專利名稱：一種風力發(fā)電機組變流器過壓保護裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種變流器過壓保護裝置，尤其涉及一種兆瓦級以上風力發(fā)電機組變流器過壓保護裝置。
背景技術：
目前風力發(fā)電機組大概可以分為以下幾種直驅變頻機組和雙饋機組。國內最大的5家風力發(fā)電機組制造商，其中有3家生產直驅變頻風力發(fā)電機組。不管是雙饋機組還是直驅變頻機組，變流器都是一個重要的部件。變流器的主要功能是將風力發(fā)電機組產生的電能進行交流一直流一交流的轉化，使最終接入國家電網的電能的頻率滿足國家電網的要求。目前變流器在單臺機組中的成本大概能夠占到30% -40%。所以如何保證變流器安全、穩(wěn)定的運行，是風力發(fā)電行業(yè)的一個重要的課題。變流器在運行過程中，通過將發(fā)電機發(fā)出的交流電轉變?yōu)橹绷麟?，然后再逆變?yōu)榻涣麟妬韺崿F(xiàn)并網的。和以前的750KW的機組比較而言，多了直流部分。所以如何對直流電壓的保護是保證變流器安全穩(wěn)定的重點。如果直流電壓的保護點設置低，那么風機會在不停的啟停。如果直流電壓的保護點設置高。那么容易燒毀變流器。在前期接觸的案例中， 國內最大的直驅風機制造商曾經在現(xiàn)場出現(xiàn)過數十臺由于保護值設置過高，導致變流器燒毀的案例。現(xiàn)有的變流器過壓保護裝置檢測直流母線電壓的精度不夠高，后續(xù)處理電路響應速度不夠快，容易導致變流器模塊燒毀，所以在對變流器進行保護時，要考慮到變流器的保護電壓值要精確、保護方式要科學、響應速度要快、電路具有強電隔離功能等。

發(fā)明內容
為了解決上述問題，保證變流器穩(wěn)定工作，本發(fā)明提供一種精度高、隔離等級高、 響應速度快的過壓保護方法。本發(fā)明裝置包括精密電阻分壓電路，獨立的基準源電路、電壓滯回比較電路、高低壓隔離電路、故障報警電路、以及DC/DC直流變直流和LDO模塊電路組成，通過所述精密電阻分壓電路，將高電壓分壓后變?yōu)榈碗妷海撾妷号c所述基準源電路比較，若高于基準源電壓則通過所述電壓滯回比較電路輸出低電平，若低于基準源電壓，所述滯回比較電路輸出高電平，通過所述高低壓隔離電路和故障報警電路將故障信號傳送給主控系統(tǒng)。主控系統(tǒng)可以通過讀取所述故障信號，判斷變流器母線電壓是否過高，從而采取相應的措施，保證風力發(fā)電機組的正常運行。上述精密電阻分壓電路由3個阻值為200K歐姆、精度為0. 1%、功率為0.51和2 個阻值為20K歐姆、精度為0. 1%、功率為0. 5W以及1個阻值為IOK歐姆、精度為0. 1%、功率為0. 5W的電阻串聯(lián)組成。這樣高壓電壓將在上面所述IOK歐姆處降低為原先的1/65，前述電阻均為0. 的高精電阻，所分壓后電壓值誤差在0. 1%。
上述基準源電路為10V，在本發(fā)明中該芯片的輸入電壓為15V，輸出電壓為10V。該 IOV做電壓比較的基準門限值，與上述精密電阻分壓后的電壓作比較。此基準源電路特征在于芯片的輸入電壓范圍寬，為11.4V-36V，芯片的輸出電壓精度高，為IOV士0. 0025V，芯片的溫漂低，為士5PPM/°C。上述電壓滯回比較電路由運算放大器和電阻電容組成，該電路具有典型的滯回比較器功能。，抗干擾能力強、可防輸出抖動。上述高低壓隔離電路由光電耦合器及電阻電容組成，可將母線高壓信號部分與低壓控制系統(tǒng)有效隔離，隔離電壓小于或等于8000V/US，通信速率快，響應時間可達到 150nso故障報警電路由或門構成，由于變流器母線電壓由正負兩路電壓組成，本發(fā)明裝置將所述正負兩路電壓分別處理，當有任何一路工作不正常時，或門輸出高電平信號給主控系統(tǒng)，兩路報警信號組成是“或”的邏輯關系。上述DC/DC電路和LDO由電源模塊和芯片構成，它可以將直流電源輸入后經過隔離，輸出對應電路所需電壓值，通過選擇電源模塊和芯片，可以實現(xiàn)不同的使用者對電路隔離等級，電源輸入輸出范圍，電源功率等參數的要求。該保護裝置與現(xiàn)有技術相比有電壓隔離等級高(最高可達6)、精度高、響應速度快、電路功耗小。


圖1是本發(fā)明結構組成的方框圖；圖2是本發(fā)明精密電阻分壓電路的方框圖；圖3是本發(fā)明滯回比較電路的方框圖；圖4是本發(fā)明高低壓隔離電路的方框圖；圖5是本發(fā)明故障報警電路的方框圖。
具體實施例方式參照附圖，將詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。參照圖1，本裝置可以分為10部分，變流器母線在正常情況下輸出+450V左右和-450V左右電壓信號，當正負電壓任意一端輸出超過650V時即應為故障。在圖1中可見本發(fā)明為兩路信號，其中精密電阻分壓電路1和精密電阻分壓電路2相同，滯回比較電路1 和滯回比較電路2相同，高低壓隔離電路1和高低壓隔離電路2相同，即圖1中正電壓支路與負電壓支路的原理相同。現(xiàn)已正電壓支路來說明本發(fā)明的整體工作原理和過程。高壓信號通過精密電阻分壓電路1將高壓信號降為低壓信號——比較電壓1，正常工作狀態(tài)母線 +450V電壓經精密電阻分壓電路1得到的比較電壓1為6. 92V電壓，比較電壓1隨母線正電壓線性變化，當母線電壓達到+656. 24V時，比較電壓1將為10. 096V。比較電壓1與IOV基準源通過滯回比較電路進行比較，當比較電壓1低于IOV時，滯回比較電路的輸出信號—— 比較輸出信號1為15V高電平信號，當比較電壓1高于IOV時，比較輸出信號1為-15V低電平信號。圖1中高低壓隔離電路可將母線高壓電壓系統(tǒng)與24V控制器系統(tǒng)完全隔離開， 當比較輸出信號1為+15V時，故障信號1為0V，比較輸出信號1為-15V時，故障信號1為 +15V。
故障信號1和故障信號2通過故障報警電路輸出故障信號，最后故障信號送主控系統(tǒng)。這樣，本發(fā)明在工作過程中將會有以下四種工作狀態(tài)1.母線正電壓和母線負電壓均正常，故障信號為OV低電平；2.母線正電壓故障，母線負電壓正常，故障信號為15V高電平；3.母線正電壓正常，母線負電壓故障，故障信號為15V高電平；4.母線正電壓和母線負電壓均故障，故障信號為15V高電平。參照圖2，為精密電阻分壓電路1的原理圖，在該電路中電阻Rl、R2、R3阻值為 200K歐姆，電阻R4，R5阻值為20K歐姆，電阻R6阻值為IOK歐姆。Cl，C2為濾波電容，Dl 位12V穩(wěn)壓二極管，D2為13.6V瞬態(tài)抑制二極管，D1，D2用于保護訴述滯回比較電路1。這樣，根據串聯(lián)電阻原理，比較電壓1與母線電壓正的關系為比較電壓1 =母線電壓正X 1/65。這樣將把高壓信號變?yōu)榈蛪盒盘?。參照圖3，為滯回比較電路1，根據滯回比較電路原理，得出下面兩個算式。Uthl = (10V*510K+15V*10K)/(510K+10K) = 10. 096V ；Uth2 = (10V*510K-15*10K)/(510K+10K) = 9. 519V ；這里IOV為IOV基準源電路提供，510K為R8，IOK為R7，15V為DC/DC提供。Uthl 為滯回比較電路的上限閥值，當比較電壓1有OV增加至Uthl時，比較輸出信號1將由高電平+15V變?yōu)榈碗娖?15V。Uth2為滯回比較電路下限閥值，當比較輸出信號1由大于Uthl 減小到Uth2時，較輸出信號1將由低電平-15V變?yōu)楦唠娖?15V。通過上述精密電阻分壓電路1分析得知，Uthl對應的母線電壓為Uthl X65 = 656. MV，Uth2對應的母線電壓為Uth2X65 = 618. 73V。這樣通過所述滯回比較電路，將有效防范電壓抖動帶來的干擾。參照圖4為高低壓隔離電路1，當比較輸出信號1為高電平時，光藕HCPL2232輸入端截止，其輸出信號一故障信號1將為低電平信號；當比較輸出信號1為低電平時，光藕 HCPL2232輸入端導通，其輸出信號一故障信號1將為高電平信號。參照圖5為故障報警電路，芯片為⑶4071B，該芯片為或門邏輯電路，將故將信號1 和故障信號2進行“或”邏輯處理，最后輸出故障信號。這樣最終正負母線電壓任意一端出現(xiàn)故障本裝置將會向主控系統(tǒng)發(fā)出報警信號。綜上所述，本發(fā)明可精確的判定母線電壓是否處于正常工作狀態(tài)，而且可有效防止因變流器母線電壓和外界干擾信號帶來的電壓抖動而引起的誤判斷。
權利要求
1.一種風力發(fā)電機組變流器過壓保護裝置，包括精密電阻分壓電路，獨立的基準源電路、電壓滯回比較電路、高低壓隔離電路、故障報警電路、以及直流轉直流電源即DC/DC和低壓差線性穩(wěn)壓器即LDO模塊電路組成，其特征在與，通過所述精密電阻分壓電路，將高電壓分壓后變?yōu)榈碗妷?，所述低電壓與所述基準源電路比較，若高于基準源電壓，則通過所述電壓滯回比較電路輸出低電平，若低于基準源電壓，所述滯回比較電路輸出高電平，通過所述高低壓隔離電路和所述故障報警電路將故障信號傳送至風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)通過讀取所述故障信號，判斷變流器母線電壓是否過高。
2.根據權利要求1所述變流器過壓保護裝置，其特征在于，所述精密電阻分壓電路由3 個阻值為200K歐姆、精度為0. 1 %、功率為0. 5W和2個阻值為20K歐姆、精度為0. 1 %、功率為0. 5W以及1個阻值為IOK歐姆、精度為0. 1 %、功率為0. 5W的電阻串聯(lián)組成，高壓電壓在所述IOK歐姆處降低為所述高壓電壓值的1/65，所述電阻均為0. 1 %的高精電阻，分壓后電壓值誤差在0. 1%。
3.根據權利要求1所述變流器過壓保護裝置，其特征在于，所述基準源電路的電壓比較基準門限值為10V，與所述精密電阻分壓后的電壓作比較，所述基準源電路芯片的輸入電壓為11.4V-36V，所述芯片的輸出電壓為IOV士0. 0025V，所述芯片的溫漂為士5PPM/°C。
4.根據權利要求1所述變流器過壓保護裝置，其特征在于，所述抗干擾能力強和防輸出抖動的電壓滯回比較電路由運算放大器和電阻電容組成。
5.根據權利要求1所述變流器過壓保護裝置，其特征在于，所述高低壓隔離電路由光電耦合器及電阻電容組成，所述隔離電路將母線高壓信號部分與低壓控制系統(tǒng)有效隔離， 所述隔離電壓小于或等于8000V/US，通信響應時間可達到150ns。
6.根據權利要求1所述變流器過壓保護裝置，其特征在于，所述故障報警電路由或門構成，將所述變流器母線電壓正負兩路電壓分別處理，若有任何一路電壓不正常時，所述或門輸出高電平信號給主控系統(tǒng)，所述正負兩路電壓的報警信號組成是“或”的邏輯關系。
7.根據權利要求1所述變流器過壓保護裝置，其特征在于，所述DC/DC電路和LDO由電源模塊和芯片構成，所述可以將直流電源輸入后經過隔離，輸出對應電路所需電壓值，通過選擇電源模塊和芯片，可以實現(xiàn)不同的使用者對電路隔離等級，電源輸入輸出范圍，電源功率等參數的要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風力發(fā)電機組變流器過壓保護裝置，包括精密電阻分壓電路，獨立的基準源電路、電壓滯回比較電路、高低壓隔離電路、故障報警電路、以及直流轉直流電源即DC/DC和低壓差線性穩(wěn)壓器即LDO模塊電路組成，通過精密電阻分壓電路，將高電壓分壓后變?yōu)榈碗妷海碗妷号c基準源電路比較，若高于基準源電壓，則通過電壓滯回比較電路輸出低電平，若低于基準源電壓，滯回比較電路輸出高電平，通過高低壓隔離電路和故障報警電路將故障信號傳送至風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)通過讀取故障信號，判斷變流器母線電壓是否過高。
文檔編號H02H7/10GK102457048SQ20101053017
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權日2010年10月29日
發(fā)明者朱超林, 王東亞, 馬德征 申請人:北京天源科創(chuàng)風電技術有限責任公司