用于柔性直流輸電系統(tǒng)的雙饋型風電機組變流器拓撲結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于柔性直流輸電系統(tǒng)的雙饋型風電機組變流器拓撲結(jié)構(gòu)，屬于風力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。該拓撲結(jié)構(gòu)包括定子側(cè)變流器、機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器；所述定子側(cè)變流器一端與風力發(fā)電機的定子連接，另一端分別與所述機側(cè)變流器、所述網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器連接；所述機側(cè)變流器另一端與風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子連接；所述網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器的另一端通過高壓直流電纜與高壓直流母線連接，實現(xiàn)雙饋型風電機組柔性直流輸電并網(wǎng)發(fā)電。本實用新型可以使機側(cè)變流器控制更簡單、靈活，且其額定功率更小，無需額外蓄電池作為其逆變電源，同時無需升壓電力變壓器、箱式變電站，占地面積小，成本低，損耗小，尤其適合于海上風電。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種變流器，尤其是一種用于柔性直流輸電系統(tǒng)的雙饋型風力發(fā) 電機組使用的變流器，屬于風力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。 用于柔性直流輸電系統(tǒng)的雙饋型風電機組變流器拓撲結(jié)構(gòu)

【背景技術(shù)】
[0002] 目前兆瓦級風力發(fā)電機組一般均通過交直交變流器輸出690V50HZ交流電，經(jīng)升 壓變壓器升壓后匯至交流母線并網(wǎng)。其缺點是：需要升壓變壓器、箱式變電站，占地面積大， 成本1?，損耗1?，尤其制約著海上風電的發(fā)展。
[0003] 為解決上述問題，本專利 申請人:提出專利號為ZL 201320114072. X的中國專利 申請，公開了一種雙饋型風力發(fā)電機組用高壓直流變流器拓撲結(jié)構(gòu)，該拓撲結(jié)構(gòu)包括整流 器、機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)DC-DC升壓變換器；所述整流器一端與風力發(fā)電機的定子連接，另一 端分別與所述機側(cè)變流器、所述網(wǎng)側(cè)DC-DC升壓變換器連接；所述機側(cè)變流器另一端與風 力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子連接；所述網(wǎng)側(cè)DC-DC升壓變換器的另一端通過高壓直流電纜與高壓直流 母線連接。該結(jié)構(gòu)雖然可以從根本上解決雙饋型風力發(fā)電機組高壓直流并網(wǎng)問題，但在雙 饋型風力發(fā)電機組啟動時需要額外蓄電池給所述機側(cè)變流器提供逆變電源，并且控制不夠 靈活，成本高，不利于推廣應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的主要目的在于：針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，提供一種不僅不需 使用額外蓄電池，而且控制更加靈活、成本經(jīng)濟的用于柔性直流輸電系統(tǒng)的雙饋型風電機 組變流器拓撲結(jié)構(gòu)，從而便于推廣應(yīng)用。
[0005] 為了達到以上目的，本實用新型用于柔性直流輸電系統(tǒng)的雙饋型風電機組變流器 拓撲結(jié)構(gòu)包括定子側(cè)變流器、機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器。所述定子側(cè)變流器一端與風 力發(fā)電機的定子連接，另一端分別與所述機側(cè)變流器、所述網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器連接；所述機 側(cè)變流器另一端與風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子連接；所述網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器的另一端通過高壓直流 電纜與高壓直流母線連接。
[0006] 本實用新型進一步的完善是，所述定子側(cè)變流器由整流器和Boost斬波器組成， 實現(xiàn)整流、升壓、最大功率點跟蹤和功率因數(shù)校正功能；所述整流器可以是不可控整流器， 也可以是可控整流器(如電壓源型PWM整流器)。
[0007] 本實用新型進一步的完善是，所述網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器為雙向變換器，包括1級或1 級以上的升降壓回路，實現(xiàn)直流升壓和降壓以及穩(wěn)壓功能。
[0008] 本實用新型進一步的完善是，所述機側(cè)變流器與現(xiàn)有機側(cè)變流器一致，但其額定 功率可以更小，控制方法更為簡單、靈活。
[0009] 本實用新型的有益效果是：雙饋型風力發(fā)電機組發(fā)出的交流電經(jīng)整流升壓后，通 過網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器直接升至直流高壓，實現(xiàn)遠程多端柔性直流輸電并網(wǎng)發(fā)電，機側(cè)變流 器控制更為簡單和靈活，且其額定功率更小，無需額外蓄電池作為其逆變電源，同時無需升 壓電力變壓器、箱式變電站，占地面積小，制造成本低，損耗小，益于推廣應(yīng)用，尤其適合于 海上風電。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 附圖1為本實用新型拓撲結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0011] 其中，1-機側(cè)變流器；2-定子側(cè)變流器；3-網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器；4-雙饋型風力發(fā) 電機定子；5-雙饋型風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子；6-高壓直流電網(wǎng)。

【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖1，對本實用新型作進一步詳細說明。
[0013] 如附圖1所示，本實用新型用于柔性直流輸電系統(tǒng)的雙饋型風電機組變流器拓撲 結(jié)構(gòu)包括機側(cè)變流器1、定子側(cè)變流器2、網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器3。雙饋型風力發(fā)電機定子4輸 出的頻率和幅值均可變的交流電經(jīng)定子側(cè)變流器2整流升壓后，一端與機側(cè)變流器1連接； 另一端經(jīng)過網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器3直接升壓至直流高壓(如10kV)，匯至高壓直流電網(wǎng)6,實現(xiàn) 可控直流并網(wǎng)。機側(cè)變流器1 一端與雙饋型風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子5相連，提供雙饋型風力發(fā)電 機轉(zhuǎn)子5的勵磁電流；機側(cè)變流器1的另一端與網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器3相連，可將轉(zhuǎn)子5發(fā)出 的有功功率通過網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器3傳輸給高壓直流電網(wǎng)6。
[0014] 所述定子側(cè)變流器2由整流器和Boost斬波器組成，其中，所述整流器將發(fā)電機 定子輸出的交流電進行整流，然后由所述Boost斬波器進行升壓，并實現(xiàn)最大功率點跟蹤 (MPPT)，捕獲最大風能，因而發(fā)電機定子輸出的交流電，其頻率和幅值均可變化；同時還能 對發(fā)電機輸出的電壓電流進行功率因數(shù)校正（PFC)，提高了發(fā)電機有功功率輸出能力，減小 了電流諧波含量，進而進一步降低發(fā)電機損耗，提高系統(tǒng)效率。
[0015] 所述網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器3為雙向變換器，包括1級或1級以上的升降壓回路，實現(xiàn) 直流升壓、降壓及穩(wěn)壓功能。使用時，在風機啟動并網(wǎng)前，所述網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器3工作于 直流降壓狀態(tài)，將直流電網(wǎng)電壓降至合適水平并使之恒定，為所述機側(cè)變流器1提供逆變 電源，因而在風電機組啟動時無需額外蓄電池；所述機側(cè)變流器1經(jīng)過逆變給轉(zhuǎn)子5提供三 相交流勵磁電流，風電機組啟動。風電機組正常運行后，所述網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器3工作于直 流升壓狀態(tài)，將風電機組發(fā)出的功率傳遞給高壓直流電網(wǎng)6。
[0016] 在風電機組正常運行時，由于所述定子側(cè)變流器2不要求發(fā)電機定子輸出恒壓恒 頻（如690V50HZ)交流電，因而所述機側(cè)變流器1控制更為簡單和靈活，其輸出頻率只需按 一定比例跟蹤發(fā)電機轉(zhuǎn)速的變化，即可實現(xiàn)發(fā)電機始終工作于一種運行狀態(tài)(如超同步運 行狀態(tài))，而無需考慮在同步點上下跨越的控制問題；由此也可以使轉(zhuǎn)差率很低，從而使機 側(cè)變流器1的額定功率更小，進一步降低了成本。
[0017] 除上述實施例外，本實用新型還可以有其它實施方式。凡采用等同替換或等效變 換形成的技術(shù)方案，均落在本實用新型要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于柔性直流輸電系統(tǒng)的雙饋型風電機組變流器拓撲結(jié)構(gòu)，包括定子側(cè)變流 器、機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器；其特征在于：所述定子側(cè)變流器一端與風力發(fā)電機的 定子連接，另一端分別與所述機側(cè)變流器、所述網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器連接；所述機側(cè)變流器另 一端與風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子連接；所述網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器的另一端通過高壓直流電纜與高壓 直流母線連接，實現(xiàn)雙饋型風電機組柔性直流輸電并網(wǎng)發(fā)電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于柔性直流輸電系統(tǒng)的雙饋型風電機組變流器拓撲結(jié)構(gòu)，其 特征在于：所述定子側(cè)變流器由整流器和Boost斬波器組成，實現(xiàn)整流、升壓、最大功率點 跟蹤和功率因數(shù)校正功能。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于柔性直流輸電系統(tǒng)的雙饋型風電機組變流器拓撲結(jié)構(gòu)，其 特征在于：所述網(wǎng)側(cè)DC-DC變換器為雙向變換器，包括1級或1級以上的升降壓回路，實現(xiàn) 直流升壓和降壓以及穩(wěn)壓功能。
【文檔編號】H02J1/12GK203883469SQ201420171452
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】蔡彬, 褚曉廣, 周士貴, 丁文龍, 李金鵬, 高媛 申請人:曲阜師范大學, 褚曉廣