集成式变桨驱动系统及其高低电压穿越方法技术方案

本发明专利技术提供一种集成式变桨驱动系统及高低电压穿越方法。控制单元被配置为基于三相整流桥整流侧电压及母线电压，生成高电压穿越策略或低电压穿越策略；当直流母线电压在直流母线低压告警阈值和直流母线最大电压阈值之间时，控制变桨系统正常工作；当三相不可控整流桥输出电压反应的主电源电压超过电网电压保护阈值时，关闭驱动系统的整流单元或者切断直流母线的输出，执行高电压穿越保护，在母线电压大于制动电阻投放阈值时接入制动电阻，小于制动电阻切除阈值时，切除制动电阻；当母线电压小于直流母线最低电压阈值，执行低压穿越保护。该系统和方法在基于合理硬件成本基础上，极大提高变桨驱动器的高低电压穿越能力，控制安全可靠。安全可靠。安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
集成式变桨驱动系统及其高低电压穿越方法


[0001]本专利技术涉及风机控制
，具体涉及一种集成式变桨驱动系统及其高低电压穿越方法。

技术介绍

[0002]风机变桨系统通过控制叶片的角度来控制风机桨叶的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机，风机发电机组有时出现暂态高电压与暂态低电压或零电压现象，当出现短时间的高或低电网电压时，风力发电机需要保持连接，称之为故障穿越，其中根据故障电压的高低又可分为为高电压穿越(HVRT)和低电压穿越(LVRT)，对于变桨驱动器来说，这意味着集成式变桨驱动器在指定的时间内不得使安全链跳闸且自身不受损毁。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于至少解决前述技术问题之一，提高风机变桨系统控制的安全性，提供一种集成式变桨驱动系统及其高低电压穿越方法。
[0004]为了实现以上目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种集成式变桨驱动系统，包括：
[0006]主电接口：用于为风机变桨系统接入三相主电源400Vac；
[0007]顺次连接的滤波器、交流监控模块、三相不可控整流桥、母线共模电感；所述直流母线上设置直流支撑电容、直流电压监控模块；直流母线的输出端连接逆变单元，逆变单元输出端连接变桨电机；变桨电机的输出端连接风机桨叶负载；
[0008]进一步包括备用电源，连接至逆变单元的输入端；
[0009]所述交流监控模块用于采集主电源电压；
[0010]所述直流电压监控模块包括第一直流监控模块和第二直流监控模块，所述第一直流监控模块用于采集三相不控整流桥输出端电压，所述第二直流监控模块用于采集直流母线电压；
[0011]所述直流母线上设置有母线开关部件，用于控制直流母线与主电源之间连接的通断；
[0012]所述直流母线与变桨电机之间也设置有变桨电机开关部件，用于控制直流母线与变桨电机之间的通断；
[0013]进一步包括控制单元，所述控制单元被配置为基于主电源电压及母线电压，生成高电压保护策略或低电压保护策略。
[0014]本专利技术一些实施例中：进一步包括制动电阻，连接至直流母线，经开关装置控制其接入直流母线的状态，用于在直流母线高电压状态下接入直流母线泄放电压。
[0015]本专利技术一些实施例中：进一步包括内部供电电源，所述内部供电电源包括第一供电回路与第二供电回路；第一供电回路的正端连接至直流母线正端，负端连接至整流桥负
端；第二供电回路的正端连接至直流母线，负端连接至直流母线负端；第一供电回路负端、二供电回路负端间通过直流母线开关控制。
[0016]一种高低电压穿越方法，基于上述的集成式变桨驱动系统而实现：
[0017]S1：设定直流母线电压阈值，所述阈值按由高到低的顺序包括：直流母线电压硬件过压阈值、直流母线最大电压阈值、制动电阻投放电压阈值、制动电阻切除电压阈值、直流母线低压告警阈值和直流母线最低电压阈值；低于直流母线最低电压阈值区域为直流母线欠压区，变桨驱动器不能正常使能工作。后备电源供电状态下，直流母线低压告警设定为435V。设定电网电压保护阈值，该阈值用于反映主电源正常工作的最高电压值；
[0018]S2：检测直流母线电压及三相不可控整流桥输出电压，所述三相不可控整流桥输出电压用于辅助监控主电源电压；
[0019]S3：当直流母线电压在直流母线低压告警阈值和直流母线最大电压阈值之间时，控制变桨系统正常工作；当电网电压超过电网电压保护阈值时，关闭驱动系统的整流单元或者切断直流母线的输出，执行高电压穿越保护，在母线电压大于制动电阻投放阈值时接入制动电阻，小于制动电阻切除阈值时，切除制动电阻；当母线电压小于直流母线最低电压阈值，执行低压穿越保护。
[0020]本专利技术一些实施例中：低电压穿越方法包括：
[0021]若主电源供电故障，启动后备电源供电，并进行如下步骤：
[0022]后备电压接入后，计时器启动计时；
[0023]实时检测备用电压供电状态下的母线电压；
[0024]设定时间阈值，设定故障停机时间，该时间大于设定的时间阈值；
[0025]启动低电压穿越保护策略，包括：
[0026]若在时间阈值内，或，母线电压恢复至直流母线低压告警阈值之前，短路故障排除，则重新接入主电源；
[0027]若在时间阈值内，或，母线电压恢复至直流母线低压告警阈值之前，收到主电源断开指令，控制风电机组停机；
[0028]若母线电压值低于直流母线低压告警阈值的时间超过时间阈值，在计时器即使达到故障停机时间时，控制风电机组停机；
[0029]若风电机组正常运行中，直流母线电压持续降低至直流母线低压告警阈值以下并持续减小，控制风电机组停机。
[0030]本专利技术一些实施例中：所述高压穿越方法包括：
[0031]设定高压故障时间阈值；
[0032]若在高压故障时间阈值时间内，主电源电压恢复正常，直流母线电压恢复到直流母线工作区电压的范围内，判断高压故障消除，重新接通主电源与直流母线的连接；
[0033]若在高压故障时间阈值时间内，收到主电源断开指令，则保持直流母线与主电源的断开，风电机组停机；
[0034]若在高压故障时间阈值时间内，主电源电压未恢复正常，则停机，打开机械抱闸。
[0035]本专利技术一些实施例中：高压穿越方法进一步包括：
[0036]当母线电压值大于制动电阻投放电压阈值时，将制动电阻接入直流母线；
[0037]设定制动电阻投放阈值时间，启动计时器；
[0038]若制动电阻投放时间超过设定的制动电阻投放阈值时间，断开主电源与直流母线的连接接入后备电源。
[0039]本专利技术一些实施例中：所述高压穿越方法进一步包括：
[0040]当直流母线电压大于直流母线最大电压阈值时，切断主电源与直流母线的连接，接入后备电源，变桨驱动器不会自动重投；
[0041]若直流母线电压上升超过直流母线硬件电压阈值，会立即切断主电源与直流母线的连接，接入后备电源，变桨驱动器不会自动重投。
[0042]较现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0043]本专利技术提出一种基于集成式变桨驱动器的高低电压穿越方法，在基于合理硬件成本基础上，极大提高变桨驱动器的高低电压穿越能力。
[0044]本专利技术提供的高低电压穿越保护方法，需要考虑集成式变桨驱动器直流母线共模电感与母线寄生电感产生的电压尖峰的影响，以及母线支撑电容电压，控制安全可靠。
[0045]本专利技术提供的低电压穿越方法，变桨驱动器在备用电源的支持下，具备一定时间的持续时间的零电压穿越功能，保障风电机组安全可靠运行。
附图说明
[0046]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成式变桨驱动系统，其特征在于，包括：主电接口：用于为风机变桨系统接入三相主电源；顺次连接的滤波器、交流监控模块、三相不可控整流桥、母线共模电感；所述直流母线上设置直流支撑电容、直流电压监控模块；直流母线的输出端连接逆变单元，逆变单元输出端连接变桨电机；变桨电机的输出端连接风机桨叶负载；进一步包括备用电源，连接至逆变单元的输入端；所述直流电压监控模块包括第一直流监控模块和第二直流监控模块，所述第一直流监控模块用于采集三相不控整流桥输出端电压，所述第二直流监控模块用于采集直流母线电压；所述直流母线上设置有母线开关部件，用于控制直流母线与主电源之间连接的通断；所述直流母线与变桨电机之间也设置有变桨电机开关部件，用于控制直流母线与变桨电机之间的通断；进一步包括控制单元，所述控制单元被配置为基于三相不控整流桥输出端电压及母线电压，生成高电压保护策略或低电压保护策略。2.如权利要求1所述的集成式变桨驱动系统，其特征在于：进一步包括制动电阻，连接至直流母线，经开关装置控制其接入直流母线的状态，用于在直流母线高电压状态下接入直流母线泄放电压。3.如权利要求1所述的集成式变桨驱动系统，其特征在于：进一步包括内部供电电源，所述内部供电电源包括第一供电回路与第二供电回路；第一供电回路的正端连接至直流母线正端，负端连接至整流桥负端；第二供电回路的正端连接至直流母线，负端连接至直流母线负端；第一供电回路负端、二供电回路负端间通过直流母线开关控制隔离。4.如权利要求1所述的集成式变桨驱动系统，其特征在于：进一步包括交流监控模块，用于采集主电源电压。5.一种高低电压穿越方法，基于权利要求1至4中任意一项所述的集成式变桨驱动系统而实现：S1：设定直流母线电压阈值，所述阈值按由高到低的顺序包括：直流母线电压硬件过压阈值、直流母线最大电压阈值、制动电阻投放电压阈值、制动电阻切除电压阈值、直流母线低压告警阈值和直流母线最低电压阈值；设定电网电压保护阈值；S2：检测直流母线电压及三相不控整流桥输出端电压，所述三相不可控整流桥输出电压用于辅助监控主电源电压；S3：当直流母线电压在直流母线低压告警阈值和直流母线最大电压阈值之间时，控制变桨系统正常工作；当三相不可控整流桥输出电压反应的主电源电压超过电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨阳，都泽源，丛巍，史春玉，姚凌，管彦诏，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：