專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種符合正C61000-4-ll和GB/T17626.11標(biāo)準(zhǔn)要求的電壓跌落發(fā)生器，特別適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越運(yùn)行測(cè)試，也可用于其它電氣和電子產(chǎn)品在電網(wǎng)電壓故障情況下的性能測(cè)試和研究。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要有雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)和永磁同步發(fā)電機(jī)兩種類型，其中雙饋感應(yīng)發(fā)電系統(tǒng)是當(dāng)前的主流機(jī)型。目前我國(guó)的風(fēng)電技術(shù)大多停留在理想電網(wǎng)條件下的運(yùn)行控制，由于實(shí)際電網(wǎng)經(jīng)常有各類對(duì)稱、不對(duì)稱故障發(fā)生，因此必須開展電網(wǎng)故障下的運(yùn)行控制研究。近年來國(guó)際上已經(jīng)提出了多種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)規(guī)范，要求當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落至一定的范圍以上時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須保持與電網(wǎng)的連接，而不能從電網(wǎng)解列，這就要求風(fēng)電機(jī)組必須具有在電網(wǎng)故障情況下的穿越運(yùn)行能力。為了測(cè)試風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力，需要利用電壓跌落發(fā)生器來模擬電網(wǎng)規(guī)范中規(guī)定的各種電網(wǎng)電壓故障。目前，國(guó)內(nèi)
外已經(jīng)開始了對(duì)電壓跌落發(fā)生器的研究，檢索到的相關(guān)研究文章和專利有
I. 梁亮，李建林，趙斌，許洪華.適合于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電壓跌落發(fā)生器.
W體虔熟2007， (26) 3: 64-67.
II. 胡書舉，李建林，梁亮，許洪華.風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器研究綜述.虔力^動(dòng)眾設(shè)備，2008， (28) 2: 101-103.
III. Juan Carlos Ausin, Daniel Navarro Gevers, Bj6rn Andresen， "FaultRide-through Capability Test Unit for Wind Turbines,"附W ￡we，, 2007, (11):3-12.
IV. 中國(guó)專利CN101149412《可編程控制器數(shù)控型周波電壓跌落模擬發(fā)生器》。
V. 中國(guó)專利CN101119074《一種電網(wǎng)電壓跌落發(fā)生器》。文章I和II總結(jié)了當(dāng)前已有的阻抗形式、變壓器形式、電力電子變換器形
式的電壓跌落發(fā)生器方案。阻抗形式的電壓跌落發(fā)生器利用接觸器、繼電器或晶閘管將大功率阻抗并聯(lián)或者串聯(lián)到主電路中實(shí)現(xiàn)電壓跌落，這種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便，但是損耗較大，電壓跌落深度無法準(zhǔn)確控制，而且由于開關(guān)器件的限制，無法實(shí)現(xiàn)三相電壓同時(shí)跌落。變壓器形式的電壓跌落發(fā)生器利用接觸器、繼電器、晶閘管將變壓器串聯(lián)或并聯(lián)到主電路中，或者用接觸器、繼
4電器、晶閘管在變壓器的副邊多個(gè)抽頭之間相互切換來實(shí)現(xiàn)電壓跌落，但是由 于開關(guān)器件的限制，電壓跌落時(shí)間無法精確控制。電力電子變換器形式的電壓 跌落發(fā)生器采用交交變頻器或交直交變頻器等電力電子變換器，利用大功率可
控器件IGBT, IGCT等實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，可控制電壓跌落的持續(xù)時(shí)間、跌落深度、 起止相位和跌落類型，但是成本較高、控制復(fù)雜、可靠性不高。文章III介紹 了 一種風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落測(cè)試裝置，采用的是阻抗形式的電壓跌落發(fā)生器。 中國(guó)專利CN101149412公開的電壓跌落模擬發(fā)生器，通過上位機(jī)輸入電壓跌 落指令，控制步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)自耦調(diào)壓器來改變調(diào)壓器的輸出電壓，由于采用機(jī) 械動(dòng)作的方式調(diào)壓，無法實(shí)現(xiàn)電壓的瞬時(shí)變化。中國(guó)專利CN101119074公開 的采用晶閘管的變壓器形式單相電壓跌落發(fā)生器，由于使用晶閘管，電壓切換 只能發(fā)生在輸出電流的過零點(diǎn)處，無法控制電壓跌落的相位。
由上述分析可見，已有文獻(xiàn)公開的電壓跌落發(fā)生器方案中僅有電力電子變 換器形式可實(shí)現(xiàn)電壓跌落的持續(xù)時(shí)間、跌落深度、起止相位和跌落類型可控， 但是該方案價(jià)格高昂、控制復(fù)雜、可靠性較差，不利于大規(guī)模推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為風(fēng)電機(jī)組在各種電網(wǎng)電壓故障情況下的性能測(cè)試和研 究提供一種風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器。
本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器，其特征在于包括上位機(jī)、數(shù)據(jù)采 集卡、IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路、IGBT雙向開關(guān)I、 IGBT雙向開關(guān)II、調(diào)壓器、電 壓霍爾傳感器、電流霍爾傳感器以及風(fēng)電機(jī)組；其中風(fēng)電機(jī)組由原動(dòng)機(jī)、齒輪 箱、勵(lì)磁變頻器、雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組成。數(shù)據(jù)采集卡與上位機(jī)和IGBT驅(qū)動(dòng)與 保護(hù)電路相連；IGBT雙向開關(guān)I的輸入端與調(diào)壓器的副邊相連，IGBT雙向開關(guān) II輸入端與調(diào)壓器的原邊相連；IGBT雙向開關(guān)I和IGBT雙向開關(guān)II的輸出端共 同與雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子以及勵(lì)磁變頻器的進(jìn)線端相連；勵(lì)磁變頻器的出線 端與雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子相連；電壓霍爾傳感器和電流霍爾傳感器安裝在雙 饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子上；電壓霍爾傳感器的信號(hào)輸出端連接到數(shù)據(jù)采集卡，電 流霍爾傳感器的信號(hào)輸出端與IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路和數(shù)據(jù)采集卡相連；原動(dòng) 機(jī)通過齒輪箱驅(qū)動(dòng)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)。
文中IGBT為絕緣柵雙極型晶體管。
風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器，通過電壓霍爾傳感器、電流霍爾傳感器獲取 電壓跌落發(fā)生器輸出的三相電壓、電流信號(hào)，利用數(shù)據(jù)采集卡采集電壓跌落發(fā) 生器輸出的三相電壓、電流信號(hào)并傳送到上位機(jī)，上位機(jī)通過數(shù)據(jù)釆集卡向
5IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路輸出電壓跌落與恢復(fù)指令信號(hào)，控制IGBT雙向開關(guān)I和IGBT雙向開關(guān)II輪流導(dǎo)通，使電壓跌落發(fā)生器輸出電壓在調(diào)壓器的原邊和副邊之間切換，從而模擬各種對(duì)稱與不對(duì)稱電網(wǎng)電壓跌落故障。
本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器成本較低，利用可控器件IGBT在調(diào)壓器的原、副邊之間切換來實(shí)現(xiàn)電壓跌落，且電壓跌落的持續(xù)時(shí)間、跌落深度、起止相位和跌落類型均可控，具有操作簡(jiǎn)單、可靠性高、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器除了可用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)之外，還適用于其它電氣和電子產(chǎn)品在電網(wǎng)電壓故障情況下的性能測(cè)試和研究。


圖l是本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器構(gòu)成框圖。
圖2是本發(fā)明中的IGBT雙向開關(guān)的構(gòu)成電路圖。
圖3是本發(fā)明中的調(diào)壓器的電路連接圖。
圖4是本發(fā)明中的IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路的驅(qū)動(dòng)電路圖。
圖5是本發(fā)明中的IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路的開通延時(shí)原理圖，其中(a)電壓跌落與恢復(fù)指令信號(hào)DIP與IGBT雙向開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRIVE一I、 DRIVE—I之間的電平邏輯關(guān)系；(b) IGBT開通延時(shí)電路圖。
圖6是本發(fā)明中的IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路的過流保護(hù)電路圖，其中(a)電流比較和過流信號(hào)鎖存電路圖；(b) IGBT單管驅(qū)動(dòng)信號(hào)過流封鎖電路圖，圖(a)與圖(b)的ERROR對(duì)應(yīng)相連。
圖7是本發(fā)明中電壓跌落發(fā)生器的輸出波形圖，其中(a)三相電壓對(duì)稱跌落至50%; (b)三相電壓從50%對(duì)稱跌落恢復(fù)正常；(c)三相電壓對(duì)稱跌落至0; (d)三相電壓從0恢復(fù)正常；(e)三相電壓對(duì)稱跌落至15%，持續(xù)350ms;(f)三相電壓不對(duì)稱跌落，負(fù)序分量含量為10%; (g)三相電壓不對(duì)稱跌落，負(fù)序分量含量為20%; (h)三相電壓不對(duì)稱跌落后恢復(fù)正常，負(fù)序分量含量為20%;圖中方波為電壓跌落與恢復(fù)指令信號(hào)DIP，三條正弦波為電壓跌落發(fā)生器的輸出三相電壓波形圖。
圖8是一種典型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)規(guī)范，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落故障，但是跌落幅度在粗實(shí)線以上的范圍之內(nèi)時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須保持與電網(wǎng)連接。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
參照?qǐng)Dl，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器，包括上位機(jī)8、數(shù)據(jù)采集卡9、 IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路IO、 IGBT雙向開關(guān)I7-1、 IGBT雙向開關(guān)II 7-2、調(diào)壓器6、電壓霍爾傳感器ll、電流霍爾傳感器12以及風(fēng)電機(jī)組；其中風(fēng)電機(jī)
組由原動(dòng)機(jī)l、齒輪箱2、勵(lì)磁變頻器3、雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)4組成。數(shù)據(jù)采集卡9 與上位機(jī)8和IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路10相連；IGBT雙向開關(guān)I 7-l的輸入端與調(diào)壓 器6的副邊相連，IGBT雙向開關(guān)II7-2輸入端與調(diào)壓器6的原邊相連；IGBT雙向 開關(guān)I 7-l和IGBT雙向開關(guān)I1 7-2的輸出端共同與雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)4的定子以及 勵(lì)磁變頻器3的進(jìn)線端相連；勵(lì)磁變頻器3的出線端與雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)子 相連；電壓霍爾傳感器11和電流霍爾傳感器12安裝在雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)4的定子 上；電壓霍爾傳感器11的信號(hào)輸出端連接到數(shù)據(jù)采集卡9，電流霍爾傳感器12 的信號(hào)輸出端與IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路10和數(shù)據(jù)采集卡9相連；原動(dòng)機(jī)l通過齒 輪箱2驅(qū)動(dòng)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)4 。
上述的數(shù)據(jù)采集卡9可采用NI公司的USB M系列USB—6215，具有16路16 位模擬輸入，2路模擬輸出，4路數(shù)字輸入、4路數(shù)字輸出、2個(gè)32位定時(shí)器/計(jì) 數(shù)器，并且支持USB2.0，無需外部電源，提供60V連續(xù)隔離，提升精度和安全 性。
數(shù)據(jù)采集卡9一方面可向上位機(jī)8傳送電壓跌落發(fā)生器的輸出電壓、電流信 號(hào)，另一方面可從上位機(jī)8獲取電壓跌落和恢復(fù)指令，并將該指令傳送至 IOIGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路。上位機(jī)8通過運(yùn)行于Windows 2000/NT/XP系統(tǒng)的NI 公司的LabView8.2軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)采集卡9的無縫結(jié)合。
工作時(shí)，利用電壓霍爾傳感器和電流霍爾傳感器采集電壓跌落發(fā)生器輸出 的三相電壓信號(hào)t/^和三相電流信號(hào)J。fce;通過數(shù)據(jù)采集卡的6路模擬輸入對(duì)f/^ 和/^進(jìn)行采樣，通過USB接口將采樣得到的數(shù)字信號(hào)傳送至上位機(jī)；上位lll 從數(shù)據(jù)采集卡9獲取電壓跌落發(fā)生器輸出的三相電壓信號(hào)，計(jì)算三相電壓中所 含正、負(fù)序分量的幅值、相位和頻率；根據(jù)所測(cè)的三相電壓中正、負(fù)序分量的 幅值、相位和頻率，由操作人員輸入電壓跌落持續(xù)時(shí)間、起止相位、跌落深度 指令；根據(jù)操作人員的輸入指令，產(chǎn)生電壓跌落與恢復(fù)指令；將電壓跌落與恢 復(fù)指令傳送至數(shù)據(jù)采集卡9，通過數(shù)據(jù)采集卡9向IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路10輸出 電壓跌落與恢復(fù)指令信號(hào)；該指令信號(hào)可控制兩個(gè)IGBT雙向開關(guān)I和II的導(dǎo)通 狀態(tài)，從而模擬各種對(duì)稱與不對(duì)稱電網(wǎng)電壓跌落故障；從數(shù)據(jù)采集卡9獲取電 壓跌落發(fā)生器輸出的三相電流信號(hào)，判斷電壓跌落發(fā)生器是否過流，進(jìn)而決定 是否采取過流保護(hù)。
本發(fā)明中的IGBT雙向開關(guān)如圖2所示，IGBT雙向開關(guān)I 7-l和IGBT雙向開 關(guān)II 7-2分別包括三個(gè)IGBT單相幵關(guān)，每個(gè)IGBT單相開關(guān)由單相整流橋D、 IGBT單管T、緩沖電阻R、緩沖電容C和壓敏電阻Rv組成；單相整流橋D的正極
7與IGBT單管T的集電極C相連，負(fù)極與IGBT單管T的發(fā)射極E相連；緩沖電阻R與緩沖電容C串聯(lián)之后再與壓敏電阻Rv并聯(lián)，并聯(lián)之后的兩端分別與單相整流橋D的正極和負(fù)極相連。
單相整流橋D將IGBT單相開關(guān)的輸入端和輸出端之間電壓整流成直流，保證IGBT單管T的集電極與發(fā)射極之間電壓^為正；IGBT單管T可采用TOSHIBA公司的MG150Q1JS44，實(shí)現(xiàn)對(duì)集電極與發(fā)射極之間電壓^導(dǎo)通與關(guān)斷的控制；緩沖電阻R和緩沖電容C一起組成緩沖電路，可降低IGBT單管T兩端的電壓變化率，抑制浪涌電壓，減小開關(guān)損耗；壓敏電阻Rv用于吸收線路電感在IGBT單管關(guān)斷時(shí)儲(chǔ)存的能量，防止IGBT單管T兩端出現(xiàn)k大的過電壓。
調(diào)壓器6如圖3所示，由三個(gè)單相調(diào)壓器TR按Y-A接法構(gòu)成。三個(gè)單相調(diào)壓器TR的原邊輸入電壓為電網(wǎng)電壓，副邊輸出電壓可調(diào)；若三個(gè)單相調(diào)壓器TR副邊輸出電壓相等，則電壓跌落發(fā)生器的輸出電壓由調(diào)壓器原邊切換至副邊時(shí)將產(chǎn)生三相電壓對(duì)稱跌落故障；若三個(gè)單相調(diào)壓器TR副邊輸出電壓不相等，則電壓跌落發(fā)生器的輸出電壓由調(diào)壓器原邊切換至副邊時(shí)將產(chǎn)生三相電壓不對(duì)稱對(duì)稱跌落故障；
本發(fā)明中的IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路10包括IGBT驅(qū)動(dòng)電路、IGBT開通延時(shí)電路和IGBT過流保護(hù)電路；其中
(i) IGBT驅(qū)動(dòng)電路(見圖4)包括驅(qū)動(dòng)芯片Ul及相應(yīng)的外圍元件；驅(qū)動(dòng)芯片Ul的1腳和6腳之間接入穩(wěn)壓管D3，驅(qū)動(dòng)芯片Ul的1腳與穩(wěn)壓管Dl和快速二極管D2串聯(lián)電路的一端連接，驅(qū)動(dòng)芯片Ul的4腳和6腳之間接入電容C1和電容C2的串聯(lián)電路，驅(qū)動(dòng)芯片Ul的5腳與驅(qū)動(dòng)電阻R1的一端連接，電阻Rl的另一端與電容Cl和電容C2的接點(diǎn)之間接入穩(wěn)壓管D4和穩(wěn)壓管D5的反向串聯(lián)電路；驅(qū)動(dòng)芯片Ul的8腳與光耦芯片U4的輸入端相連；
上述的驅(qū)動(dòng)芯片Ul可采用M57962AL，光耦芯片U4可采用TLP559。穩(wěn)壓管D3作為鉗位保護(hù)措施防止1腳出現(xiàn)過高電壓而損壞，穩(wěn)壓管D4、D5防止IGBT的門極和發(fā)射極之間產(chǎn)生過電壓而損壞，無感電容C1、 C2可吸收由于電源接線附抗引起的供電電壓變化；M57962AL的故障信號(hào)輸出8腳接到光耦TLP559的輸入端，若IGBT出現(xiàn)過流故障，M57962AL進(jìn)入軟關(guān)斷狀態(tài)，8腳電平變低，使得光耦TLP559的輸出端6腳為低電平，觸發(fā)IGBT過流保護(hù)電路工作；
(ii) IGBT開通延時(shí)電路(見圖5)包括非門邏輯芯片U2、或門邏輯芯片U3、電阻Rll、 R12和電容C3、 C4;非門邏輯芯片U2的1、 3腳為與數(shù)據(jù)采集卡9的連接端；非門邏輯芯片U2的2腳與5、 9腳以及或門邏輯芯片U3的1腳相連，電阻Rll的兩端分別與非門邏輯芯片U2的4腳和或門邏輯芯片U3的2腳相連；或門邏輯芯片U3的2腳通過電容C3接地，電阻R12的兩端分別與非門邏輯芯片U2的8腳和或門邏輯芯片U3的5腳相連；或門邏輯芯片U3的5腳通過電容C4接地；或門邏輯芯片U3的6、 3腳分別為與IGBT雙向開關(guān)I 7-1和IGBT雙向開關(guān)II 7-1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接端；
上述的非門邏輯芯片U2可采用74LS04,或門邏輯芯片U3可采用74LS32。IGBT開通延時(shí)電路可在IGBT雙向開關(guān)I和II的開通和關(guān)斷動(dòng)作之間造成死區(qū)，防止兩個(gè)IGBT雙向開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通造成調(diào)壓器的原、副邊短路；電壓跌落與恢復(fù)指令信號(hào)DIP既可來自數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字輸出，也可以來自手動(dòng)開關(guān)，通過跳線連接到非門芯片74LS04的輸入端1、 3腳；電壓跌落與恢復(fù)指令信號(hào)DIP由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平時(shí)，IGBT雙向開關(guān)II的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRIVE—II立即由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，IGBT雙向開關(guān)I的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRIVE一I則經(jīng)過延時(shí)Td一之后才由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，從而保證IGBT雙向開關(guān)II可靠關(guān)斷之后IGBT雙向開關(guān)I才導(dǎo)通；同樣，電壓跌落與恢復(fù)指令信號(hào)DIP由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平時(shí)，IGBT雙向開關(guān)I的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRIVE一I立即由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，IGBT雙向開關(guān)II的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRIVEJI則經(jīng)過延時(shí)T^之后才由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，從而保證IGBT雙向開關(guān)I可靠關(guān)斷之后IGBT雙向開關(guān)II才導(dǎo)通；IGBT雙向開關(guān)I和II的開通延時(shí)Td—可通過改變電阻R11、 R12的阻值或者電容C3、 C4的電容值來調(diào)節(jié)；(iii) IGBT過流保護(hù)電路(見圖6)包括三相整流橋D6、比較器U5、光耦芯片U6、與非門芯片U7、復(fù)位按鍵SW1、鎖存芯片U8、發(fā)光二極管LED以及相應(yīng)的外圍元件，比較器U5的1、 2腳共同連接至光耦芯片U6的3腳，光耦芯片U6的6腳連接到與非門芯片U7的1腳，復(fù)位按鍵SW1接到與非門芯片U7的4腳，與非門芯片U7的2、 3、 6腳分別與6、 5、 10腳相連，發(fā)光二極管LED與電阻R7串聯(lián)之后連接到電源+5V和與非門芯片U7的9腳之間；與非門芯片U7的8腳即為過流信號(hào)ERROR,過流信號(hào)ERROR連接到鎖存芯片U8的1、 19腳；鎖存芯片U8的2、 4、 6腳為IGBT雙向開關(guān)I (7-1)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRIVE_I的輸入端，鎖存芯片U8的1K 13、 15腳為IGBT雙向開關(guān)II (7-2)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRIVE—II的輸入端；鎖存芯片U8的18、 16、 14、 9、 7、5腳分別為IGBT雙向開關(guān)I (7-1)和IGBT雙向開關(guān)II (7-2)中的IGBT單管(T)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端。
上述的比較器U5可采用LM339，光耦芯片U6可采用TLP559，與非門芯片U7可采用74LS00,鎖存芯片U8可采用74LS244。
9IGBT過流保護(hù)電路具有瞬間過流保護(hù)和持續(xù)過流保護(hù)的雙重保護(hù)功能； 瞬間過流保護(hù)基于檢測(cè)IGBT雙向開關(guān)中的IGBT單管T的集電極與發(fā)射極之 間電壓^，若IGBT單管T中出現(xiàn)瞬時(shí)過電流，則^隨著過電流迅速成比例 增大，當(dāng)^超過一定的保護(hù)閾值之后，IGBT驅(qū)動(dòng)芯片M57962AL進(jìn)入軟關(guān)斷 狀態(tài)，限制IGBT單管T的電流上升，^的保護(hù)閾值可通過改變穩(wěn)壓管D1的 反向擊穿電壓來調(diào)節(jié)；瞬間過流保護(hù)需要IGBT單管T的電流大到足以引起^ 顯著增大時(shí)才能起作用，若需要靈活調(diào)節(jié)IGBT單管T的過流保護(hù)閾值，可采 取持續(xù)過流保護(hù)措施將電流霍爾傳感器采集的電壓跌落發(fā)生器輸出電流信號(hào) /^通過三相整流橋整流成直流電壓信號(hào)，通過比較器LM339將整流所得的直 流電壓信號(hào)正、負(fù)極分別與正、負(fù)參考電壓信號(hào)進(jìn)行比較，若整流所得的直流 電壓信號(hào)超出正、負(fù)參考電壓信號(hào)的范圍，則TLP559的6腳過流信號(hào)OC為 低電平；比較器LM339的正、負(fù)參考電壓信號(hào)代表了 IGBT單管T的過流保 護(hù)閾值，其大小可通過分壓電位器R14、R16手動(dòng)靈活調(diào)節(jié);與非門芯片74LS04 鎖存過流信號(hào)OC，即OC第一次從高電平翻轉(zhuǎn)為低電平之后即被鎖存，之后 OC的電平翻轉(zhuǎn)對(duì)鎖存器輸出的過流信號(hào)ERROR沒有影響，除非手動(dòng)按下復(fù) 位按鍵SW1;若任意一相IGBT單管T過流，則ERROR保持高電平，同時(shí)發(fā) 光二極管LED點(diǎn)亮；IGBT雙向開關(guān)I和II的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRIVE—I和DRIVE_II 經(jīng)過鎖存芯片74LS244產(chǎn)生IGBT雙向開關(guān)I和II中6個(gè)IGBT單管的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)DRIVE_A~DRIVE—c，當(dāng)發(fā)生過流時(shí)，ERROR保持高電平，74LS244的輸 出保持高阻態(tài)，IGBT單管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRIVE—A DRIVE—c為高電平，所有6 個(gè)IGBT單管T同時(shí)關(guān)斷，避免過流損壞。
圖7是本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器的輸出波形圖，由圖可見電 壓跌落發(fā)生器既能產(chǎn)生對(duì)稱電壓跌落故障，也能產(chǎn)生不對(duì)稱電壓跌落故障，且 電壓跌落的持續(xù)時(shí)間、跌落深度、起止相位和跌落類型均可控，其性能參數(shù)如 下
電壓變化范圍 0% 140°/。 電壓跌落持續(xù)時(shí)間 2p 任意時(shí)間 跌落起止相位 0° 360°，設(shè)定分辨率O.l。
跌落故障類型 任意單相、兩相跌落或者三相同時(shí)跌落
跌落觸發(fā)方式 手動(dòng)或計(jì)算機(jī)定時(shí)觸發(fā)
綜上所述，本發(fā)明公開的電壓跌落發(fā)生器能夠模擬圖8中所示電網(wǎng)規(guī)范規(guī) 定的各種電網(wǎng)電壓故障，為風(fēng)電機(jī)組在各種電網(wǎng)電壓故障情況下的性能測(cè)試和 研究提供實(shí)驗(yàn)條件。
10
權(quán)利要求
1. 一種風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器，其特征在于包括上位機(jī)(8)、數(shù)據(jù)采集卡(9)、IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(10)、IGBT雙向開關(guān)I(7-1)、IGBT雙向開關(guān)II(7-2)、調(diào)壓器(6)、電壓霍爾傳感器(11)、電流霍爾傳感器(12)以及風(fēng)電機(jī)組；其中風(fēng)電機(jī)組由原動(dòng)機(jī)(1)、齒輪箱(2)、勵(lì)磁變頻器(3)、雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(4)組成。數(shù)據(jù)采集卡(9)與上位機(jī)(8)和IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(10)相連；IGBT雙向開關(guān)I(7-1)的輸入端與調(diào)壓器(6)的副邊相連，IGBT雙向開關(guān)II(7-2)輸入端與調(diào)壓器(6)的原邊相連；IGBT雙向開關(guān)I(7-1)和IGBT雙向開關(guān)II(7-2)的輸出端共同與雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(4)的定子以及勵(lì)磁變頻器(3)的進(jìn)線端相連；勵(lì)磁變頻器(3)的出線端與雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(4)的轉(zhuǎn)子相連；電壓霍爾傳感器(11)和電流霍爾傳感器(12)安裝在雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(4)的定子上；電壓霍爾傳感器(11)的信號(hào)輸出端連接到數(shù)據(jù)采集卡(9)，電流霍爾傳感器(12)的信號(hào)輸出端與IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(10)和數(shù)據(jù)采集卡(9)相連；原動(dòng)機(jī)(1)通過齒輪箱(2)驅(qū)動(dòng)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器，其特征在于所述的 數(shù)據(jù)采集卡(9)采用NI公司的USB M系列USB—6215，具有16路16位模擬輸 入，2路模擬輸出，4路數(shù)字輸入、4路數(shù)字輸出、2個(gè)32位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器，其特征在于所述的 IGBT雙向開關(guān)I (7-1)禾口IGBT雙向開關(guān)II (7-2)分別包括三個(gè)IGBT單相開關(guān)， 每個(gè)IGBT單相開關(guān)由單相整流橋(D)、 IGBT單管(T)、緩沖電阻(R)、緩沖 電容(C)和壓敏電阻(Rv)組成；單相整流橋(D)的正極與IGBT單管(T) 的集電極C相連，負(fù)極與IGBT單管(T)的發(fā)射極E相連；緩沖電阻(R)與緩 沖電容(C)串聯(lián)之后再與壓敏電阻(Rv)并聯(lián)，并聯(lián)之后的兩端分別與單相 整流橋(D)的正極和負(fù)極相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器，其特征在于所述的 調(diào)壓器(6)由三個(gè)單相調(diào)壓器(TR)按Y-A接法構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器，其特征在于所述的 IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(10)包括IGBT驅(qū)動(dòng)電路、IGBT開通延時(shí)電路和IGBT過流保護(hù)電路；其中 (i) IGBT驅(qū)動(dòng)電路包括驅(qū)動(dòng)芯片(Ul)及相應(yīng)的外圍元件；驅(qū)動(dòng)芯片(Ul) 的1腳和6腳之間接入穩(wěn)壓管D3，驅(qū)動(dòng)芯片(Ul)的1腳與穩(wěn)壓管Dl和快速二極管D2串聯(lián)電路的一端連接，驅(qū)動(dòng)芯片(Ul)的4腳和6腳之間接入電 容C1和電容C2的串聯(lián)電路，驅(qū)動(dòng)芯片(Ul)的5腳與驅(qū)動(dòng)電阻R1的一端連 接，電阻Rl的另一端與電容Cl和電容C2的接點(diǎn)之間接入穩(wěn)壓管D4和穩(wěn)壓 管D5的反向串聯(lián)電路，驅(qū)動(dòng)芯片(Ul)的8腳與光耦芯片(U4)的輸入端相 連；(ii) IGBT開通延時(shí)電路包括非門邏輯芯片(U2)、或門邏輯芯片(U3)、電 阻Rll、 R12和電容C3、 C4;非門邏輯芯片(U2)的1、 3腳為與數(shù)據(jù)采集卡(9)的連接端，非門邏輯芯片(U2)的2腳與5、 9腳以及或門邏輯芯片(U3) 的1腳相連，電阻Rll的兩端分別與非門邏輯芯片(U2)的4腳和或門邏輯 芯片(U3)的2腳相連，或門邏輯芯片(U3)的2腳通過電容C3接地，電阻 R12的兩端分別與非門邏輯芯片(U2)的8腳和或門邏輯芯片(U3)的5腳 相連，或門邏輯芯片(U3)的5腳通過電容C4接地，或門邏輯芯片(U3)的 6、 3腳分別為與IGBT雙向開關(guān)I (7-1)和IGBT雙向開關(guān)II (7-1)的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)連接端；(m) IGBT過流保護(hù)電路包括三相整流橋(D6)、比較器(U5 )、光耦芯片(U6)、 與非門芯片(U7)、復(fù)位按鍵SW1、鎖存芯片(U8)、發(fā)光二極管LED以及相 應(yīng)的外圍元件；比較器(U5)的l、 2腳共同連接至光耦芯片(U6)的3腳， 光耦芯片(U6)的6腳連接到與非門芯片(U7)的1腳，復(fù)位按鍵SW1接到 與非門邏輯芯片(U7)的4腳，與非門邏輯芯片(U7)的2、 3、 6腳分別與6、 5、 IO腳相連，發(fā)光二極管LED與電阻R7串聯(lián)之后連接到電源+ 5V和與非 門邏輯芯片(U7)的9腳之間，與非門邏輯芯片(U7)的8腳即為過流信號(hào) ERROR,過流信號(hào)ERROR連接到鎖存芯片(U8)的1、 19腳，鎖存芯片(U8) 的2、 4、 6腳為IGBT雙向開關(guān)I (7-1)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRIVE一I的輸入端，鎖存 芯片(U8)的ll、 13、 15腳為IGBT雙向開關(guān)I1 (7-2)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRIVE—II 的輸入端，鎖存芯片(U8)的18、 16、 14、 9、 7、 5腳分別為IGBT雙向開關(guān) I (7-1)和IGBT雙向開關(guān)II (7-2)中的IGBT單管(T)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器，其特征在于所述的 驅(qū)動(dòng)芯片(Ul)為M57962AL，非門邏輯芯片(U2)為74LS04，或門邏輯芯 片(U3)為74LS32，光耦芯片(U4、 U6)為TLP559，比較器(U5)為L(zhǎng)M339， 與非門邏輯芯片(U7)為74LS00，鎖存芯片(U8)為74LS244。
全文摘要
本發(fā)明公開的風(fēng)力發(fā)電用電壓跌落發(fā)生器，包括上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路、兩個(gè)IGBT雙向開關(guān)、調(diào)壓器、電壓霍爾傳感器、電流霍爾傳感器和風(fēng)電機(jī)組。通過電壓霍爾傳感器、電流霍爾傳感器獲取電壓跌落發(fā)生器輸出的三相電壓、電流信號(hào)，利用數(shù)據(jù)采集卡采集電壓跌落發(fā)生器輸出的三相電壓、電流信號(hào)并傳送到上位機(jī)，上位機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡向IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路輸出電壓跌落與恢復(fù)指令信號(hào)，控制兩個(gè)IGBT雙向開關(guān)輪流導(dǎo)通，使電壓跌落發(fā)生器輸出電壓在調(diào)壓器的原邊和副邊之間切換，從而模擬各種對(duì)稱與不對(duì)稱電網(wǎng)電壓跌落故障。本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單、可靠性高、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)，適用于風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)電壓故障情況下的性能測(cè)試和研究。
文檔編號(hào)H02M5/10GK101478244SQ20091009537
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日
發(fā)明者鵬 周, 瑋 章, 賀益康 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)