專利名稱：基于h橋的無(wú)變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)技術(shù)，特別是一種基于H橋的無(wú)變壓器的風(fēng)力發(fā)電 并網(wǎng)。
背景技術(shù)：
作為節(jié)能環(huán)保的新能源，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)贏得歷史性發(fā)展機(jī)遇，在金融危機(jī)肆虐的 不利環(huán)境中逆市上揚(yáng)，發(fā)展勢(shì)頭迅猛，截止到2009年底，全國(guó)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到 25800兆瓦。但在我國(guó)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)基本上都是通過(guò)通用變頻器，使本身相位 與電網(wǎng)相同。最后再用升壓變壓器與電網(wǎng)并網(wǎng)。這樣不但導(dǎo)致每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)都需要一 個(gè)升壓變壓器，成本巨大，而且使每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)只有3電平，諧波含量很大，多電網(wǎng) 污染嚴(yán)重。在大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，有很多的電機(jī)，對(duì)于每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)都需要單獨(dú)控制，控 制難度大，控制繁瑣，不易形成集中風(fēng)力發(fā)電控制。風(fēng)力發(fā)電輸出的都是兩電平或三電平，諧波含量大，升壓后不能直接并入電 網(wǎng)，需要加輸出濾波裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于H橋的無(wú)變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò) 單元串聯(lián)的方法，輸出高壓；省掉了通用風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)時(shí)的升壓變壓器，節(jié)約了大量成 本。另外，由于采用多單元串聯(lián)功率單元輸出高壓，可以通過(guò)調(diào)制算法輸出多電平電壓 波形，減少輸出諧波含量，減少風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的污染。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)基于H橋的無(wú)變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、整流模塊、 逆變模塊，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生低壓交流電，經(jīng)三相全橋整流后得到直流電壓，此直流電 壓作為逆變模塊中各個(gè)單元的直流側(cè)電壓供電電源；逆變模塊將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電 壓后，經(jīng)多個(gè)功率單元直接串聯(lián)，交流高壓輸出，經(jīng)緩沖電感后并入電網(wǎng)。所述的逆變模塊由三相功率單元組成，每相由η個(gè)功率單元串聯(lián)而成，三相功 率單元的一端接在一起，另一端通過(guò)電感接入電網(wǎng)。所述的功率單元逆變側(cè)為H橋結(jié)構(gòu)，由四個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)器件組成，每個(gè)IGBT開(kāi)
關(guān)器件反并聯(lián)一個(gè)二極管，每?jī)蓚€(gè)IGBT開(kāi)關(guān)器件相串聯(lián)后，再與直流電容C并聯(lián)；整流 側(cè)為不可控全橋結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1)輸入端無(wú)變壓器，進(jìn)而使風(fēng)電并網(wǎng)拓?fù)潴w積減小，占地減少，重量減輕，成 本降低；同時(shí)可以降低變壓器能耗，使制造工藝簡(jiǎn)單化，生產(chǎn)周期減少。2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接連接到功率單元整流側(cè)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)特殊要求，減少電機(jī)成本；3)調(diào)制方法采用載波移相的方法，可以產(chǎn)生多階梯正弦波，以較小的開(kāi)關(guān)頻率 獲得較好的輸出電壓波形；4)可以把整個(gè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)串聯(lián)成交流高壓，直接從交流側(cè)輸出；5)在大功率，多電機(jī)中應(yīng)用前景廣泛；6)有利于集中控制多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。


圖1是基于H橋的無(wú)變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2是基于H橋的無(wú)變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)拓?fù)涞墓β蕟卧Y(jié)構(gòu)圖。圖3是H橋功率單元內(nèi)電流流向圖。
具體實(shí)施例方式見(jiàn)圖1，基于H橋的無(wú)變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、整流 模塊、逆變模塊，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組M產(chǎn)生低壓交流電，經(jīng)三相全橋整流后得到直流電壓， 此直流電壓作為逆變模塊中各個(gè)單元的直流側(cè)電壓供電電源；逆變模塊將直流電壓轉(zhuǎn)換 為交流電壓后，經(jīng)多個(gè)功率單元直接串聯(lián)，交流高壓輸出，經(jīng)緩沖電感后并入電網(wǎng)。逆變模塊由三相功率單元組成，每相由η個(gè)功率單元串聯(lián)而成，共3η個(gè)功率單 元。每個(gè)功率單元由一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)M通過(guò)三相全橋整流給功率單元電容供電。三相 功率單元的一端接在一起，另一端通過(guò)電感La、Lb、Lc接入電網(wǎng)。見(jiàn)圖2，功率單元逆變側(cè)為H橋結(jié)構(gòu)、整流側(cè)為由二極管Dl、D2、D3、D4、 D5、D6組成的不可控全橋結(jié)構(gòu)。逆變側(cè)由四個(gè)開(kāi)關(guān)器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、 IGBT4直流側(cè)電容C組成，開(kāi)關(guān)器件IGBTl和IGBT2相串聯(lián)，開(kāi)關(guān)器件IGBT3和IGBT4 相串聯(lián)，再和直流電容C并聯(lián)。并且四個(gè)開(kāi)關(guān)器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4分 別并聯(lián)一個(gè)反接二極管Dll、D22、D33、D44。IGBTl與IGBT2的公共端、IGBT3與 IGBT4的公共端為該功率單元與其它功率單元相連接的輸入、輸出端。本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)利用風(fēng)電作為能源中繼池，給功率單元直流母線供電，結(jié)合一定的 調(diào)制方法，產(chǎn)生需要的多電平可變正弦波。逆變模塊主要由三相組成，每相由η個(gè)功率 單元串聯(lián)而成。串聯(lián)功率單元的個(gè)數(shù)稱為單元級(jí)數(shù)，三相功率單元的一端接到一起，另 一端通過(guò)電感接入電網(wǎng)。由于采用多電平輸出，串聯(lián)功率單元輸出的交流高壓含有更少 的諧波，對(duì)電網(wǎng)污染更小，也不需要裝LC濾波裝置?？刂艻GBT的柵極電壓使其導(dǎo)通或者關(guān)斷，可以使單元具有不同的電路狀態(tài)。見(jiàn)圖3-1，電流經(jīng)IGBT2、直流側(cè)電容C、IGBT3，從B流向Α，或電流經(jīng)續(xù)流 二極管D3、直流側(cè)電容C、續(xù)流二極管D2，從A流向B，此時(shí)采用H橋式逆變電路的功 率單元輸出電平“1”。見(jiàn)圖3-2，電流經(jīng)續(xù)流二極管Dl、IGBT3，從B流向Α，或電流經(jīng)續(xù)流二極管 D3、IGBT1,從A流向B，此時(shí)采用H橋式逆變電路的功率單元輸出電平“0”。見(jiàn)圖3-3，電流經(jīng)IGBT2、續(xù)流二極管D4，從B流向Α，或電流經(jīng)IGBT4、續(xù) 流二極管D2，從A流向B，此時(shí)采用H橋式逆變電路的功率單元輸出電平“0”。
見(jiàn)圖3-4，電流經(jīng)續(xù)流二極管D1、直流側(cè)電容C、續(xù)流二極管D4，從B流向 A，或電流經(jīng)IGBT4、直流側(cè)電容C、IGBT1,從A流向B，此時(shí)采用H橋式逆變電路的 功率單元輸出電平“-1”。若功率單元級(jí)數(shù)選擇適當(dāng)，功率單元疊加輸出電壓可達(dá)到電網(wǎng)級(jí)別，將根據(jù)電 網(wǎng)電壓發(fā)出與電網(wǎng)同步的電壓波形，并且輸出諧波滿足要求，則可以直接并網(wǎng)發(fā)電。
權(quán)利要求
1.基于H橋的無(wú)變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、 整流模塊、逆變模塊，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生低壓交流電，經(jīng)三相全橋整流后得到直流電 壓，此直流電壓作為逆變模塊中各個(gè)單元的直流側(cè)電壓供電電源；逆變模塊將直流電 壓轉(zhuǎn)換為交流電壓后，經(jīng)多個(gè)功率單元直接串聯(lián)，交流高壓輸出，經(jīng)緩沖電感后并入電 網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于H橋的無(wú)變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述的逆變模塊由三相功率單元組成，每相由η個(gè)功率單元串聯(lián)而成，三相功率單元的 一端接在一起，另一端通過(guò)電感接入電網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于MMC的無(wú)變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述的功率單元逆變側(cè)為H橋結(jié)構(gòu)，由四個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)器件組成，每個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)器 件反并聯(lián)一個(gè)二極管，每?jī)蓚€(gè)IGBT開(kāi)關(guān)器件相串聯(lián)后，再與直流電容C并聯(lián)；整流側(cè)為 不可控全橋結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于H橋的無(wú)變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、整流模塊、逆變模塊，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生低壓交流電，經(jīng)三相全橋整流后得到直流電壓，此直流電壓作為逆變模塊中各個(gè)單元的直流側(cè)電壓供電電源；逆變模塊將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓后，經(jīng)多個(gè)功率單元直接串聯(lián)，交流高壓輸出，經(jīng)緩沖電感后并入電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)技術(shù)，特別是一種基于H橋的無(wú)變壓器的風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)是省掉了通用風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)時(shí)的升壓變壓器，節(jié)約了大量成本。另外，由于采用多單元串聯(lián)功率單元輸出高壓，可以通過(guò)調(diào)制算法輸出多電平電壓波形，減少輸出諧波含量，減少風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的污染。
文檔編號(hào)H02M7/525GK102013695SQ20101023370
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者張坤, 張躍平, 李太峰, 楊洋, 王振, 胡濤, 趙淑玉, 魏西平 申請(qǐng)人:榮信電力電子股份有限公司