一种直驱型风力发电机组变流器充电电阻选型方法
【专利摘要】本发明公开了一种直驱型风力发电机组变流器充电电阻选型方法，包括：A、根据直流母线电容充电回路等效电路计算直流侧的充电电阻R的电阻值、充电平均电流、充电电阻平均功率、最大冲击电流及瞬时冲击功率；B、将直流侧充电回路计算得到的参数折算到交流侧，交流侧参数包括：交流侧的电流平均值、充电电阻平均功率、充电电阻阻值和冲击电流；在交流侧充电电阻阻值的附近选择实际充电电阻阻值，并根据此阻值核算交流侧冲击功率；C、采用Matlab对步骤B中的充电回路进行仿真验证，最后选择充电电阻的选择参数。本发明通过详细的理论计算与推导得出直驱风力发电机组变流器网侧充电电阻的设计参数，为大功率变流器充电电阻的选型与设计提供了理论依据。
【专利说明】-种直驱型风力发电机组变流器充电电阻选型方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电变流【技术领域】，具体地，涉及一种直驱型风力发电机组变流器充 电电阻选型方法。
【背景技术】
[0002] 近年来风电行业的迅猛发展导致风电变流器技术不断升级，根据不同风力发电机 组的并网技术将风力发电机组分为直驱型风力发电机组与双馈型风力发电机组。直驱风力 发电机组变流器将电能实现了 AC/DC、DC/AC的控制，与双馈风力发电机组变流器的需求不 同，同等MW机组直驱风力发电机组对于变流器的要求更高，容量更大，从而导致直驱风力 发电机组变流器母线支撑电容容量越大，支撑电容容量的增加导致变流器在起机时需要从 网侧摄取更大的能量。
[0003] 变流器充电电阻的作用是抑制变流器启动时的冲击电流，当变流器刚启动时，由 于直流侧的电解电容容量非常大，在刚充电的瞬间相当于短路。为了防止充电电流对系统 造成危害，在变流器启动起始阶段接入充电电阻限制充电电流的幅值，当充电完成后，利用 接触器的主触点将充电电阻短接，使系统正常运行。若在整流桥与电解电容之间不加充电 电阻，则相当于电网电源直接对地短路，瞬间整流桥通过大的电流导致整流桥寿命下降或 者失效，支撑电解电容因大电流冲击导致电容膨胀或降低使用寿命，网侧接触器过流保护 跳开。
[0004] 根据变流器的容量不同，选择不同的预充电方式，小功率的变流器采用的NTC热 敏电阻进行充电限流，当变流器启动时，电网380V/AC提供母线电压能量，因 NTC随着温度 的升高，内阻减少，消耗的功率下降，当母线电压达到预充电阀值时通过辅助接触器屏蔽此 NTC，完成充电过程。
[0005] NTC充电电阻一般安装在变流器的整流桥后级与母线电解电容相连接，当网侧接 触器闭合时，交流三相电源通过整流桥与NTC提供母线能量，根据NTC耐压特性，无法满足 现有变流器高耐压使用条件。
[0006] 因 NTC充电电阻随温度升高阻值下降，根据风力发电机组需要24小时长时间工作 的特性，当出现机组可自恢复故障时，机组面临着往复开机的工作方式，NTC阻值下降到一 定情况下将失去限流作用，增加机组二次故障率。
[0007] NTC充电电阻的制作工艺导致此电阻的功率无法满足风力发电机组大功率变流器 的应用条件。
[0008] 由此可见，上述NTC充电电阻并不能满足现有直驱型风力发电机组变流器的要 求。如何能创设一种参数设计合理的新类型的直驱风力发电机组变流器的充电电阻，成为 当前业界极需改进的目标。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种直驱型风力发电机组变流器充电电阻选型方法，使其 能通过详细的理论计算与推导得出直驱型风力发电机组变流器网侧充电电阻的设计参数， 为大功率变流器充电电阻的选型与设计提供理论依据。
[0010] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0011] 一种直驱型风力发电机组变流器充电电阻选型方法，包括：
[0012] A、将变流器系统主拓扑进行分解化简，形成直流母线电容充电回路等效电路，所 述等效电路的直流电源电压Us等效整流桥输出电压，Us上直接串联直流侧充电电阻R和直 流母线电解电容C ;根据所述等效电路计算直流侧充电电阻R的电阻值及直流侧充电平均 电流，进而计算直流侧充电电阻平均功率、直流侧最大冲击电流及直流侧瞬时冲击功率；
[0013] B、根据实际充电回路采用网侧IGBT的反并联二极管作为充电整流桥，充电电阻 配置在交流侧的情况，将步骤A中直流侧充电回路计算得到的参数折算到交流侧，交流侧 的基本参数包括：交流侧电流平均值、交流侧充电电阻平均功率、交流侧充电电阻阻值、交 流侧冲击电流；在交流侧充电电阻阻值的附近选择实际充电电阻阻值，并根据该实际充电 电阻阻值核算交流侧冲击功率；
[0014] C、采用Matlab对步骤B中的充电回路进行仿真，验证步骤B中的实际充电电阻相 关参数是否正确，确认正确后，根据上述参数及实际运行工况选择合适的变流器充电电阻 的选择参数，选择参数包括充电电阻的阻值、充电电阻平均功率、充电电阻冲击功率、充电 电阻额定电压。
[0015] 进一步地，所述步骤A中的具体推导计算方法为：
[0016] 首先，根据等效电路，求解一阶电路得到方程：
[0017]
【权利要求】
1. 一种直驱型风力发电机组变流器充电电阻选型方法，其特征在于，包括： A、 将变流器系统主拓扑进行分解化简，形成直流母线电容充电回路等效电路，所述等 效电路的直流电源电压Us等效整流桥输出电压，Us上直接串联直流侧充电电阻R和直流 母线电解电容C ; 根据所述等效电路计算直流侧充电电阻R的电阻值及直流侧充电平均电流，进而计算 直流侧充电电阻平均功率、直流侧最大冲击电流及直流侧瞬时冲击功率； B、 根据实际充电回路采用网侧IGBT的反并联二极管作为充电整流桥，充电电阻配置 在交流侧的情况，将步骤A中直流侧充电回路计算得到的参数折算到交流侧，交流侧的基 本参数包括：交流侧电流平均值、交流侧充电电阻平均功率、交流侧充电电阻阻值、交流侧 冲击电流； 在交流侧充电电阻阻值的附近选择实际充电电阻阻值，并根据该实际充电电阻阻值核 算交流侧冲击功率； C、 采用Matlab对步骤B中的充电回路进行仿真，验证步骤B中的实际充电电阻相关参 数是否正确，确认正确后，根据上述参数及实际运行工况选择合适的变流器充电电阻的选 择参数，选择参数包括充电电阻的阻值、充电电阻平均功率、充电电阻冲击功率、充电电阻 额定电压。
2. 根据权利要求1所述的直驱型风力发电机组变流器充电电阻选型方法，其特征在 于，所述步骤A中的具体推导计算方法为： 首先，根据等效电路，求解一阶电路得到方程：
该式中，Us等效整流桥输出电压，整流桥为三相整流桥，uc为直流母线电解电容对应的 电压，即预充电电压，e为自然常数，t为充电时间，τ为一阶电路时间常数； 一阶电路时间常数τ = RC 该式中，R为直流侧充电电阻，C为直流母线电解电容； 根据上述公式计算得到直流侧充电电阻R的阻值； 其次，根据计算得到的直流侧充电电阻R的阻值及下述公式分别计算： 直流侧充电平均电流为：
直流侧充电电阻平均功率为：
直流侧最大冲击电流为：
直流侧瞬时冲击功率为：
所述步骤Β中折算方法为： 将直流电源电压Us转换成实际的三相整流桥，直流侧充电电阻R等效到交流侧三个电 阻； 根据功率守恒原理，得到交直流侧电流的关系：
式中，Ua、ia分别为交流侧a相的电压和交流侧的平均电流；I。等于直流侧充电平均电 流 iav; 根据上式得到交流侧电流平均值为ia:
交流侧充电电阻平均功率：
该式中的交流侧充电电阻平均功率为步骤A中的直流侧充电电阻平均功率的2/3 ; 根据上式得交流侧充电电阻Ra; 交流侧冲击电流为：
当交流侧冲击电流余量较大时，重新选择实际充电电阻阻值Rs ;根据该阻值计算交流 侧冲击功率；
3.根据权利要求1-2任一项所述的直驱型风力发电机组变流器充电电阻选型方法，其 特征在于，还包括步骤D，通过现场挂机验证步骤C中获得的充电电阻的可靠性。
【文档编号】H02M1/36GK104158396SQ201410427548
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】贾红福, 岳健, 宁巧珍, 董涛 申请人:北京天源科创风电技术有限责任公司