一种具有高压穿越功能的驱动器的制作方法

本发明涉及变桨驱动器，尤其涉及一种具有高压穿越功能的驱动器。

背景技术：

1、对于风力发电场而言，由于风力的不稳定性，风电机组经常面临电压突变的考验，导致风电场风机整体解列，电网电压波动，从而影响电网的稳定运行，严重时甚至会导致风电机组停止运行。因此，当电网发生电网故障或扰动引起电压升高时，风电场是否能够保证风机不脱网持续运行，关系到整个电网的安全稳定运行。根据风电场的实际运行情况，对风电机组的高电压穿越能力做了详细要求，要求并网发电的风电机组必须具备高电压穿越能力。

2、变桨驱动器常见的原理图如图7所示，电网输入交流市电(通常在400v)至驱动器内整流单元，整流单元将交流电转换为直流电(通常为550v-570v)输出至直流母线，直流母线为驱动器内部的诸伺服控制单元提供工作电压，诸伺服控制单元再控制与驱动器相连的伺服电机单元、传感器单元等变桨的组成结构。

3、作为机组的核心之一，变桨系统同样需要具有高压穿越功能；变桨系统的核心是驱动器。当电网发生电网故障或扰动引起电压升高时，传统的变桨驱动器通常是依靠自身的元器件的性能来渡过工频暂态过电压；工频暂态过电压过高时，会损坏驱动器内部的元器件，导致变桨系统功能受损，从而导致机组无法运行，影响风电场的发电效率。变桨系统应该具备的高电压穿越能力如图8所示，即1.3倍额定电压时能够保证不脱网连续运行0.5s；1.25倍额定电压时能够保证不脱网连续运行1s；1.2倍额定电压时能够保证不脱网连续运行10s；1.15倍额定电压时能够保证长时间不脱网连续运行。

技术实现思路

1、本发明提供了一种具有高压穿越功能的驱动器，使变桨驱动器面对较高的工频暂态过电压时，依然能对驱动器内部元器件进行保护，使其不因高市电电压而损毁。

2、为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是，一种具有高压穿越功能的驱动器，包括整流单元、buck降压回路、直流母线、后备电源单元和伺服控制单元，整流单元将交流电转换为直流电输出至直流母线，直流母线为伺服控制单元提供工作电压，整流单元输入交流市电时，直流母线为后备电源单元充电，断开交流市电，后备电源单元为伺服控制单元提供工作电压，变桨系统的电压监控模块检测到交流市电超过正常值时，buck降压回路切入整流单元和直流母线之间，buck降压回路将用于直流电压的降压。

3、作为本发明的优化方案，buck降压回路包括继电器ka1、电感l1、电容c1、电阻r1和二极管d1，继电器ka1包含常开触点与常闭触点，常闭触点一端连接整流单元的正极，常闭触点另一端连接直流母线的正极；常开触点一端连接整流单元的正极，常开触点另一端分别连接二极管d1和电感l1，常态时，整流单元通过继电器ka1常闭触点直接与直流母线连接，高压穿越时，继电器ka1工作，常开触点吸合，常闭触点断开，整流单元通过常开触点先连接buck降压回路再与直流母线连接，电感l1连接在二极管d1的负极与直流母线的正极之间，电阻r1和电容c1并联连接在直流母线的正负极之间。

4、作为本发明的优化方案，后备电源单元为超级电容。

5、作为本发明的优化方案，整流单元为三相桥式整流电路，三相桥式整流电路包括晶闸管v1、晶闸管v2、晶闸管v3、晶闸管v4、晶闸管v5和晶闸管v6，晶闸管v1、晶闸管v3和晶闸管v5组成共阴极组，晶闸管v2、晶闸管v4和晶闸管v6组成共阳极组，晶闸管v1和晶闸管v4接uln1相，晶闸管v3和晶闸管v6接uln2相，晶管v5和晶闸管v2接uln3相。整流单元将输入的交流电转换为直流电uo输出

6、作为本发明的优化方案，伺服控制单元包括逆变器、24v电源模块、编码器与刹车模块、逻辑控制i/o模块和通讯模块，逆变器用于将直流母线的直流转换为交流给伺服电机供电，24v电源模块用于将直流转换为24v直流为编码器与刹车模块、逻辑控制i/o模块和通讯模块供电。

7、本发明具有积极的效果：1)本发明的驱动器相对于传统驱动器来说，尺寸、安装方式、接口完全一致，在变桨系统内替换传统驱动器时，无需更改其它设计，具备较强的兼容性；

8、2)本发明拥有更好的高压穿越能力，可以更适应风电场电网的复杂性，面对工频暂态过电压有更强的自身防护能力，可降低驱动器的损坏率，减少因驱动器内部元器件烧毁导致的驱动器更换，进而节约成本，同时减少故障发生，提升风电机组的发电效率，提高风场收益。

技术特征：

1.一种具有高压穿越功能的驱动器，其特征在于：包括整流单元(1)、buck降压回路(2)、直流母线(3)、后备电源单元(4)和伺服控制单元(5)，整流单元(1)将交流电转换为直流电输出至直流母线(3)，直流母线(3)为伺服控制单元(5)提供工作电压，整流单元(1)输入交流市电时，直流母线(3)为后备电源单元(4)充电；断开交流市电，后备电源单元(4)为伺服控制单元(5)提供工作电压，变桨系统的电压监控模块检测到交流市电超过正常值时，buck降压回路(2)切入整流单元(1)和直流母线(3)之间，所述的buck降压回路(2)用于直流电压的降压。

2.根据权利要求1所述的一种具有高压穿越功能的驱动器，其特征在于：buck降压回路(2)包括继电器ka1、电感l1、电容c1、电阻r1和二极管d1，继电器ka1包含常开触点与常闭触点，常闭触点一端连接整流单元(1)的正极，常闭触点另一端连接直流母线(3)的正极；常开触点一端连接整流单元(1)的正极，常开触点另一端分别连接二极管d1和电感l1，电感l1连接在二极管d1的负极与直流母线(3)的正极之间，电阻r1和电容c1并联连接在直流母线(3)的正负极之间。

3.根据权利要求1所述的一种具有高压穿越功能的驱动器，其特征在于：后备电源单元(4)为超级电容。

4.根据权利要求1所述的一种具有高压穿越功能的驱动器，其特征在于：所述的整流单元(1)为三相桥式整流电路，三相桥式整流电路包括晶闸管v1、晶闸管v2、晶闸管v3、晶闸管v4、晶闸管v5和晶闸管v6，晶闸管v1、晶闸管v3和晶闸管v5组成共阴极组，晶闸管v2、晶闸管v4和晶闸管v6组成共阳极组，晶闸管v1和晶闸管v4接uln1相，晶闸管v3和晶闸管v6接uln2相，晶管v5和晶闸管v2接uln3相。

5.根据权利要求1所述的一种具有高压穿越功能的驱动器，其特征在于：伺服控制单元(5)包括逆变器(51)、24v电源模块(52)、编码器与刹车模块(53)、逻辑控制i/o模块(54)和通讯模块(55)，所述的逆变器(51)用于将直流母线(3)的直流转换为交流给伺服电机供电，所述的24v电源模块(52)用于将直流转换为24v直流为编码器与刹车模块(53)、逻辑控制i/o模块(54)和通讯模块(55)供电。

技术总结
本发明涉及变桨驱动器技术领域，尤其涉及一种具有高压穿越功能的驱动器，包括整流单元、BUCK降压回路、直流母线、后备电源单元和伺服控制单元，整流单元将交流电转换为直流电输出至直流母线，直流母线为伺服控制单元提供工作电压，整流单元输入交流市电时，直流母线为后备电源单元充电，断开交流市电断开时，后备电源单元为伺服控制单元提供工作电压，变桨系统的电压监控模块检测到交流市电超过正常值时，BUCK降压回路切入整流单元和直流母线之间，BUCK降压回路将用于直流电压的降压。本发明使变桨驱动器面对较高的工频暂态过电压时，依然能对驱动器内部元器件进行保护，使其不因高市电电压而损毁。

技术研发人员：王靖滋
受保护的技术使用者：江苏纳泉弘远新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13