风电变流器的预充电装置及风电变流器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种风电变流器的预充电装置，包括：网侧开关、预充电开关以及预充电电容，所述预充电开关和所述预充电电容串联连接后，并联在所述网侧开关的两侧。本实用新型还提供了一种包含上述预充电装置的风电变流器。通过本实用新型的实施例的预充电装置和风电变流器，可以利用并联在网侧开关两侧的预充电开关以及预充电电容所构成的电路对风电变流器的直流母线电容进行预充电，从而保护直流母线电容，延长直流母线电容的使用寿命。此外，由于采用预充电电容作为预充电过程的限流器件，预充电过程减少了电阻元件的参与，使得在预充电过程中基本没有能量消耗，这样，既有利于变流器的热设计，又能节约能源。
【专利说明】风电变流器的预充电装置及风电变流器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种风电变流器的预充电装置和风电变流器，属于风力发电领域。
【背景技术】
[0002]如图1所示，其为现有技术的风力发电系统的变流器(VSR)的电路结构示意图，如图1所示，变流器主要涉及机侧电路和网侧电路，机侧电路包括由IGBT模块构成的机侧整流电路01，机侧整流电路01经过机侧开关连接风力发电机02，网侧电路则包括由IGBT模块构成的网侧逆变电路03，网侧逆变电路03经过网侧滤波电路04和网侧开关07连接电网
05。在直流母线上通常会采用储能电容(直流母线电容)06进行直流储能，储能电容既可以缓冲网侧电路与机侧电路的负载间的能量转换，稳定变流器的直流母线电压，也可以抑制直流母线谐波电压。
[0003]在实现上述技术方案的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题:在风电变流器中，尤其是对于大功率的风电变流器，例如，在兆瓦(MW)级的风电变流器中，直流母线的电压达到1000V，如果变流器开始工作时将这种阶跃电压直接加载在直流母线电容06的两端，将严重损害直流母线电容06的寿命，尤其是对于将电解电容作为直流母线电容的情况更为严重。
实用新型内容
[0004]本实用新型的实施例提供一种风电变流器的预充电装置，使得通过该预充电装置能够对变流器的直流母线电容进行预充电，延长直流母线电容的使用寿命。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供了一种风电变流器的预充电装置，包括:网侧开关、预充电开关以及预充电电容，所述预充电开关和所述预充电电容串联连接后，并联在所述网侧开关的两侧。
[0006]其中，所述预充电装置可以具有第一状态和第二状态，在进行并网操作时，先进入第一状态，然后切换至第二状态；所述第一状态:所述网侧开关断开，所述预充电开关闭合；所述第二状态:所述网侧开关闭合，所述预充电开关断开。
[0007]进一步地，预充电装置还可以包括:网侧滤波电路和滤波开关；所述第一状态:所述网侧开关断开，所述滤波开关断开，所述预充电开关闭合；所述第二状态:所述网侧开关闭合，所述滤波开关闭合，所述预充电开关断开。
[0008]进一步地，预充电装置还可以包括电压检测器，其检测直流母线电容的电压，在检测到所述直流母线电容的电压达到预定的工作电压后，触发所述预充电装置从所述第一状态切换到所述第二状态。
[0009]本实用新型的实施例还提供了一种包含上述预充电装置的风电变流器。
[0010]通过本实用新型的实施例的预充电装置和风电变流器，可以利用并联在网侧开关两侧的预充电开关以及预充电电容所构成的电路对风电变流器的直流母线电容进行预充电，从而保护直流母线电容，延长直流母线电容的使用寿命。此外，由于采用预充电电容作为预充电过程的限流器件，预充电过程减少了电阻元件的参与，使得在预充电过程中基本没有能量消耗，这样，既有利于变流器的热设计，又能节约能源。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为现有技术的风力发电系统的变流器的电路结构示意图；
[0012]图2为本实用新型的风电变流器电网侧的电路结构示意图。
[0013]附图标号说明
[0014]01:机侧整流电路；02:发电机；03:网侧逆变电路；04:网侧滤波电路；05:电网；06:直流母线电容；07:网侧开关；08:滤波开关；09:滤波电抗器；10:预充电开关；11:预充电电容。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
[0016]如图2所示，其为本实用新型的风电变流器电网侧的电路结构示意图，其中，本实施例的风电变流器的预充电装置包括:网侧开关07、预充电开关10以及预充电电容11，预充电开关10和预充电电容11串联连接后，并联在网侧开关07的两侧。具体的并联方式可以采用如图2所示的形式，即在每一条线路的网侧开关的两侧分别并联一个预充电开关和一个预充电电容。
[0017]通过该电路结构，可以利用并联在网侧开关07两侧的预充电开关10以及预充电电容11所构成的电路对风电变流器的直流母线电容06进行预充电，从而保护直流母线电容06，延长直流母线电容06的使用寿命。此外，由于采用预充电电容11作为预充电过程的限流器件，预充电过程减少了电阻元件的参与，使得在预充电过程中基本没有能量消耗，这样，既有利于变流器的热设计，又能节约能源。
[0018]进一步地，预充电装置可以具有第一状态和第二状态，在进行并网操作时，先进入第一状态，然后切换至第二状态；第一状态为网侧开关07断开，预充电开关10关闭合；第二状态为网侧开关07闭合，预充电开关10断开。通过对两个状态的切换控制，可以在网侧开关07闭合前，即变流器开始工作之前，对风电变流器的直流母线电容06进行预充电，从而保护直流母线电容06。
[0019]此外，本实施例的预充电装置还可以包括网侧滤波电路04和滤波开关08，相对应地，第一状态为网侧开关07断开，滤波开关08断开，预充电开关10闭合；第二状态为网侧开关07闭合，滤波开关08闭合，预充电开关10断开。通过对上述两个状态的切换控制，可以在网侧开关07闭合前以及网侧滤波电路04开始工作之前，对风电变流器的直流母线电容06进行预充电，从而保护直流母线电容06。
[0020]优选地，本实施例的预充电装置还可以包括:电压检测器(未图示)，其检测直流母线电容06的电压，在检测到直流母线电容的电压达到预定的工作电压后，触发预充电装置从第一状态切换到第二状态。利用该电压检测器，能够更合理地控制第一状态的持续时间，使得直流母线电容的充电量能够达到合理的数值，延长直流母线电容的使用寿命。
[0021]上述实施例中的预充电开关、滤波开关以及网侧开关等均可采用接触器作为开关器件。以上的两个状态可以通过手动的方式进行灵活切换，也可以通过逻辑控制电路或者DSP、单片机等微控制器进行控制。
[0022]基于上述结构，在实际应用中，可以采用如下的工作流程:
[0023]在网侧开关07和滤波开关08没有接通前，先闭合预充电开关10，使预充电电容11串入到主电路中。电网侧的电压通过预充电开关10、预充电电容11、滤波电抗器09和网侧的网侧逆变电路03的反并联二极管构成整流电路，实现对直流母线电容06进行充电。当检测直流母线电容06的电压接近额定工作电压水平后，控制预充电开关10断开，然后接通网侧开关07和网侧滤波电路04的滤波开关08，使变流器开始正常工作。
[0024]预充电开关10和预充电电容11的选型计算可以借助类似Matlab/Simulink、PSpice等的仿真软件按照图2所示电路结构搭建仿真模型，然后得到预充电过程中的电流波形以及直流电压，根据仿真进行预充电电容值的微调，并确定预充电开关的额定电流。
[0025]利用该预充电装置以及包含该预充电装置的变流器，能够减小直流母线电容充电时的冲击电流，延长母线电容使用寿命；同时预充电装置使用了预充电电容作为预充电过程的限流器件，减少了电阻的参与，几乎没有功耗产生，这既有利于变流器的热设计，又能节省能源。
[0026]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种风电变流器的预充电装置，其特征在于，包括:网侧开关、预充电开关以及预充电电容，所述预充电开关和所述预充电电容串联连接后，并联在所述网侧开关的两侧。
2.根据权利要求1所述的风电变流器的预充电装置，其特征在于，所述预充电装置具有第一状态和第二状态，在进行并网操作时，先进入第一状态，然后切换至第二状态； 所述第一状态:所述网侧开关断开，所述预充电开关闭合； 所述第二状态:所述网侧开关闭合，所述预充电开关断开。
3.根据权利要求2所述的风电变流器的预充电装置，其特征在于，还包括:网侧滤波电路和滤波开关； 所述第一状态:所述网侧开关断开，所述滤波开关断开，所述预充电开关闭合； 所述第二状态:所述网侧开关闭合，所述滤波开关闭合，所述预充电开关断开。
4.根据权利要求2或3所述的风电变流器的预充电装置，其特征在于，还包括电压检测器，其检测直流母线电容的电压，在检测到所述直流母线电容的电压达到预定的工作电压后，触发所述预充电装置从所述第一状态切换到所述第二状态。
5.一种风电变流器，其特征在于，其包括权利要求1至4之一所述的预充电装置。
【文档编号】H02J3/38GK203747661SQ201420134885
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】顾伟峰, 敬双 申请人:北京天诚同创电气有限公司