一種直驅型風力發電機組變流器充電電阻選型方法
【專利摘要】本發明公開了一種直驅型風力發電機組變流器充電電阻選型方法，包括：A、根據直流母線電容充電回路等效電路計算直流側的充電電阻R的電阻值、充電平均電流、充電電阻平均功率、最大沖擊電流及瞬時沖擊功率；B、將直流側充電回路計算得到的參數折算到交流側，交流側參數包括：交流側的電流平均值、充電電阻平均功率、充電電阻阻值和沖擊電流；在交流側充電電阻阻值的附近選擇實際充電電阻阻值，并根據此阻值核算交流側沖擊功率；C、采用Matlab對步驟B中的充電回路進行仿真驗證，最后選擇充電電阻的選擇參數。本發明通過詳細的理論計算與推導得出直驅風力發電機組變流器網側充電電阻的設計參數，為大功率變流器充電電阻的選型與設計提供了理論依據。
【專利說明】-種直驅型風力發電機組變流器充電電阻選型方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及風電變流【技術領域】，具體地，涉及一種直驅型風力發電機組變流器充 電電阻選型方法。

【背景技術】
[0002] 近年來風電行業的迅猛發展導致風電變流器技術不斷升級，根據不同風力發電機 組的并網技術將風力發電機組分為直驅型風力發電機組與雙饋型風力發電機組。直驅風力 發電機組變流器將電能實現了 AC/DC、DC/AC的控制，與雙饋風力發電機組變流器的需求不 同，同等MW機組直驅風力發電機組對于變流器的要求更高，容量更大，從而導致直驅風力 發電機組變流器母線支撐電容容量越大，支撐電容容量的增加導致變流器在起機時需要從 網側攝取更大的能量。
[0003] 變流器充電電阻的作用是抑制變流器啟動時的沖擊電流，當變流器剛啟動時，由 于直流側的電解電容容量非常大，在剛充電的瞬間相當于短路。為了防止充電電流對系統 造成危害，在變流器啟動起始階段接入充電電阻限制充電電流的幅值，當充電完成后，利用 接觸器的主觸點將充電電阻短接，使系統正常運行。若在整流橋與電解電容之間不加充電 電阻，則相當于電網電源直接對地短路，瞬間整流橋通過大的電流導致整流橋壽命下降或 者失效，支撐電解電容因大電流沖擊導致電容膨脹或降低使用壽命，網側接觸器過流保護 跳開。
[0004] 根據變流器的容量不同，選擇不同的預充電方式，小功率的變流器采用的NTC熱 敏電阻進行充電限流，當變流器啟動時，電網380V/AC提供母線電壓能量，因 NTC隨著溫度 的升高，內阻減少，消耗的功率下降，當母線電壓達到預充電閥值時通過輔助接觸器屏蔽此 NTC，完成充電過程。
[0005] NTC充電電阻一般安裝在變流器的整流橋后級與母線電解電容相連接，當網側接 觸器閉合時，交流三相電源通過整流橋與NTC提供母線能量，根據NTC耐壓特性，無法滿足 現有變流器高耐壓使用條件。
[0006] 因 NTC充電電阻隨溫度升高阻值下降，根據風力發電機組需要24小時長時間工作 的特性，當出現機組可自恢復故障時，機組面臨著往復開機的工作方式，NTC阻值下降到一 定情況下將失去限流作用，增加機組二次故障率。
[0007] NTC充電電阻的制作工藝導致此電阻的功率無法滿足風力發電機組大功率變流器 的應用條件。
[0008] 由此可見，上述NTC充電電阻并不能滿足現有直驅型風力發電機組變流器的要 求。如何能創設一種參數設計合理的新類型的直驅風力發電機組變流器的充電電阻，成為 當前業界極需改進的目標。


【發明內容】

[0009] 本發明的目的在于提供一種直驅型風力發電機組變流器充電電阻選型方法，使其 能通過詳細的理論計算與推導得出直驅型風力發電機組變流器網側充電電阻的設計參數， 為大功率變流器充電電阻的選型與設計提供理論依據。
[0010] 為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0011] 一種直驅型風力發電機組變流器充電電阻選型方法，包括：
[0012] A、將變流器系統主拓撲進行分解化簡，形成直流母線電容充電回路等效電路，所 述等效電路的直流電源電壓Us等效整流橋輸出電壓，Us上直接串聯直流側充電電阻R和直 流母線電解電容C ;根據所述等效電路計算直流側充電電阻R的電阻值及直流側充電平均 電流，進而計算直流側充電電阻平均功率、直流側最大沖擊電流及直流側瞬時沖擊功率；
[0013] B、根據實際充電回路采用網側IGBT的反并聯二極管作為充電整流橋，充電電阻 配置在交流側的情況，將步驟A中直流側充電回路計算得到的參數折算到交流側，交流側 的基本參數包括：交流側電流平均值、交流側充電電阻平均功率、交流側充電電阻阻值、交 流側沖擊電流；在交流側充電電阻阻值的附近選擇實際充電電阻阻值，并根據該實際充電 電阻阻值核算交流側沖擊功率；
[0014] C、采用Matlab對步驟B中的充電回路進行仿真，驗證步驟B中的實際充電電阻相 關參數是否正確，確認正確后，根據上述參數及實際運行工況選擇合適的變流器充電電阻 的選擇參數，選擇參數包括充電電阻的阻值、充電電阻平均功率、充電電阻沖擊功率、充電 電阻額定電壓。
[0015] 進一步地，所述步驟A中的具體推導計算方法為：
[0016] 首先，根據等效電路，求解一階電路得到方程：
[0017]

【權利要求】
1. 一種直驅型風力發電機組變流器充電電阻選型方法，其特征在于，包括： A、 將變流器系統主拓撲進行分解化簡，形成直流母線電容充電回路等效電路，所述等 效電路的直流電源電壓Us等效整流橋輸出電壓，Us上直接串聯直流側充電電阻R和直流 母線電解電容C ; 根據所述等效電路計算直流側充電電阻R的電阻值及直流側充電平均電流，進而計算 直流側充電電阻平均功率、直流側最大沖擊電流及直流側瞬時沖擊功率； B、 根據實際充電回路采用網側IGBT的反并聯二極管作為充電整流橋，充電電阻配置 在交流側的情況，將步驟A中直流側充電回路計算得到的參數折算到交流側，交流側的基 本參數包括：交流側電流平均值、交流側充電電阻平均功率、交流側充電電阻阻值、交流側 沖擊電流； 在交流側充電電阻阻值的附近選擇實際充電電阻阻值，并根據該實際充電電阻阻值核 算交流側沖擊功率； C、 采用Matlab對步驟B中的充電回路進行仿真，驗證步驟B中的實際充電電阻相關參 數是否正確，確認正確后，根據上述參數及實際運行工況選擇合適的變流器充電電阻的選 擇參數，選擇參數包括充電電阻的阻值、充電電阻平均功率、充電電阻沖擊功率、充電電阻 額定電壓。
2. 根據權利要求1所述的直驅型風力發電機組變流器充電電阻選型方法，其特征在 于，所述步驟A中的具體推導計算方法為： 首先，根據等效電路，求解一階電路得到方程：
該式中，Us等效整流橋輸出電壓，整流橋為三相整流橋，uc為直流母線電解電容對應的 電壓，即預充電電壓，e為自然常數，t為充電時間，τ為一階電路時間常數； 一階電路時間常數τ = RC 該式中，R為直流側充電電阻，C為直流母線電解電容； 根據上述公式計算得到直流側充電電阻R的阻值； 其次，根據計算得到的直流側充電電阻R的阻值及下述公式分別計算： 直流側充電平均電流為：
直流側充電電阻平均功率為：
直流側最大沖擊電流為：
直流側瞬時沖擊功率為：
所述步驟Β中折算方法為： 將直流電源電壓Us轉換成實際的三相整流橋，直流側充電電阻R等效到交流側三個電 阻； 根據功率守恒原理，得到交直流側電流的關系：
式中，Ua、ia分別為交流側a相的電壓和交流側的平均電流；I。等于直流側充電平均電 流 iav; 根據上式得到交流側電流平均值為ia:
交流側充電電阻平均功率：
該式中的交流側充電電阻平均功率為步驟A中的直流側充電電阻平均功率的2/3 ; 根據上式得交流側充電電阻Ra; 交流側沖擊電流為：
當交流側沖擊電流余量較大時，重新選擇實際充電電阻阻值Rs ;根據該阻值計算交流 側沖擊功率；
3.根據權利要求1-2任一項所述的直驅型風力發電機組變流器充電電阻選型方法，其 特征在于，還包括步驟D，通過現場掛機驗證步驟C中獲得的充電電阻的可靠性。
【文檔編號】H02M1/36GK104158396SQ201410427548
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】賈紅福, 岳健, 寧巧珍, 董濤 申請人:北京天源科創風電技術有限責任公司