发电系统、风电变流器以及网侧框架断路器及其控制方法

摘要

本申请提供发电系统、风电变流器以及网侧框架断路器及其控制方法。在该网侧框架断路器中，主结构和欠压脱扣器串联连接，串联支路的两端分别作为网侧框架断路器的两端，欠压脱扣开关设置于欠压脱扣器的供电回路中，欠压脱扣开关受控于上级控制器。由于欠压脱扣开关在网侧框架断路器所处风电变流器开始启动时闭合，所以在此风电变流器启动前，即此风电变流器处于无故障待机时，欠压脱扣开关断开，即欠压脱扣器分闸，从而使得网侧框架断路器的两端之间始终未形成通路，进而无法手动将网侧框架断路器合闸，因此可以在风电变流器处于无故障待机时避免将网侧框架断路器误合闸。

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种发电系统、风电变流器以及网侧框架断路器及其控制方法。

背景技术

在国家的大力推动下，风力发电项目得到快速发展；在智慧运维、安全运维的理念下，设备与器件安全操作相关设计方法显得尤为重要。

其中，风电变流器中的网侧框架断路器是风电变流器与电网之间的连接开关。通常情况下，在风电变流器处于无故障待机时，网侧框架断路器已经完成储能，即工作人员可以手动将网侧框架断路器合闸，因此，工作人员可能将网侧框架断路器误合闸；由于此时风电变流器中网侧模组的直流侧未进行缓启，即网侧模组的直流侧电容处于0V状态，所以网侧模组的直流侧电流在直流电容的两极之间形成了零状态不控整流，从而会对回路器件造成损坏。

而随着大功率的风电变流器的市场应用，风电变流器的网侧电压越来越高，目前已经由原来的690Vac提高到1140Vac的电压等级，因此若工作人员在高电网电压的工况下将网侧框架断路器误合闸，则可能会引发更严重的安全事故。

因此，如何在风电变流器处于无故障待机时避免将网侧框架断路器误合闸，是亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了发电系统、风电变流器以及网侧框架断路器及其控制方法，以在风电变流器处于无故障待机时避免将网侧框架断路器误合闸。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本申请第一方面提供一种网侧框架断路器，所述网侧框架断路器设置于风电变流器中；所述网侧框架断路器，包括：主结构、欠压脱扣器和至少一个欠压脱扣开关；其中：

所述主结构中的主触点与所述欠压脱扣器串联连接，串联支路的两端分别作为所述网侧框架断路器的两端；

所述欠压脱扣开关设置于所述欠压脱扣器的供电回路中；

所述欠压脱扣开关受控于上级控制器，用于在所述风电变流器开始启动时闭合。

可选的，还包括：至少一个急停与安全链开关；其中：

所述急停与安全链开关设置于所述欠压脱扣器的供电回路中；

所述急停与安全链开关的控制端连接于：与所述风电变流器相连的风电机组中的安全链，所述急停与安全链开关用于在所述安全链断电时断开，在所述安全链上电时闭合。

可选的，所述主结构，包括：所述主触点、合闸控制电路和分闸控制电路；其中：

所述主触点的两端分别作为所述主结构的两端；

所述合闸控制电路受控于上级控制器，在所述风电变流器缓启成功时使所述主触点吸合；

所述分闸控制电路受控于上级控制器，用于在与所述风电变流器相连的风电机组发生故障时使所述主触点断开。

可选的，所述合闸控制电路，包括：合闸线圈和至少一个合闸开关；其中：

所述合闸线圈的电源端与所述合闸控制电路的电源端相连；

所述合闸开关设置于所述合闸线圈的电源端正极与所述合闸控制电路的电源端正极之间，或者，所述合闸线圈的电源端负极与所述合闸控制电路的电源端负极之间。

可选的，所述分闸控制电路，包括：分闸线圈和至少一个分闸开关；其中：

所述分闸线圈的电源端与所述分闸控制电路的电源端相连；

所述分闸开关均设置于：所述分闸线圈的电源端正极与所述分闸控制电路的电源端正极之间，或者，所述分闸线圈的电源端负极与所述分闸控制电路的电源端负极之间。

可选的，各开关均为：继电器。

本申请第二方面提供一种网侧框架断路器的控制方法，网侧框架断路器为如本申请第一方面任一项所述的网侧框架断路器，所述网侧框架断路器设置于风电变流器中；所述通断控制方法，包括：

判断所述风电变流器是否开始启动；

若所述风电变流器开始启动，则控制所述网侧框架断路器中的欠压脱扣器合闸；

判断所述风电变流器是否缓启成功；

若所述风电变流器缓启成功，则控制所述网侧框架断路器中的主结构合闸。

可选的，在控制所述网侧框架断路器中的主结构合闸之后，还包括：

判断与所述风电变流器相连的风电机组是否具有停机需求；

若所述风电机组具有停机需求，则控制所述网侧框架断路器中的主结构分闸，以及，控制所述欠压脱扣器分闸。

可选的，判断与所述风电变流器相连的风电机组是否具有停机需求，包括：

分别对所述风电机组是否出现故障、是否接收停机指令进行判断；

若未接收到停机指令且所述风电机组未出现故障，则判定所述风电机组没有停机需求；

若接收到停机指令和/或所述风电机组出现故障，则判定所述风电机组具有停机需求。

本申请第三方面提供一种风电变流器，包括：机侧变换模块、网侧变换模块、缓启支路、控制器和如本申请第一方面任一项所述的网侧框架断路器；其中：

所述风电机组中的发电机为全功率发电机；

所述机侧变换模块的交流侧与风电机组中发电机的转子相连，所述机侧变换模块的直流侧与所述网侧变换模块的直流侧相连，所述网侧变换模块的交流侧通过所述网侧框架断路器与所述风电变流器的网侧相连；

所述缓启支路的一端连接于所述风电变流器的网侧，所述缓启支路的另一端连接于所述机侧变换模块与所述网侧变换模块的连接点；

所述控制器分别与所述机侧变换模块、所述网侧变换模块、所述缓启支路、所述网侧框架断路器以及所述风电机组的主控系统相连。

本申请第四方面提供一种风电变流器，包括：机侧变换模块、网侧变换模块、缓启支路、定子侧开关、控制器和如本申请第一方面任一项所述的风电变流器中的网侧框架断路器；其中：

所述风电机组中的发电机为双反馈发电机；

所述机侧变换模块的交流侧与风电机组中发电机的转子相连，所述机侧变换模块的直流侧与所述网侧变换模块的直流侧相连，所述网侧变换模块的交流侧通过所述网侧框架断路器与所述风电变流器的网侧相连；

所述定子侧开关的一端与所述发电机的定子相连，所述定子侧开关的另一端与所述网侧变换模块的交流侧相连；

所述缓启支路的一端连接于所述风电变流器的网侧，所述缓启支路的另一端连接于所述机侧变换模块与所述网侧变换模块的连接点；

所述控制器分别与所述机侧变换模块、所述网侧变换模块、所述缓启支路、所述网侧框架断路器、所述定子侧开关以及所述风电机组的主控系统相连。

本申请第五方面提供一种发电系统，其特征在于，包括：风电机组、风电变流器以及变压器；其中：

所述风电变流器的网侧与所述变压器的一次侧相连，所述变压器的二次侧与电网相连；

所述风电变流器为如本申请第三方面或本申请第四方面所述的风电变流器；

所述风电机组的主控系统或所述风电变流器中的控制器用于执行本申请第二方面任一项所述的网侧框架断路器的控制方法。

由上述技术方案可知，本发明提供了一种网侧框架断路器。在该网侧框架断路器中，主结构和欠压脱扣器串联连接，串联支路的两端分别作为网侧框架断路器的两端，欠压脱扣开关设置于欠压脱扣器的供电回路中，欠压脱扣开关受控于上级控制器。由于欠压脱扣开关在网侧框架断路器所处风电变流器开始启动时闭合，所以在此风电变流器启动前，即此风电变流器处于无故障待机时，欠压脱扣开关断开，即欠压脱扣器分闸，从而使得网侧框架断路器的两端之间始终未形成通路，进而无法手动将网侧框架断路器合闸，因此可以在风电变流器处于无故障待机时避免将网侧框架断路器误合闸。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1和图2分别为本申请实施例提供的网侧框架断路器的两种实施方式的结构示意图；

图3和图4分别为本申请实施例提供的主结构10的两种具体实施方式的结构示意图；

图5和图6分别为本申请实施例提供的网侧框架断路器的控制方法的两种具体实施方式的流程示意图；

图7为本申请实施例提供的步骤S210的一种具体实施方式的流程示意图；

图8和图9分别为本申请实施例提供的两种风电变流器的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的发电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了在风电变流器处于无故障待机时避免将网侧框架断路器误合闸，本申请实施例提供一种网侧框架断路器，网侧框架断路器设置于风电变流器中，风电变流器与风电机组相连；网侧框架断路器的具体结构如图1(图中仅以一个欠压脱扣开关Sq为例进行展示)所示，其具体包括：主结构10、欠压脱扣器20、储能电机30和至少一个欠压脱扣开关Sq。

其中，欠压脱扣开关Sq的个数可根据实际需求进行选择，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

优选的，欠压脱扣开关Sq为继电器；在实际应用中，包括但不限于此，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

各器件之间的连接关系如下所述：

主结构10中的主触点11与欠压脱扣器20串联连接，串联支路的两端分别作为网侧框架断路器的两端；储能电机30的电源端、欠压脱扣器20的电源端、主结构10的电源端均与网侧框架断路器的电源端相连。

欠压脱扣开关Sq设置于欠压脱扣器20的供电回路中；具体而言，欠压脱扣开关Sq设置于：欠压脱扣器20的电源端正极与网侧框架断路器的电源端正极之间，或者，欠压脱扣器20的电源端负极与网侧框架断路器的电源端负极之间；上述仅为欠压脱扣开关Sq的两种设置方式，在实际应用中，可视实际情况进行选择，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

主结构10的控制端与欠压脱扣开关Sq的控制端相连，连接点作为网侧框架断路器的控制端，网侧框架断路器的控制端与上级控制器相连。

可选的，上级控制器可以为风电变流器中的控制器，也可以为风电机组中的主控系统；在实际应用中，可视具体情况进行选择，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

各器件的功能如下所述：

欠压脱扣开关Sq在风电变流器开始启动时闭合，即欠压脱扣开关Sq在风电变流器处于无故障待机时闭合，在风电机组具有停机需求时断开，从而欠压脱扣器20在风电变流器处于无故障待机时得电，在风电机组具有停机需求时断电。

欠压脱扣器20在失电时分闸，将网侧框架断路器的两端之间形成的通路切断；欠压脱扣器20在得电时合闸，在网侧框架断路器的两端之间形成通路。

主结构10在风电变流器缓启成功后合闸，在风电机组发生故障时实现分闸。

在本实施例中，由于欠压脱扣开关Sq在风电变流器开始启动时闭合，所以在风电变流器启动前，即风电变流器处于无故障待机时，欠压脱扣开关Sq断开，即欠压脱扣器20分闸，从而使得网侧框架断路器的两端之间始终未形成通路，进而无法手动将网侧框架断路器合闸，因此可以在风电变流器处于无故障待机时避免将网侧框架断路器误合闸。

本申请另一实施例提供网侧框架断路器的另一实施方式，其具体结构如图2所示，在上述实施方式的基础上，还包括：至少一个急停与安全链开关Sa。

其中，急停与安全链开关Sa的个数可以根据实际情况进行选择，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

优选的，急停与安全链开关Sa为继电器；在实际应用中，包括但不限于此，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

急停与安全链开关Sa设置于欠压脱扣器20的供电回路中；具体而言，急停与安全链开关Sa设置于：欠压脱扣器20的电源端正极与网侧框架断路器的电源端正极之间，或者，欠压脱扣器20的电源端负极与网侧框架断路器的电源端负极之间；上述仅为急停与安全链开关Sa的两种设置方式，在实际应用中，可视实际情况进行选择，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

在使用时，急停与安全链开关Sa的控制端连接于：风电机组中的安全链。

当风电机组中的安全链断电时，急停与安全链开关Sa断开；当风电机组中的安全链上电时，急停与安全链开关Sa闭合。

需要说明的是，风电机组中的安全链，又称安全保护系统，在现有技术中已经是比较成熟的技术，此处不再赘述。

在本实施例中，由于增设的急停与安全链开关Sa与风电机组中的安全链直接相连，所以即便上级控制器的控制失效，本实施例提供的网侧框架断路器仍然可以在需要断开时断开，从而提高了网侧框架断路器的可靠性。

本申请另一实施例提供主结构10的一种具体实施方式，其具体结构如图3所示，具体包括：主触点11、合闸控制电路12和分闸控制电路13；各器件之间的连接关系如下所述：

主触点11的两端分别作为主结构10的两端。

合闸控制电路12的控制端、分闸控制电路13的控制端均与网侧框架断路器的控制端相连，网侧框架断路器的控制端与上级控制器01相连；合闸控制电路12的电源端、分闸控制电路13的电源端均与主结构10的电源端相连。

需要说明的是，上级控制器01的不同实施方式已在上述实施例中进行详细说明，此处不再赘述。

当风电变流器缓启成功时，合闸控制电路12使主触点11吸合，即使主结构10合闸；当风电机组发生故障时，分闸控制电路13使主触点11断开，即使主结构10分闸。

在本实施例中，合闸控制电路12的具体结构如图4(图中仅以一个合闸开关Sh为例进行展示)所示，具体包括：合闸线圈121和至少一个合闸开关Sh。

其中，合闸开关Sh的个数可以根据实际情况进行选择，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

优选的，合闸开关Sh为继电器；在实际应用中，包括但不限于此，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

合闸线圈121的电源端与合闸控制电路12的电源端相连；合闸开关Sh设置于合闸线圈121的电源端正极与合闸控制电路12的电源端正极之间，或者，合闸线圈121的电源端负极与合闸控制电路12的电源端负极之间。

在本实施例中，分闸控制电路13的具体结构如图4(图中仅以一个合闸开关Sh为例进行展示)所示，具体包括：分闸线圈131和至少一个分闸开关Sf。

其中，分闸开关Sf的个数可以根据实际情况进行选择，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

优选的，分闸开关Sf为继电器；在实际应用中，包括但不限于此，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

分闸线圈131的电源端与分闸控制电路13的电源端相连；分闸开关Sf设置于分闸线圈131的电源端正极与分闸控制电路13的电源端正极之间，或者，分闸线圈131的电源端负极与分闸控制电路13的电源端负极之间。

在上述合闸控制电路12、分闸控制电路13中，当风电变流器缓启成功时，合闸开关Sh闭合，分闸开关Sf断开，即合闸线圈121得电，分闸线圈131断电，从而使得主触点11吸合；当风电机组发生故障时，分闸开关Sf闭合，合闸开关Sh断开，即分闸线圈131得电，合闸线圈121断电，从而使得主触点11断开。

上述仅为主结构10的一种具体实施方式，在实际应用中，包括但不限于此，只要可以实现相同功能即可，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

本申请另一实施例提供一种网侧框架断路器的控制方法，其中，网侧框架断路器为上述实施例提供的网侧框架断路器，该网侧框架断路器设置于风电变流器中，风电变流器与风电机组相连；该控制方法的具体流程如图5所示，具体包括以下步骤：

S110、判断风电变流器是否开始启动。

若风电机组开始启动，则依次执行步骤S120、步骤S130；若风电机组未开始启动，则返回执行步骤S110。

在实际应用中，当风电机组开始启动时，风电机组中的主控系统会向风电变流器下发启动指令，而风电变流器在接收到启动指令时开始启动，因此，也可以通过判断风电变流器是否接收到启动指令来判断风电变流器是否开始启动，或者，也可以通过判断风电机组是否开始启动来判断风电变流器是否开始启动。

S120、控制网侧框架断路器中的欠压脱扣器合闸。

具体而言，通过控制网侧框架断路器中的欠压脱扣开关闭合，即可控制欠压脱扣器合闸；具体过程已在上述实施例中进行说明，此处不再赘述。

S130、判断风电变流器是否缓启成功。

若风电变流器缓启成功，则执行步骤S140；若风电变流器缓启不成功，则返回执行步骤S130。

其中，缓启成功指的是风电变流器完成缓启且在网侧模组的直流侧电容两端建立起正常的电压值。

S140、控制网侧框架断路器中的主结构合闸。

具体而言，通过控制主结构中的合闸开关闭合、分闸开关断开，即可控制网侧框架断路器中的主结构合闸；具体过程已在上述实施例中进行说明，此处不再赘述。

本申请另一实施例提供网侧框架断路器的控制方法的另一种实施方式，其具体流程如图6所示，在上述实施方式的基础上，在步骤S140之后，还包括以下步骤：

S210、判断风电机组是否具有停机需求。

若风电机组具有停机需求，则执行步骤S220；若风电机组不具有停机需求，则返回执行步骤S210。

本实施例提供步骤S210的具体实施方式，其具体流程如图7所示，具体包括以下步骤：

S310、分别对风电机组是否出现故障、是否接收停机指令进行判断。

若未接收到停机指令且风电机组未出现故障，则执行步骤S320；若接收到停机指令和/或风电机组出现故障，则执行步骤S330。

S320、判定风电机组没有停机需求。

S330、判定风电机组具有停机需求。

可选的，步骤S310中两个判断的先后顺序可以是先判断风电机组是否出现故障，再判断是否接收停机指令；也可以是先判断是否接收停机指令，再判断风电机组是否出现故障；此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

S220、控制网侧框架断路器中的主结构分闸，以及，控制欠压脱扣器分闸。

具体而言，通过控制主结构中的合闸开关断开、分闸开关闭合，即可控制网侧框架断路器中的主结构分闸；通过控制网侧框架断路器中的欠压脱扣开关断开，即可控制欠压脱扣器分闸；具体过程已在上述实施例中进行说明，此处不再赘述。

本申请另一实施例提供一种风电变流器，其具体机构如图8所示，具体包括：机侧变换模块210、网侧变换模块220、缓启支路230、控制器240和如上述实施例提供的网侧框架断路器250；各器件之间的连接关系如下所述：

风电机组中的发电机为全功率发电机。

机侧变换模块210的交流侧与风电机组中发电机的转子相连，机侧变换模块210的直流侧与网侧变换模块220的直流侧相连，网侧变换模块220的交流侧通过网侧框架断路器250与风电变流器的网侧相连。

缓启支路230的一端连接于风电变流器的网侧，缓启支路230的另一端连接于机侧变换模块210与网侧变换模块220的连接点；控制器240分别与机侧变换模块210、网侧变换模块220、缓启支路230、网侧框架断路器250以及风电机组的主控系统相连。

需要说明的是，本实施例中风电变流器与现有技术相比，仅是将网侧框架断路器250替换成上述实施例提供的网侧框架断路器250，因此其结构和工作原理与现有技术相同，此处不再赘述；另外，还可以在本实施例中的风电变流器加入直流变换模块，使其变成风储变流器，并且直流变换模块与现有技术中的连接方式相同，因此此处不再进行赘述。

本申请另一实施例提供一种风电变流器，其具体机构如图9所示，具体包括：机侧变换模块210、网侧变换模块220、缓启支路230、定子侧开关260、控制器240和如上述实施例提供的网侧框架断路器250；各器件之间的连接关系如下所述：

风电机组中的发电机为双反馈发电机。

机侧变换模块210的交流侧与风电机组中发电机的转子相连，机侧变换模块210的直流侧与网侧变换模块220的直流侧相连，网侧变换模块220的交流侧通过网侧框架断路器250与风电变流器的网侧相连。

定子侧开关260的一端与发电机的定子相连，定子侧开关260的另一端与网侧变换模块220的交流侧相连。

缓启支路230的一端连接于风电变流器的网侧，缓启支路230的另一端连接于机侧变换模块210与网侧变换模块220的连接点；控制器240分别与机侧变换模块210、网侧变换模块220、缓启支路230、网侧框架断路器250、定子侧开关260以及风电机组的主控系统相连。

需要说明的是，本实施例中风电变流器与现有技术相比，仅是将网侧框架断路器250替换成上述实施例提供的网侧框架断路器250，因此其结构和工作原理与现有技术相同，此处不再赘述；另外，还可以在本实施例中的风电变流器加入直流变换模块，使其变成风储变流器，并且直流变换模块与现有技术中的连接方式相同，因此此处不再进行赘述。

本申请另一实施例提供一种发电系统，其具体结构如图10所示，具体包括：风电机组310、风电变流器320以及变压器330；各器件之间的连接关系如下所述：

风电变流器320的网侧与变压器330的一次侧相连，变压器330的二次侧与电网340相连；风电变流器320为如上述任一实施例提供的风电变流器320。

需要说明的是，风电变流器320与风电机组310的连接关系在上述实施例中已进行详细说明，此处不再赘述。

其中，可以是风电机组310的主控系统执行上述实施例提供的网侧框架断路器250的控制方法，也可以是风电变流器320中的控制器240执行上述实施例提供的网侧框架断路器250的控制方法；此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，本实施例中的发电系统对网侧框架断路器250的控制外，其余工作原理均与现有技术相同，此处不再一一赘述。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。