專利名稱：一種風電變流器電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種風電変流器電路結(jié)構(gòu)本實用新型涉及ー種風カ發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及風カ發(fā)電中的風電變流器電路結(jié)構(gòu)方案。 隨著風電機組的功率不斷加大，目前的主流已經(jīng)是I. 5麗的風電機組，而歐美已經(jīng)是3MW的風電機組，為了提高風電的利用效率，風電機組的功率還將持續(xù)增大，而風カ發(fā)電變流器是風カ發(fā)電機組不可缺少的能量變換環(huán)節(jié)，由于自然界中風的大小、方向具有很大的隨機性，導致風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速時快時慢，發(fā)出的電壓幅值和頻率也雜亂無章。風カ發(fā)電變流器的主要作用就是將風力發(fā)電機的電壓頻率、幅值浮動不定的電能轉(zhuǎn)換為頻率、幅值穩(wěn)定，符合電網(wǎng)要求的電能，本實用新型就是基于此而實用新型設(shè)計的。本實用新型克服了上述技術(shù)的不足，提供了ー種結(jié)構(gòu)緊湊，控制靈活，運行穩(wěn)定的風電變流器電路結(jié)構(gòu)方案。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了下列技術(shù)方案ー種風電變流器電路結(jié)構(gòu)，包括有用于與發(fā)電機連接整流輸出直流電壓的六相不控整流器電路1，整流輸出電容器組2，用于對直流電壓進行四次升壓變換并使母線電壓穩(wěn)定的四重化升壓變換電路3，用于在電網(wǎng)故障或風機超速時吸收發(fā)電機側(cè)能量保護變流器器件的制動單元4，以及用于對直流母線電壓進行三重交流轉(zhuǎn)換輸出交流電壓的三重并網(wǎng)逆變器電路5，所述六相不控整流器電路I、整流輸出電容器組2、四重化升壓變換電路3、制動單元4、三重并網(wǎng)逆變器電路5為順次連接。所述的六相不控整流器電路I包括有發(fā)電機輸出開關(guān)11，以及用于把發(fā)電機輸出的交流電壓整流成直流電壓的六相不控整流橋12，所述發(fā)電機輸出開關(guān)11、六相不控整流橋12為順次連接，所述六相不控整流橋12包括6個并聯(lián)一起的整流ニ極管組121，所述每個整流ニ極管組121包括兩個首尾相連的整流ニ極管。所述的四重化BOOST升壓變換電路3包括四個并聯(lián)在一起的BOOST升壓變換電路31,所述每個BOOST升壓變換電路31包括有用于濾除高頻波而讓直流電流和低頻電流通過的濾波電抗器組311，和用于提高直流母線電壓并穩(wěn)定的BOOST電路模塊312，所述濾波電抗器組311、BOOST電路模塊312為順次連接。所述的制動單元4包括三個并聯(lián)在一起的制動單元模塊41,所述姆個制動單元模塊41包括有用于把直流電路的多余能量消耗掉的制動電阻411、用于控制本単元模塊導通與關(guān)斷的制動電路模塊412，所述制動電阻411、制動電路模塊412為順次連接。所述的三重并網(wǎng)逆變器電路5包括三個并聯(lián)在一起的并網(wǎng)逆變器電路51，所述每個并網(wǎng)逆變器電路51包括有用于將直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電的逆變電路模塊511，逆變輸出開關(guān)512，逆變?yōu)V波電抗器組513，以及用于限制高次諧波并輸出諧波含量低的三相交流電的逆變?yōu)V波電容器組514，所述逆變電路模塊511、逆變輸出開關(guān)512、逆變?yōu)V波電抗器組513、逆變?yōu)V波電容器組514為順次連接。本實用新型的有益效果是1、通過增加直流側(cè)電壓穩(wěn)定的電壓源型逆變器型拓撲結(jié)構(gòu)這個環(huán)節(jié)，解決了風力較小發(fā)電機輸出電壓低時保證直流母線電壓的穩(wěn)定從而使逆變器保持良好的運行特性，它通過升壓環(huán)節(jié)將逆變器直流母線電壓提高并穩(wěn)定在合適的范圍，使逆變器的調(diào)制深度范圍好、提高運行效率、減小損耗，同時電路還可以對永磁同步發(fā)電機輸出側(cè)進行功率因數(shù)校正，改變開關(guān)器件的占空比，使發(fā)電機輸出電流保持正弦并保持與輸出電壓同歩。2、整個系統(tǒng)通過增加升壓電路將直流輸入電壓等級提高、系統(tǒng)控制簡單、控制方法靈活、開關(guān)器件利用率高、逆變器有輸入電壓穩(wěn)定、逆變效果好、諧波含量低、經(jīng)濟性好的優(yōu)點在實際應(yīng)用中。3、滿足半直驅(qū)式、直驅(qū)式風力發(fā)電應(yīng)用的需求，還可以拓展至IJ未來4MW、5麗、6麗等 更大功率風カ發(fā)電機組的應(yīng)用領(lǐng)域。圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)方框圖。圖2是本實用新型的六相不控整流器電路和整流輸出電容器組的連接電路圖。圖3是本實用新型的四重化升壓變換電路和制動單元的連接電路圖。圖4是本實用新型的三重并網(wǎng)逆變器電路中的一個并網(wǎng)逆變器電路電路圖。
以下結(jié)合附圖與本實用新型的實施方式作進ー步詳細的描述如

圖1-4所示，ー種風電變流器電路結(jié)構(gòu)，包括有順次連接的用于與發(fā)電機連接整流輸出直流電壓的六相不控整流器電路1，整流輸出電容器組2，用于對直流電壓進行四次升壓變換并使母線電壓穩(wěn)定在合適范圍的四重化升壓變換電路3，用于在電網(wǎng)故障或風機超速時吸收發(fā)電機側(cè)能量保護變流器器件及實現(xiàn)低電壓穿越功能的制動單元4，以及用于對直流母線電壓進行三重交流轉(zhuǎn)換并輸出滿足電網(wǎng)連接要求的交流電壓的三重并網(wǎng)逆變器電路5。所述六相不控整流器電路I包括順次連接的發(fā)電機輸出開關(guān)11和六相不控整流橋12，所述六相不控整流橋12包括6個并聯(lián)一起的整流ニ極管組121，所述每個整流ニ極管組121包括兩個首尾相連的整流ニ極管，所述兩個首尾相連的整流ニ極管的連接點作為整流ニ極管組121的輸入端，所述兩個整流ニ極管的兩個非連接點作為整流ニ極管組121的整流輸出端，所述六相不控整流橋12輸出諧波含量比較大的電流后與整流輸出電容器組2連接，由于不控整流橋的非線性特性，整流橋輸入側(cè)電流特性畸變很嚴重，諧波含量比較大，會使發(fā)電機功率因數(shù)降低，發(fā)電機轉(zhuǎn)矩發(fā)生振蕩?？梢酝ㄟ^功率因數(shù)校正技術(shù)，改變開關(guān)器件的占空比，使發(fā)電機輸出電流保持正弦并保持與輸出電壓同歩。所述整流輸出電容器組2，通過電容器組提高直流母線電壓的穩(wěn)定性，然后與四重化BOOST升壓變換電路3連接。所述的四重化BOOST升壓變換電路3包括四個并聯(lián)在一起的BOOST升壓變換電路31，所述每個BOOST升壓變換電路31包括有順次連接的用于濾除高頻波而讓直流電流和低頻的電流通過的濾波電抗器組311、用于提高直流母線電壓并穩(wěn)定在合適范圍的BOOST電路模塊312，從整流輸出電容器組2輸出的電流通過接入濾波電感線圈，之后與BOOST電路模塊312連接，通過DC/DCB00ST升壓環(huán)節(jié)，得到直流側(cè)電壓穩(wěn)定的電壓源型逆變器型拓撲結(jié)構(gòu)，可以解決風カ較小發(fā)電機輸出電壓低時保證直流母線電壓的穩(wěn)定，從而使逆變器保持良好的運行特性。它通過升壓環(huán)節(jié)將逆變器直流母線電壓提高并穩(wěn)定在合適的范圍，使逆變器的調(diào)制深度范圍好、提高運行效率、減小損耗，同時電路還可以對永磁同步發(fā)電機輸出側(cè)進行功率因數(shù)校正?？梢钥闯?，整個系統(tǒng)通過增加四重升壓變換器電路3將直流輸入電壓等級提高、系統(tǒng)控制簡單、控制方法靈活、開關(guān)器件利用率高、逆變器有輸入電壓穩(wěn)定、逆變效果好、諧波含量低、經(jīng)濟性好的優(yōu)點在實際應(yīng)用中。所述的制動單元4包括三個并聯(lián)在一起的制動單元模塊41,所述姆個制動單元模塊41包括有順次連接的用于把直流電路的多余能量消耗掉的制動電阻411、用于控制本單元模塊導通與關(guān)斷的制動電路模塊412，當變頻器內(nèi)直流母線電壓持續(xù)升高，當直流電壓達到制動單元4的開啟電壓時，制動電路模塊412功率開關(guān)管開通，電流流過制動電阻411，制動電阻411釋放熱量，變頻器直流母線電壓降低；當直流母線電壓降到制動單元4停止電壓時，制動電路模塊412功率管關(guān)斷。此時沒有制動電流流過電阻，制動電阻411在自然散熱，降低自身溫度；當直流母線的電壓重新升高使制動單元4動作吋，制動單元4將重復以上過程，平衡母線電壓，使系統(tǒng)正常運行。所述的三重并網(wǎng)逆變器電路5包括三個并聯(lián)在一起的并網(wǎng)逆變器電路51，所述每個并網(wǎng)逆變器電路51包括有順次連接的將直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電的逆變電路模塊511，逆變輸出開關(guān)512，逆變?yōu)V波電抗器組513、以及用于限制高次諧波并輸出諧波含量低的三相交流電的逆變?yōu)V波電容器組514，所述逆變?yōu)V波電容器組514作為三重并網(wǎng)逆變器電路5的輸出端其與外部電路連接。本實施例中的BOOST電路模塊312、制動電路模塊412、逆變電路模塊511都采用相似的電路結(jié)構(gòu)，其都主要由兩個IGBT模塊串聯(lián)連接后再與均壓電容電阻電路連接，其中在BOOST電路模塊312與制動電路模塊412中，兩個IGBT模塊的連接點作為輸入端，而在逆變電路模塊511中兩個IGBT模塊的連接點作為輸出端來用。本實施例的以下各參數(shù)設(shè)定主要運用在3MW風電變流器系統(tǒng)中，所述四重升壓變換器電路4采用四重化BOOST技木，由于并網(wǎng)變壓器的額定輸進電壓為620V，則正弦波濾
V2、
波器輸出電壓也應(yīng)該是620V,此時峰值電壓為ほ》= 620x~p = 506F。但需要考慮正弦波
λ/3
濾波器上的電壓損失，因此在這里選Vdc = IlOOV0
、[0025]當發(fā)電機輸出電壓最高達681V時，Boost變換器中開關(guān)管的占空比最低約為Dmm=^^ = 110^q947 =13.9%。當發(fā)電機輸出電壓最低達323V吋，Boost變換器中
開關(guān)管的占空比最高，約為W max = VdC:Vd = 1100~449 = 59.2%。
Vdc1100在電機轉(zhuǎn)速最高吋，Boost變換器總輸出電流不超過Afc = + = 3 =I6 =2727d，
Vdc 1100
它由四個Boost變換器中的續(xù)流ニ極管所平攤，故續(xù)流ニ極管最大均勻電流為
權(quán)利要求1.一種風電變流器電路結(jié)構(gòu)，其特征在于包括有用于與發(fā)電機連接整流輸出直流電壓的六相不控整流器電路(I)，整流輸出電容器組(2)，用于對直流電壓進行四次升壓變換并使母線電壓穩(wěn)定的四重化升壓變換電路(3)，用于在電網(wǎng)故障或風機超速時吸收發(fā)電機側(cè)能量保護變流器器件的制動單元(4)，以及用于對直流母線電壓進行三重交流轉(zhuǎn)換輸出交流電壓的三重并網(wǎng)逆變器電路(5)，所述六相不控整流器電路(I)、整流輸出電容器組(2)、四重化升壓變換電路(3)、制動單元(4)、三重并網(wǎng)逆變器電路(5)為順次連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風電變流器電路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的六相不控整流器電路(I)包括有發(fā)電機輸出開關(guān)(11)，以及用于把發(fā)電機輸出的交流電壓整流成直流電壓的六相不控整流橋(12)，所述發(fā)電機輸出開關(guān)(11)、六相不控整流橋(12)為順次連接，所述六相不控整流橋(12)包括6個并聯(lián)一起的整流二極管組(121)，所述每個整流二極管組(121)包括兩個首尾相連的整流二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風電變流器電路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的四重化BOOST升壓變換電路(3)包括四個并聯(lián)在一起的BOOST升壓變換電路(31)，所述每個BOOST升壓變換電路(31)包括有用于濾除高頻波而讓直流電流和低頻電流通過的濾波電抗器組(311)，和用于提高直流母線電壓并穩(wěn)定的BOOST電路模塊(312)，所述濾波電抗器組(311)、BOOST電路模塊(312)為順次連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風電變流器電路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的制動單元(4)包括三個并聯(lián)在一起的制動單元模塊(41),所述每個制動單元模塊(41)包括有用于把直流電路的多余能量消耗掉的制動電阻(411)、用于控制本單元模塊導通與關(guān)斷的制動電路模塊(412)，所述制動電阻(411)、制動電路模塊(412)為順次連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風電變流器電路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的三重并網(wǎng)逆變器電路(5)包括三個并聯(lián)在一起的并網(wǎng)逆變器電路(51)，所述每個并網(wǎng)逆變器電路(51)包括有用于將直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電的逆變電路模塊(511)，逆變輸出開關(guān)(512)，逆變?yōu)V波電抗器組(513)，以及用于限制高次諧波并輸出諧波含量低的三相交流電的逆變?yōu)V波電容器組(514)，所述逆變電路模塊(511)、逆變輸出開關(guān)(512)、逆變?yōu)V波電抗器組(513)、逆變?yōu)V波電容器組(514)為順次連接。
專利摘要本實用新型公開了一種風電變流器電路結(jié)構(gòu)，包括有用于與發(fā)電機連接整流輸出直流電壓的六相不控整流器電路，整流輸出電容器組，用于對直流電壓進行四次升壓變換并使母線電壓穩(wěn)定的四重化升壓變換電路，用于在電網(wǎng)故障或風機超速時吸收發(fā)電機側(cè)能量保護變流器器件的制動單元，以及用于對直流母線電壓進行三重交流轉(zhuǎn)換輸出交流電壓的三重并網(wǎng)逆變器電路，所述六相不控整流器電路、整流輸出電容器組、四重化升壓變換電路、制動單元、三重并網(wǎng)逆變器電路為順次連接。本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊且通用，控制靈活，運行穩(wěn)定的風電變流器電路結(jié)構(gòu)方案。
文檔編號H02M5/458GK202444429SQ20122009391
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者李峰, 王瑜, 鐘道禎, 黎裕文 申請人:廣東明陽龍源電力電子有限公司