专利名称：一种兆瓦级风电变流器抗电磁干扰系统的制作方法
技术领域：
本发明属于风カ发电变流器相关领域，具体涉及ー种兆瓦级风电变流器抗电磁干扰系统。
背景技术：
近年来，风カ发电在国家政策的扶持下高速发展，但随着风电装机容量的不断增カロ，风电在电カ系统中的地位发生了转变。风电装机容量较小时，它的运行对系统稳定性的影响可以不予考虑；当风电装机容量越来越大，在系统中所占比例逐年增加时，它的运行对系统稳定性的影响将变得不容忽视。
现有的双馈风カ变流器，采用了大功率的电カ电子器件，在快速的开通关断时产生大量的du/dt (过脉冲电压)，尤其转子侧的du/dt会给发电机转子造成损坏，同时变流器内部大量的高速芯片和各种端ロ信号，极容易受到外界的干扰，一旦重要信号受到干扰，可能会使机组的运行造成重大影响，严重的甚至会损坏机组。目前国内常用的双馈风电变流器一般由网侧变换器和机侧变换器组成，其中网侧变流器和机侧变流器都分别由各自的三个功率単元(每个功率単元包含两个IBGT管以及驱动控制板和散热器)构成，机侧变换器用于实现对电机转子励磁电流的控制，如图11所
/Jn o例如，调试中发现变流器主断路器在实际未合闸的状态下，控制系统却收到了合闸讯号，经过示波器捕捉，确认为干扰造成，如图2，图3所示，其中图3为图2的放大，由图中可以看出，在图3放大后，信号的干扰时间为350 ii S，而软件采样周期为200 ii S，信号干扰时间长于采样周期，故此干扰信号将导致软件误判。在调试中，加入了 IOms的软件滤波做为临时解决方案，但此滤波将导致正常信号出现时判断上的延时，对整个系统的运行可能会造成无法估计的后果，故只有減少系统发出的电磁干扰EMI，増加系统抗干扰电磁兼容性EMC,才能在保证广品性能的如提下提闻稳定性，提闻广品质量。现有针对风电变流器的抗电磁干扰问题提出了相应的改进，如申请号为CN201110391480. 5,申请日为2011-12-1，名称为“ー种故障穿越变流器”的发明，其技术方案为ー种故障穿越变流器，包括控制柜、并网柜、网侧功率柜、机侧功率柜以及CHOPPER模块；柜体与柜体之间通过可拆分装置进行紧固；柜体与柜体之间通过并件柜连接；所述的控制柜内部为刀熔开关、电机启动器、变压器、风机串联；风机与加热除湿串接；加热除湿与一条由微型断路器、接触器、UPS、模块电源和散热风扇串接的电路并联，控制柜主要实现变流器的算法和逻辑控制、信号转接的功能；并网柜由软启回路、主回路晶闸管模块、后备保护电路串接；网侧功率柜由电感、交流互感器以及整流模块串接；机侧功率模块是由逆变模块、交流互感器、以及RLC滤波电路串接。上述专利结构和參数设置并不能有效的抑制过电压的产生。这是因为这些參数的设计与控制算法及參数的组合有夫，由于涉及到电抗器、电阻和电容三种參数的组合可能太多，且电抗器的体积以及电容器的价格等因素的限制，本领域技术人员很难设计出合理可行的滤波器參数。
发明内容
为了克服上述风电变流器存在强电磁干扰信号的问题，现在特别提出ー种兆瓦级风电变流器抗电磁干扰系统。为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下
一种兆瓦级风电变流器抗电磁干扰系统，包括发电机转子、变流器、主控制器和变压器，所述变流器分别与主控制器、发电机转子和变压器连接，其特征在干变流器和主控器之间通过握手通信控制变流器的启停，变流器经过du/dt过电压抑制器和电缆与发电机的转子连接，发电机转子与变压器相连，发电机转子旋转产生的电流通过发电机定子馈送到变压器；
所述变流器输出端设置的du/dt过电压抑制滤波装置为RLCニ阶低通滤波网络，RLCニ阶低通滤波网络以近端连接的方式接在变流器机侧调制部分功率単元模块输出铜排上，通过电缆线和机舱内的发电机转子相连；
RLCニ阶低通滤波网络为型网络，电抗器L和变流器机侧的调制部分连接，出线端直接接到发电机的转子侧，RC相串联挂在电抗器L的输入端上；所述RLC ニ阶低通滤波网络的參数为电抗器 L=O. 07mH, R=1200ff/30 Q，C=O. 01 u F/1400V ；
所述变流器与主控制器相连的一端的端口上设置有浪涌信号抑制板，所述浪涌信号抑制板包括气体放电管、压敏电阻和TVS管；
气体放电管和压敏电阻以及TVS管组成型网络，其中，气体放电管的两端接到变流器信号端ロ，TVS管的两端接到主控的信号端ロ，中间串联压敏电阻；
所述变流器采用单点接地和多点接地的混合接地。所述气体放电管的钳位电压为90V、峰值通流量为20000A (8/20ii S)，运行温度为-40°C至 90°C。所述压敏电阻的钳位电压为56V、峰值通流量为2000A (8/20ii S)，运行温度为-65°C至 125°C。所述TVS管的钳位电压为43V，峰值通流量为21. 7A，运行温度为-50°C至85°C。所述混合接地具体为配电变压器的零线连接到零线端子上，再由该端子分配到各用电终端(如开关电源零线，UPS电源零线，板卡零线等等)，各終端之间为串联和并联接法混合接到零线端子，再全部从零线端子通过ー根电缆接到接地铜牌，此处为单点接地；而各用电终端的保护接地直接引到接地铜牌上，即多点接地。所述变流器的信号屏蔽线采用多芯屏蔽线。所述屏蔽线采用360度接地，连接到弱电的铜排上，所述屏蔽线外卡接有接地环。本发明的优点在于
I、本设计从系统仿真的思路出发，根据滤波器工作的原理，找到这几种參数对过压能力抑制最本质的影响，从而寻找出最优的參数组合，结合了多种手段改善了电磁干扰对变流器的影响。2、由于设置有du/dt过电压抑制滤波装置，并采用本发明RLC滤波网络的參数设置，通过延长PWM电压脉冲的上升时间来降低电机端过电压及高频振荡，从而达到保护电机转子绕组的目的。并且在保证安装体积和成本的前提下，有效的抑制了过电压的产生。
3、端ロ设置有浪涌抑制板，在浪涌冲击过程中，避免了板件掉电重启现象和器件毁损、烧焦现象的发生，板件能够正常运行，浪涌冲击后板件电路正常，能够正常控制继电器输出，不影响再次使用。4、采用本发明的參数配置，所述浪涌信号抑制板的结构使信号端ロ的防护等级可以达到1400V的脉冲信号冲击。5、混合接地的方式中弱电回路系统独立，与强电隔离，在变频器系统内部强电与弱电之间不会形成地回路干扰，有助于泄放静电，把弱电地悬浮起来，给弱电的控制平台提供一个相对可靠的基础。6、屏蔽线使用多芯屏蔽线，节省缆线成本，减小装配时的工作量，降低信号干扰。
图I为本发明整体结构示意图。 图2为现有干扰的示波器捕捉图。图3为图2的放大图。图4为近端连接du/dt过电压抑制滤波装置示意图。图5为没有du/dt过电压抑制滤波装置的变流器输出端脉冲波形。图6为du/dt过电压抑制滤波装置的变流器输出端脉冲波形。图7为I. 5MW双馈风电变流器増加dudt设备前后对比实测波形。图8为防浪涌板的设计原理。图9为DO通道IKV的耦合浪涌冲击试验結果。图10为变流器混合式接地方式。图11为目前国内常用的双馈风电变流器结构示意图。
具体实施例方式一种兆瓦级风电变流器抗电磁干扰系统，包括发电机转子、变流器、主控制器和变压器，所述变流器分别与主控制器、发电机转子和变压器连接，变流器和主控器之间通过握手通信控制变流器的启停，变流器经过du/dt过电压抑制器和电缆与发电机的转子连接，发电机转子与变压器相连，发电机转子旋转产生的电流通过发电机定子馈送到变压器；所述变流器输出端设置的du/dt过电压抑制滤波装置为RLC ニ阶低通滤波网络，RLCニ阶低通滤波网络以近端连接的方式接在变流器机侧调制部分功率単元模块输出铜排上，通过电缆线和机舱内的发电机转子相连；RLC ニ阶低通滤波网络为型网络，电抗器L和机侧的调制部分相连接，出线端直接接到发电机的转子侧，RC相串联挂在电抗器L的输入端上；所述RLC ニ阶低通滤波网络的參数为电抗器L=O. 07mH,R=1200ff/30 Q , C=O. 01 u F/1400V ;所述变流器与主控制器相连的一端的端口上设置有浪涌信号抑制板，所述浪涌信号抑制板包括气体放电管、压敏电阻和TVS管；气体放电管和压敏电阻以及TVS管组成型网络，其中，气体放电管的两端接到变流器信号端ロ，TVS管的两端接到主控的信号端ロ，中间串联压敏电阻；所述变流器采用单点接地和多点接地的混合接地。过电压抑制的机理比较复杂，目前的分析方法都不能从本质上找到RLC參数对过电压抑制的效果的影响。其理论计算得到过电压的最大值为
权利要求
1.一种兆瓦级风电变流器抗电磁干扰系统，包括发电机转子、变流器、主控制器和变压器，所述变流器分别与主控制器、发电机转子和变压器连接，其特征在于变流器和主控器之间通过握手通信控制变流器的启停，变流器经过du/dt过电压抑制器和电缆与发电机的转子连接，发电机转子与变压器相连，发电机转子旋转产生的电流通过发电机定子馈送到变压器； 所述变流器输出端设置的du/dt过电压抑制滤波装置为RLC二阶低通滤波网络，RLC二阶低通滤波网络以近端连接的方式接在变流器机侧调制部分功率单元模块输出铜排上，通过电缆线和机舱内的发电机转子相连； RLC二阶低通滤波网络为型网络，电抗器L和机侧的调制部分连接，出线端直接接到发电机的转子侧，RC相串联挂在电抗器L的输入端上；所述RLC 二阶低通滤波网络的参数为电抗器 L=O. 07mH, R=1200ff/30 Q，C=O. 01 u F/1400V ； 所述变流器与主控制器相连的一端的端口上设置有浪涌信号抑制板，所述浪涌信号抑制板包括气体放电管、压敏电阻和TVS管； 气体放电管和压敏电阻以及TVS管组成型网络，其中，气体放电管的两端接到变流器信号端口，TVS管的两端接到主控的信号端口，中间串联压敏电阻； 所述变流器采用单点接地和多点接地的混合接地。
2.根据权利要求I所述的一种兆瓦级风电变流器抗电磁干扰系统，其特征在于所述气体放电管的钳位电压为90V、峰值通流量为20000A (8/20 US),运行温度为_40°C至90。。。
3.根据权利要求I所述的一种兆瓦级风电变流器抗电磁干扰系统，其特征在于所述压敏电阻的钳位电压为56V、峰值通流量为2000A (8/20 u S),运行温度为_65°C至125°C。
4.根据权利要求I所述的一种兆瓦级风电变流器抗电磁干扰系统，其特征在于所述TVS管的钳位电压为43V，峰值通流量为21. 7A，运行温度为-50°C至85°C。
5.根据权利要求2、3或4所述的一种兆瓦级风电变流器抗电磁干扰系统，其特征在于所述混合接地具体为配电变压器的零线连接到零线端子上，再由该端子分配到各用电终端，各终端之间为串联和并联接法混合接到零线端子，再全部从零线端子通过一根电缆接到接地铜牌，此处为单点接地；而各用电终端的保护接地直接引到接地铜牌上，即多点接地。
6.根据权利要求5所述的一种兆瓦级风电变流器抗电磁干扰系统，其特征在于所述变流器的信号屏蔽线采用多芯屏蔽线。
7.根据权利要求6所述的一种兆瓦级风电变流器抗电磁干扰系统，其特征在于所述屏蔽线采用360度接地，连接到弱电的铜排上，所述屏蔽线外卡接有接地环。
全文摘要
本发明属于风力发电变流器相关领域，具体涉及一种兆瓦级风电变流器抗电磁干扰系统，包括发电机转子、变流器、主控制器和变压器，所述变流器分别与主控制器、发电机转子和变压器连接，其特征在于变流器和主控器之间通过握手通信控制变流器的启停，变流器经过du/dt过电压抑制器和电缆与发电机的转子连接，发电机转子与变压器相连，发电机转子旋转产生的电流通过发电机定子馈送到变压器；本发明的优点在于本设计从系统仿真的思路出发，根据滤波器工作的原理，找到这几种参数对过压能力抑制最本质的影响，从而寻找出最优的参数组合，结合了多种手段改善了电磁干扰对变流器的影响。
文档编号H02M1/44GK102957311SQ20121045613
公开日2013年3月6日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者赵霁, 闵泽生, 陈建国, 蒋驰雷, 杜睿, 石方舟, 李秀君 申请人:四川东方电气自动控制工程有限公司