專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電機的并網(wǎng)變流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于風(fēng)力發(fā)電變流技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種風(fēng)カ發(fā)電機的并網(wǎng)變流器。
背景技術(shù)：
近年來，能源與環(huán)境問題已成為全球可持續(xù)發(fā)展所面臨的主要問題，風(fēng)電作為ー種綠色能源以其無污染和可再生性日益受到世界各國的重視，具有廣闊的應(yīng)用前景。在風(fēng)カ發(fā)電中，當(dāng)風(fēng)カ發(fā)電機與電網(wǎng)并網(wǎng)時，要求風(fēng)電輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。但風(fēng)速的變化會引起風(fēng)カ機轉(zhuǎn)速的變化，如果沒有必要的機械或電氣控制，則有風(fēng)力機驅(qū)動的交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)速也將隨之改變，因而發(fā)電機的輸出電壓以及頻率皆將不恒定。·特別是80年代后基于計算機系統(tǒng)的控制設(shè)備和電子裝備的大量投入使用，這些裝置對電能非常敏感，一些連續(xù)精加工的生產(chǎn)線對不合格電カ的容許度甚至嚴格到只能持續(xù)エ頻1-2個周期。但是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的接入會對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊問題，會影響這些對電能質(zhì)量敏感設(shè)備的正常運行。因此隨著我國風(fēng)カ發(fā)電的發(fā)展，風(fēng)電場接入電カ系統(tǒng)問題也開始列入考慮范圍。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本實用新型提供了一種風(fēng)カ發(fā)電機的并網(wǎng)變流器，能夠明顯減少風(fēng)電功率變換過程中的損耗，且輸出電流穩(wěn)定。一種風(fēng)カ發(fā)電機的并網(wǎng)變流器，包括整流器以及通過LC濾波器與整流器相連的ZVS-PWM(零電壓開關(guān)-脈沖寬度調(diào)制)變換器；所述的ZVS-PWM變換器連接有控制電路，所述的控制電路連接有均流電路。所述的整流器用于將風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電；所述的LC濾波器用于對所述的直流電進行濾波處理；所述的ZVS-PWM變換器用于對濾波后的直流電進行穩(wěn)壓處理，并將穩(wěn)壓后的直流電注入至直流母線；所述的均流電路用于向控制電路提供電壓反饋和電流反饋；所述的控制電路用于根據(jù)所述的電壓反饋和電流反饋，生成PWM信號以對ZVS-PWM變換器中的功率開關(guān)器件進行控制。所述的ZVS-PWM變換器由四個開關(guān)管、八個ニ極管、六個電容、兩個電感、一個電阻和一個變壓器組成；其中，開關(guān)管Q1、ニ極管Dl和電容Cl并聯(lián)后的一端與開關(guān)管Q3、ニ極管D3和電容C3并聯(lián)后的一端相連并接LC濾波器，開關(guān)管Ql、ニ極管Dl和電容Cl并聯(lián)后的另一端與開關(guān)管Q2、ニ極管D2和電容C2并聯(lián)后的一端相連并接電容Cr的一端,開關(guān)管Q2、ニ極管D2和電容C2并聯(lián)后的另一端與開關(guān)管Q4、ニ極管D4和電容C4并聯(lián)后的一端相連并接LC濾波器，開關(guān)管Q3、ニ極管D3和電容C3并聯(lián)后的另一端與開關(guān)管Q4、ニ極管D4和電容C4并聯(lián)后的另一端相連并接變壓器原邊繞組的一端，電容Cr的另一端與電感Lr的一端相連，電感Lr的另一端與變壓器原邊繞組的另一端相連，變壓器副邊繞組的一端與ニ極管VDl的陽極和ニ極管VD3的陰極相連，變壓器副邊繞組的另一端與ニ極管VD2的陽極和ニ極管VD4的陰極相連，VDl的陰極與VD2的陰極和電感L的一端相連，VD3的陽極與VD4的陽極和電阻Rs的一端相連，電感L的另一端與電容C的一端相連，電容C的另一端與電阻Rs的另一端相連并接地。所述的均流電路由六個電阻、四個電容、一個光耦、一個發(fā)光二極管和一個均流芯片UC3907構(gòu)成；其中，光耦的第一輸入端接收給定的第一基準電壓，光耦的第二輸入端與電阻R6的一端和電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端接地，光稱的第一輸出端與發(fā)光二極管的陽極和均流芯片UC3907的10腳相連并接收給定的第二基準電壓，光耦的第二輸出端與均流芯片UC3907的9腳相連，均流芯片UC3907的3腳與5腳和電容Cl的一端相連并接電源電壓，電容Cl的另一端與均流芯片UC3907的7腳相連，均流芯片UC3907的I腳與13腳共連，均流芯片UC3907的16腳與電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端與發(fā)光二極管的陰極相連，均流芯片UC3907的2腳與控制電路相連并提供電流反饋，均流芯片UC3907的12腳與電阻R3的一端和電容C2的一端相連，電阻R3的另一端與電容C3的一端相連,均流芯片UC3907的11腳與電容C3的另一端、電容C2的另一端和控制電路相連并提供電壓反 饋，均流芯片UC3907的8腳與電阻R4的一端相連，均流芯片UC3907的14腳與電阻R5的一端和電容C4的一端相連,均流芯片UC3907的6腳與電阻R4的另一端、電阻R5的另一端和電容C4的另一端相連，均流芯片UC3907的4腳接地，均流芯片UC3907的15腳接直流母線。所述的控制電路由八個電阻、五個電容、一個ニ極管、ー個驅(qū)動隔離電路和ー個控制芯片UCC3895組成；其中，控制芯片UCC3895的I腳與2腳共連，控制芯片UCC3895的3腳與電容Cl的一端和電阻R5的一端相連，控制芯片UCC3895的4腳與電容C2的一端和電阻R4的一端相連，控制芯片UCC3895的7腳與電容C3的一端相連，控制芯片UCC3895的8腳與電阻Rl的一端和調(diào)節(jié)端相連，控制芯片UCC3895的9腳與電阻R2的一端和調(diào)節(jié)端相連，控制芯片UCC3895的10腳與電阻R3的一端和調(diào)節(jié)端相連，控制芯片UCC3895的5腳與電容Cl的另一端、電容C2的另一端、電容C3的另一端、電阻Rl的另一端、電阻R2的另一端和電阻R3的另一端相連并接地，控制芯片UCC3895的20腳與電阻R4的另一端和均流電路相連并接收電壓反饋，控制芯片UCC3895的19腳與電容C5的一端相連，控制芯片UCC3895的13腳、14腳、17腳和18腳分別與驅(qū)動隔離電路的四個輸入端相連，隔離電路的輸出端與ZVS-PWM變換器相連，控制芯片UCC3895的16腳與電容C5的另一端相連并接地，控制芯片UCC3895的15腳接電源電壓，控制芯片UCC3895的12腳與電阻R5的另一端、電阻R6的一端、電容C4的一端、電阻R8的一端和ニ極管的陰極相連，控制芯片UCC3895的11腳與電阻R6的另一端和電阻R7的一端相連，電阻R7的另一端與電容C4的另一端和電阻R8的另一端相連并接地，ニ極管的陽極與均流電路相連并接收電流反饋。本實用新型的有益效果為(I)本實用新型超前和滯后橋臂的開關(guān)管在額定負載下能很好地實現(xiàn)軟開關(guān)；通過采用均流技術(shù)后，穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)下兩個電流非常接近，電流不平衡度大約為2%，符合預(yù)期的設(shè)計。(2)本實用新型能夠明顯減少風(fēng)電功率變換過程中的損耗，并且輸出電流穩(wěn)定，不會形成大幅震蕩，提高了風(fēng)カ發(fā)電的效率和供電質(zhì)量，提高了響應(yīng)速度，有效的降低了系統(tǒng)的成本，在并網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)中具有較高的應(yīng)用價值。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用示意圖。圖2為ZVS-PWM變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為均流電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了更為具體地描述本實用新型，
以下結(jié)合附圖及具體實施方式
對本實用新型的技術(shù)方案及其相關(guān)原理進行詳細說明。如圖I所示，一種風(fēng)カ發(fā)電機的并網(wǎng)變流器，包括整流器以及通過LC濾波器與整流器相連的ZVS-PWM變換器；ZVS-PWM變換器連接有控制電路，控制電路連接有均流電路。整流器用于將風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的三相交流電(280 420V)轉(zhuǎn)換為直流電；LC濾波器用于對整流器輸出的直流電進行濾波處理；ZVS-PWM變換器用于對濾波后的直流電進行穩(wěn)壓處理(穩(wěn)壓至110V)，并將穩(wěn)壓后的直流電注入至直流母線；如圖2所示，ZVS-PWM變換器由四個開關(guān)管、八個ニ極管、六個電容、兩個電感、一個電阻和ー個變壓器組成；其中，開關(guān)管Q1、ニ極管Dl和電容Cl并聯(lián)后的一端與開關(guān)管Q3、ニ極管D3和電容C3并聯(lián)后的一端相連并接LC濾波器，開關(guān)管Q1、ニ極管Dl和電容Cl并聯(lián)后的另一端與開關(guān)管Q2、ニ極管D2和電容C2并聯(lián)后的一端相連并接電容Cr的一端，開關(guān)管Q2、ニ極管D2和電容C2并聯(lián)后的另一端與開關(guān)管Q4、ニ極管D4和電容C4并聯(lián)后的一端相連并接LC濾波器，開關(guān)管Q3、ニ極管D3和電容C3并聯(lián)后的另一端與開關(guān)管Q4、ニ極管D4和電容C4并聯(lián)后的另一端相連并接變壓器原邊繞組的一端，電容Cr的另一端與電感Lr的一端相連，電感Lr的另一端與變壓器原邊繞組的另一端相連，變壓器副邊繞組的一端與ニ極管VDl的陽極和ニ極管VD3的陰極相連，變壓器副邊繞組的另ー端與ニ極管VD2的陽極和ニ極管VD4的陰極相連，VDl的陰極與VD2的陰極和電感L的一端相連，VD3的陽極與VD4的陽極和電阻Rs的一端相連，電感L的另一端與電容C的一端相連，電容C的另一端與電阻Rs的另一端相連并接地。其中，Ql和Q2構(gòu)成超前橋臂，D1、C1和D2、C2分別為Ql和Q2的反并ニ極管和并聯(lián)結(jié)電容，Lr為變壓器漏電感；移相PWM控制技術(shù)利用變壓器的漏電感Lr和輸出結(jié)電容Cl C4作為諧振元件，在一個完整的開關(guān)周期中通過諧振使全橋變換器中的4個開關(guān)管依次在零電壓下導(dǎo)通，在輸出結(jié)電容作用下實現(xiàn)零電壓關(guān)斷；通過移相控制實現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)，完成對輸出電壓的控制。均流電路用于向控制電路提供電壓反饋和電流反饋；如圖3所示，均流電路由六個電阻、四個電容、一個光耦、一個發(fā)光二極管和ー個均流芯片UC3907構(gòu)成；其中，光耦的第一輸入端接收給定的第一基準電壓，光稱的第二輸入端與電阻R6的一端和電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端接地，光耦的第一輸出端與發(fā)光二極管的陽極和均流芯片UC3907的10腳相連并接收給定的第二基準電壓，光耦的第二輸出端與均流芯片UC3907的9腳相連，均流芯片UC3907的3腳與5腳和電容Cl的一端相連并接電源電壓，電容Cl的另一端與均流芯片UC3907的7腳相連，均流芯片UC3907的I腳與13腳共連，均流芯片UC3907的16腳與電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端與發(fā)光二極管的陰極相連，均流芯片UC3907的2腳與控制電路相連并提供電流反饋，均流芯片UC3907的12腳與電阻R3的一端和電容C2的一端相連，電阻R3的另一端與電容C3的一端相連，均流芯片UC3907的11腳與電容C3的另一端、電容C2的另一端和控制電路相連并提供電壓反饋，均流芯片UC3907的8腳與電阻R4的一端相連，均流芯片UC3907的14腳與電阻R5的一端和電容C4的一端相連，均流芯片UC3907的6腳與電阻R4的另一端、電阻R5的另一端和電容C4的另一端相連，均流芯片UC3907的4腳接地，均流芯片UC3907的15腳接直流母線。本實施方式中，均流芯片采用TI公司生產(chǎn)的UC3907，該芯片由電壓環(huán)和電流環(huán)構(gòu)成，電壓環(huán)包括電壓放大器、接地放大器和驅(qū)動放大器，電流環(huán)包括電流放大器、緩沖放大器和調(diào)節(jié)放大器?？刂齐娐酚糜诟鶕?jù)電壓反饋和電流反饋，生成PWM信號以對ZVS-PWM變換器中的功率開關(guān)器件進行控制；如圖4所示，控制電路由八個電阻、五個電容、一個ニ極管、ー個驅(qū)動隔離電路和ー個控制芯片UCC3895組成；其中，控制芯片UCC3895的I腳與2腳共連，控制芯片UCC3895的3腳與電容Cl的一端和電阻R5的一端相連，控制芯片UCC3895的4腳 與電容C2的一端和電阻R4的一端相連，控制芯片UCC3895的7腳與電容C3的一端相連，控制芯片UCC3895的8腳與電阻Rl的一端和調(diào)節(jié)端相連，控制芯片UCC3895的9腳與電阻R2的一端和調(diào)節(jié)端相連，控制芯片UCC3895的10腳與電阻R3的一端和調(diào)節(jié)端相連，控制芯片UCC3895的5腳與電容Cl的另一端、電容C2的另一端、電容C3的另一端、電阻Rl的另一端、電阻R2的另一端和電阻R3的另一端相連并接地，控制芯片UCC3895的20腳與電阻R4的另一端和均流電路相連并接收電壓反饋，控制芯片UCC3895的19腳與電容C5的一端相連，控制芯片UCC3895的13腳、14腳、17腳和18腳分別與驅(qū)動隔離電路的四個輸入端相連，隔離電路的輸出端與ZVS-PWM變換器相連，控制芯片UCC3895的16腳與電容C5的另一端相連并接地，控制芯片UCC3895的I 5腳接電源電壓，控制芯片UCC3895的12腳與電阻R5的另一端、電阻R6的一端、電容C4的一端、電阻R8的一端和ニ極管的陰極相連,控制芯片UCC3895的11腳與電阻R6的另一端和電阻R7的一端相連，電阻R7的另一端與電容C4的另一端和電阻R8的另一端相連并接地，ニ極管的陽極與均流電路相連并接收電流反饋。本實施方式中，控制芯片采用Unitrode公司生產(chǎn)的UCC3895 (相移式PWM控制器)，其采用恒頻脈寬調(diào)制，結(jié)合諧振式零電壓開關(guān)，能在高頻率條件下高效率地工作，相對于早期的UC3875和UC3879系列控制器，増加了自適應(yīng)死區(qū)時間設(shè)置，能適應(yīng)負載變化時不同的準諧振軟開關(guān)要求，同時由于它采用了 BCDMOSエ藝，使得它的功耗更小，工作頻率更高，因而更加符合未來電カ電子裝置的發(fā)展要求。電壓反饋信號分別輸入UCC3895第20引腳和4引腳，為使基準電源更加穩(wěn)定，在4引腳到地之間接入0. Iuf的旁路電容C2。電流反饋分別接引腳3和引腳12，引腳12為電流取樣比較器的反相輸入端，也是過流保護比較器和ADS放大器的同向輸入端，采用峰值電流型控制模式吋，電流信號用于逐周限流，在具有次級輸出關(guān)斷門限的任何情況下，電流取樣信號還可以用于過流保護。出現(xiàn)過流故障時，輸出脈沖關(guān)斷，重新開始新的周期，這種功能稱為帶有完整軟啟動的“軟關(guān)斷”。引腳15接電源電壓U。引腳19為軟啟動/關(guān)斷端，通過電容C5接地。[0030]本實施方式中，ZVS-PWM變換器利用移相PWM控制技術(shù)利用變壓器的漏電感和輸出結(jié)電容作為諧振元件，在一個完整的開關(guān)周期中通過諧振使全橋變換器中的4個開關(guān)管依次在零電壓下導(dǎo)通，在電容作用下實現(xiàn)零電壓關(guān)斷；通過移相控制實現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)，完成對輸出電壓的控制；均流電路采用的最大電流自動均流法 是ー種自動設(shè)定主模塊和從模塊的均流方法，即在n個并聯(lián)的模塊中，輸出電流最大的模塊將自動成為主模塊，而其余的模塊成為從模塊，從模塊電流根據(jù)主模塊電流來調(diào)整，從而實現(xiàn)均流。
權(quán)利要求1.一種風(fēng)カ發(fā)電機的并網(wǎng)變流器，其特征在于，包括整流器以及通過LC濾波器與整流器相連的ZVS-PWM變換器；所述的ZVS-PWM變換器連接有控制電路，所述的控制電路連接有均流電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電機的并網(wǎng)變流器，其特征在于所述的ZVS-PWM變換器由四個開關(guān)管、八個ニ極管、六個電容、兩個電感、一個電阻和一個變壓器組成；其中，開關(guān)管Q1、ニ極管Dl和電容Cl并聯(lián)后的一端與開關(guān)管Q3、ニ極管D3和電容C3并聯(lián)后的一端相連并接LC濾波器，開關(guān)管Q1、ニ極管Dl和電容Cl并聯(lián)后的另一端與開關(guān)管Q2、ニ極管D2和電容C2并聯(lián)后的一端相連并接電容Cr的一端，開關(guān)管Q2、ニ極管D2和電容C2并聯(lián)后的另一端與開關(guān)管Q4、ニ極管D4和電容C4并聯(lián)后的一端相連并接LC濾波器，開關(guān)管Q3、ニ極管D3和電容C3并聯(lián)后的另一端與開關(guān)管Q4、ニ極管D4和電容C4并聯(lián)后的另一端相連并接變壓器原邊繞組的一端，電容Cr的另一端與電感Lr的一端相連，電感Lr的另一端與變壓器原邊繞組的另一端相連，變壓器副邊繞組的一端與ニ極管VDl的陽極和ニ極管VD3的陰極相連，變壓器副邊繞組的另一端與ニ極管VD2的陽極和ニ極管VD4的陰極相連，VDl的陰極與VD2的陰極和電感L的一端相連，VD3的陽極與VD4的陽極和電阻Rs的一端相連，電感L的另一端與電容C的一端相連，電容C的另一端與電阻Rs的另一端相連并接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電機的并網(wǎng)變流器，其特征在于所述的均流電路由六個電阻、四個電容、ー個光I禹、一個發(fā)光二極管和ー個均流芯片UC3907構(gòu)成；其中，光率禹的第一輸入端接收給定的第一基準電壓，光稱的第二輸入端與電阻R6的一端和電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端接地，光稱的第一輸出端與發(fā)光二極管的陽極和均流芯片UC3907的10腳相連并接收給定的第二基準電壓，光耦的第二輸出端與均流芯片UC3907的9腳相連，均流芯片UC3907的3腳與5腳和電容Cl的一端相連并接電源電壓，電容Cl的另一端與均流芯片UC3907的7腳相連，均流芯片UC3907的I腳與13腳共連，均流芯片UC3907的16腳與電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端與發(fā)光二極管的陰極相連，均流芯片UC3907的2腳與控制電路相連并提供電流反饋，均流芯片UC3907的12腳與電阻R3的一端和電容C2的一端相連，電阻R3的另一端與電容C3的一端相連，均流芯片UC3907的11腳與電容C3的另一端、電容C2的另一端和控制電路相連并提供電壓反饋，均流芯片UC3907的8腳與電阻R4的一端相連，均流芯片UC3907的14腳與電阻R5的一端和電容C4的一端相連，均流芯片UC3907的6腳與電阻R4的另一端、電阻R5的另一端和電容C4的另一端相連，均流芯片UC3907的4腳接地，均流芯片UC3907的15腳接直流母線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電機的并網(wǎng)變流器，其特征在于所述的控制電路由八個電阻、五個電容、一個ニ極管、ー個驅(qū)動隔離電路和ー個控制芯片UCC3895組成；其中，控制芯片UCC3895的I腳與2腳共連，控制芯片UCC3895的3腳與電容Cl的一端和電阻R5的一端相連，控制芯片UCC3895的4腳與電容C2的一端和電阻R4的一端相連，控制芯片UCC3895的7腳與電容C3的一端相連，控制芯片UCC3895的8腳與電阻Rl的一端和調(diào)節(jié)端相連，控制芯片UCC3895的9腳與電阻R2的一端和調(diào)節(jié)端相連，控制芯片UCC3895的10腳與電阻R3的一端和調(diào)節(jié)端相連，控制芯片UCC3895的5腳與電容Cl的另一端、電容C2的另一端、電容C3的另一端、電阻Rl的另一端、電阻R2的另一端和電阻R3的另一端相連并接地，控制芯片UCC3895的20腳與電阻R4的另一端和均流電路相連并接收電壓反饋，控制芯片UCC3895的19腳與電容C5的一端相連，控制芯片UCC3895的13腳、14腳、17腳和I 8腳分別與驅(qū)動隔離電路的四個輸入端相連，隔離電路的輸出端與ZVS-PWM變換器相連，控制芯片UCC3895的16腳與電容C5的另一端相連并接地，控制芯片UCC3895的I 5腳接電源電壓，控制芯片UCC3895的12腳與電阻R5的另一端、電阻R6的一端、電容C4的一端、電阻 R8的一端和ニ極管的陰極相連，控制芯片UCC3895的11腳與電阻R6的另一端和電阻R7的一端相連，電阻R7的另一端與電容C4的另一端和電阻R8的另一端相連并接地，ニ極管的陽極與均流電路相連并接收電流反饋。
專利摘要本實用新型公開了一種風(fēng)力發(fā)電機的并網(wǎng)變流器，包括整流器以及通過LC濾波器與整流器相連的ZVS-PWM變換器；ZVS-PWM變換器連接有控制電路，控制電路連接有均流電路。本實用新型應(yīng)用ZVS-PWM技術(shù)和平均電流模式控制方法，并采用最大電流自動均流法可實現(xiàn)多機并聯(lián)均流，能夠明顯減少風(fēng)電功率變換過程中的損耗，并且輸出電流穩(wěn)定，不會形成大幅震蕩，提高了風(fēng)力發(fā)電的效率和供電質(zhì)量，提高了響應(yīng)速度，有效的降低了系統(tǒng)的成本，在并網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)中具有較高的應(yīng)用價值。
文檔編號H02J3/38GK202524301SQ20122019483
公開日2012年11月7日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者馮成杰, 姚志斌, 潘理富, 王萬林, 石順風(fēng), 蔣侃 申請人:浙江日風(fēng)電氣有限公司