保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变流器过压保护装置，尤其涉及一种兆瓦级以上风力发电机组变流器过压保护装置。
背景技术：
目前风力发电机组大概可以分为以下几种直驱变频机组和双馈机组。国内最大的5家风力发电机组制造商，其中有3家生产直驱变频风力发电机组。不管是双馈机组还是直驱变频机组，变流器都是一个重要的部件。变流器的主要功能是将风力发电机组产生的电能进行交流一直流一交流的转化，使最终接入国家电网的电能的频率满足国家电网的要求。目前变流器在单台机组中的成本大概能够占到30% -40%。所以如何保证变流器安全、稳定的运行，是风力发电行业的一个重要的课题。变流器在运行过程中，通过将发电机发出的交流电转变为直流电，然后再逆变为交流电来实现并网的。和以前的750KW的机组比较而言，多了直流部分。所以如何对直流电压的保护是保证变流器安全稳定的重点。如果直流电压的保护点设置低，那么风机会在不停的启停。如果直流电压的保护点设置高。那么容易烧毁变流器。在前期接触的案例中， 国内最大的直驱风机制造商曾经在现场出现过数十台由于保护值设置过高，导致变流器烧毁的案例。现有的变流器过压保护装置检测直流母线电压的精度不够高，后续处理电路响应速度不够快，容易导致变流器模块烧毁，所以在对变流器进行保护时，要考虑到变流器的保护电压值要精确、保护方式要科学、响应速度要快、电路具有强电隔离功能等。
发明内容
为了解决上述问题，保证变流器稳定工作，本发明提供一种精度高、隔离等级高、 响应速度快的过压保护方法。本发明装置包括精密电阻分压电路，独立的基准源电路、电压滞回比较电路、高低压隔离电路、故障报警电路、以及DC/DC直流变直流和LDO模块电路组成，通过所述精密电阻分压电路，将高电压分压后变为低电压，该电压与所述基准源电路比较，若高于基准源电压则通过所述电压滞回比较电路输出低电平，若低于基准源电压，所述滞回比较电路输出高电平，通过所述高低压隔离电路和故障报警电路将故障信号传送给主控系统。主控系统可以通过读取所述故障信号，判断变流器母线电压是否过高，从而采取相应的措施，保证风力发电机组的正常运行。上述精密电阻分压电路由3个阻值为200K欧姆、精度为0. 1%、功率为0.51和2 个阻值为20K欧姆、精度为0. 1%、功率为0. 5W以及1个阻值为IOK欧姆、精度为0. 1%、功率为0. 5W的电阻串联组成。这样高压电压将在上面所述IOK欧姆处降低为原先的1/65，前述电阻均为0. 的高精电阻，所分压后电压值误差在0. 1%。
上述基准源电路为10V，在本发明中该芯片的输入电压为15V，输出电压为10V。该 IOV做电压比较的基准门限值，与上述精密电阻分压后的电压作比较。此基准源电路特征在于芯片的输入电压范围宽，为11.4V-36V，芯片的输出电压精度高，为IOV士0. 0025V，芯片的温漂低，为士5PPM/°C。上述电压滞回比较电路由运算放大器和电阻电容组成，该电路具有典型的滞回比较器功能。，抗干扰能力强、可防输出抖动。上述高低压隔离电路由光电耦合器及电阻电容组成，可将母线高压信号部分与低压控制系统有效隔离，隔离电压小于或等于8000V/US，通信速率快，响应时间可达到 150nso故障报警电路由或门构成，由于变流器母线电压由正负两路电压组成，本发明装置将所述正负两路电压分别处理，当有任何一路工作不正常时，或门输出高电平信号给主控系统，两路报警信号组成是“或”的逻辑关系。上述DC/DC电路和LDO由电源模块和芯片构成，它可以将直流电源输入后经过隔离，输出对应电路所需电压值，通过选择电源模块和芯片，可以实现不同的使用者对电路隔离等级，电源输入输出范围，电源功率等参数的要求。该保护装置与现有技术相比有电压隔离等级高(最高可达6)、精度高、响应速度快、电路功耗小。
图1是本发明结构组成的方框图；图2是本发明精密电阻分压电路的方框图；图3是本发明滞回比较电路的方框图；图4是本发明高低压隔离电路的方框图；图5是本发明故障报警电路的方框图。
具体实施例方式参照附图，将详细叙述本发明的具体实施方式
。参照图1，本装置可以分为10部分，变流器母线在正常情况下输出+450V左右和-450V左右电压信号，当正负电压任意一端输出超过650V时即应为故障。在图1中可见本发明为两路信号，其中精密电阻分压电路1和精密电阻分压电路2相同，滞回比较电路1 和滞回比较电路2相同，高低压隔离电路1和高低压隔离电路2相同，即图1中正电压支路与负电压支路的原理相同。现已正电压支路来说明本发明的整体工作原理和过程。高压信号通过精密电阻分压电路1将高压信号降为低压信号——比较电压1，正常工作状态母线 +450V电压经精密电阻分压电路1得到的比较电压1为6. 92V电压，比较电压1随母线正电压线性变化，当母线电压达到+656. 24V时，比较电压1将为10. 096V。比较电压1与IOV基准源通过滞回比较电路进行比较，当比较电压1低于IOV时，滞回比较电路的输出信号—— 比较输出信号1为15V高电平信号，当比较电压1高于IOV时，比较输出信号1为-15V低电平信号。图1中高低压隔离电路可将母线高压电压系统与24V控制器系统完全隔离开， 当比较输出信号1为+15V时，故障信号1为0V，比较输出信号1为-15V时，故障信号1为 +15V。
故障信号1和故障信号2通过故障报警电路输出故障信号，最后故障信号送主控系统。这样，本发明在工作过程中将会有以下四种工作状态1.母线正电压和母线负电压均正常，故障信号为OV低电平；2.母线正电压故障，母线负电压正常，故障信号为15V高电平；3.母线正电压正常，母线负电压故障，故障信号为15V高电平；4.母线正电压和母线负电压均故障，故障信号为15V高电平。参照图2，为精密电阻分压电路1的原理图，在该电路中电阻Rl、R2、R3阻值为 200K欧姆，电阻R4，R5阻值为20K欧姆，电阻R6阻值为IOK欧姆。Cl，C2为滤波电容，Dl 位12V稳压二极管，D2为13.6V瞬态抑制二极管，D1，D2用于保护诉述滞回比较电路1。这样，根据串联电阻原理，比较电压1与母线电压正的关系为比较电压1 =母线电压正X 1/65。这样将把高压信号变为低压信号。参照图3，为滞回比较电路1，根据滞回比较电路原理，得出下面两个算式。Uthl = (10V*510K+15V*10K)/(510K+10K) = 10. 096V ；Uth2 = (10V*510K-15*10K)/(510K+10K) = 9. 519V ；这里IOV为IOV基准源电路提供，510K为R8，IOK为R7，15V为DC/DC提供。Uthl 为滞回比较电路的上限阀值，当比较电压1有OV增加至Uthl时，比较输出信号1将由高电平+15V变为低电平-15V。Uth2为滞回比较电路下限阀值，当比较输出信号1由大于Uthl 减小到Uth2时，较输出信号1将由低电平-15V变为高电平+15V。通过上述精密电阻分压电路1分析得知，Uthl对应的母线电压为Uthl X65 = 656. MV，Uth2对应的母线电压为Uth2X65 = 618. 73V。这样通过所述滞回比较电路，将有效防范电压抖动带来的干扰。参照图4为高低压隔离电路1，当比较输出信号1为高电平时，光藕HCPL2232输入端截止，其输出信号一故障信号1将为低电平信号；当比较输出信号1为低电平时，光藕 HCPL2232输入端导通，其输出信号一故障信号1将为高电平信号。参照图5为故障报警电路，芯片为⑶4071B，该芯片为或门逻辑电路，将故将信号1 和故障信号2进行“或”逻辑处理，最后输出故障信号。这样最终正负母线电压任意一端出现故障本装置将会向主控系统发出报警信号。综上所述，本发明可精确的判定母线电压是否处于正常工作状态，而且可有效防止因变流器母线电压和外界干扰信号带来的电压抖动而引起的误判断。
权利要求
1.一种风力发电机组变流器过压保护装置，包括精密电阻分压电路，独立的基准源电路、电压滞回比较电路、高低压隔离电路、故障报警电路、以及直流转直流电源即DC/DC和低压差线性稳压器即LDO模块电路组成，其特征在与，通过所述精密电阻分压电路，将高电压分压后变为低电压，所述低电压与所述基准源电路比较，若高于基准源电压，则通过所述电压滞回比较电路输出低电平，若低于基准源电压，所述滞回比较电路输出高电平，通过所述高低压隔离电路和所述故障报警电路将故障信号传送至风力发电机组主控系统，主控系统通过读取所述故障信号，判断变流器母线电压是否过高。
2.根据权利要求1所述变流器过压保护装置，其特征在于，所述精密电阻分压电路由3 个阻值为200K欧姆、精度为0. 1 %、功率为0. 5W和2个阻值为20K欧姆、精度为0. 1 %、功率为0. 5W以及1个阻值为IOK欧姆、精度为0. 1 %、功率为0. 5W的电阻串联组成，高压电压在所述IOK欧姆处降低为所述高压电压值的1/65，所述电阻均为0. 1 %的高精电阻，分压后电压值误差在0. 1%。
3.根据权利要求1所述变流器过压保护装置，其特征在于，所述基准源电路的电压比较基准门限值为10V，与所述精密电阻分压后的电压作比较，所述基准源电路芯片的输入电压为11.4V-36V，所述芯片的输出电压为IOV士0. 0025V，所述芯片的温漂为士5PPM/°C。
4.根据权利要求1所述变流器过压保护装置，其特征在于，所述抗干扰能力强和防输出抖动的电压滞回比较电路由运算放大器和电阻电容组成。
5.根据权利要求1所述变流器过压保护装置，其特征在于，所述高低压隔离电路由光电耦合器及电阻电容组成，所述隔离电路将母线高压信号部分与低压控制系统有效隔离， 所述隔离电压小于或等于8000V/US，通信响应时间可达到150ns。
6.根据权利要求1所述变流器过压保护装置，其特征在于，所述故障报警电路由或门构成，将所述变流器母线电压正负两路电压分别处理，若有任何一路电压不正常时，所述或门输出高电平信号给主控系统，所述正负两路电压的报警信号组成是“或”的逻辑关系。
7.根据权利要求1所述变流器过压保护装置，其特征在于，所述DC/DC电路和LDO由电源模块和芯片构成，所述可以将直流电源输入后经过隔离，输出对应电路所需电压值，通过选择电源模块和芯片，可以实现不同的使用者对电路隔离等级，电源输入输出范围，电源功率等参数的要求。
全文摘要
本发明公开了一种风力发电机组变流器过压保护装置，包括精密电阻分压电路，独立的基准源电路、电压滞回比较电路、高低压隔离电路、故障报警电路、以及直流转直流电源即DC/DC和低压差线性稳压器即LDO模块电路组成，通过精密电阻分压电路，将高电压分压后变为低电压，低电压与基准源电路比较，若高于基准源电压，则通过电压滞回比较电路输出低电平，若低于基准源电压，滞回比较电路输出高电平，通过高低压隔离电路和故障报警电路将故障信号传送至风力发电机组主控系统，主控系统通过读取故障信号，判断变流器母线电压是否过高。
文档编号H02H7/10GK102457048SQ20101053017
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者朱超林, 王东亚, 马德征 申请人:北京天源科创风电技术有限责任公司