本發(fā)明涉及一種基于交流/直流復(fù)合變換器的直流輸出風(fēng)電機組，具體講涉及一種大功率直流輸出風(fēng)電機組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電是五大電源之一，同樣在今后相當(dāng)長時間內(nèi)風(fēng)力發(fā)電還將是主要開發(fā)的清潔能源。隨著風(fēng)場規(guī)模的不斷擴大以及近年來風(fēng)場脫網(wǎng)事故的不斷發(fā)生，風(fēng)電場內(nèi)匯集組網(wǎng)方式的重要性越來越明顯。

交流匯集組網(wǎng)是目前最為成熟的風(fēng)電場內(nèi)匯集組網(wǎng)方式，但隨著風(fēng)場容量的不斷擴大，交流匯集系統(tǒng)中無功電壓穩(wěn)定、諧波放大、低頻振蕩、次同步振蕩等系統(tǒng)問題突顯，同時給本地交流電網(wǎng)的穩(wěn)定和經(jīng)濟運行帶來壓力，導(dǎo)致風(fēng)場建設(shè)的前期投入成本成倍增加。

直流匯集組網(wǎng)可以解決交流匯集組網(wǎng)帶來的系統(tǒng)穩(wěn)定問題，不受風(fēng)電場容量的限制，同時還可以為本也電網(wǎng)提供輔助服務(wù)，從而直流匯集方式成為了現(xiàn)階段新能源并網(wǎng)技術(shù)的研究熱點，同樣受到了大型風(fēng)電場匯集組網(wǎng)的重點關(guān)注。另外新能源中部分電源本身就是直流輸出，若采用直流組網(wǎng)可以簡化功率變換過程，提升能源利用效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種大功率直流輸出的風(fēng)力發(fā)電機組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不需要串入傳統(tǒng)的工頻變壓器，可實現(xiàn)風(fēng)機的最大風(fēng)能跟蹤，適合用于大型風(fēng)場的直流匯集系統(tǒng)，且拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法簡單等優(yōu)點，達到了降低大型風(fēng)場控制復(fù)雜度，提升大型風(fēng)場并網(wǎng)有效容量的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種大功率直流輸出風(fēng)電機組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：風(fēng)力機、傳動鏈、發(fā)電機、交流/直流變換環(huán)節(jié)、直流/直流變換環(huán)節(jié)和開關(guān)組件保護環(huán)節(jié)，所述發(fā)電機的交流輸出端與交流/直流變換器的輸入端連接；所述交流/直流變換器的輸出端與直流/直流變換器的輸入端連接；保護開關(guān)組件分別與 所述直流/直流變換器的輸出端和直流匯集網(wǎng)連接。

優(yōu)選的，所述發(fā)電機采用多組三相繞組輸出結(jié)構(gòu)，同時輸出N組三相交流電源；各組電源間電壓相位、幅值和頻率存在差異；所述三相交流電源的額定電壓幅值相同，頻率相等，且互差120度。

優(yōu)選的，所述風(fēng)力機和傳動鏈與交流風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)相同，采用直驅(qū)型或帶變速箱型。

優(yōu)選的，所述發(fā)電機與交流風(fēng)機中的發(fā)電機結(jié)構(gòu)相同，采用同步發(fā)電機或異步發(fā)電機。

優(yōu)選的，所述交流/直流變換環(huán)節(jié)是由基于IGBT的全功率可控整流變換器并聯(lián)或單獨組成的。

優(yōu)選的，所述直流/直流變換環(huán)節(jié)是由基于IGBT的隔離型直流/直流變換器串聯(lián)或并聯(lián)組成的。

優(yōu)選的，所述直流/直流變換器的輸入端是全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或三相半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸出端是三相不控整流結(jié)構(gòu)或三相可控整流結(jié)構(gòu)；所述直流/直流變換器是串聯(lián)或并聯(lián)運行的。

優(yōu)選的，所述開關(guān)組件保護環(huán)節(jié)是由直流開關(guān)組成的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提出的直流風(fēng)電機組適用于采用直流匯集的大型風(fēng)電場，為后續(xù)我國特大型風(fēng)電場建設(shè)及高效匯集和接入提供了一種可行的技術(shù)手段。

2、本發(fā)明提出的直流風(fēng)電機組能夠傳輸較大功率，可實現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤，且可輸出穩(wěn)定的、電壓等級較高的直流電壓，從而降低了風(fēng)機控制的復(fù)雜度，提高了大型風(fēng)場運行的經(jīng)濟性和可靠性。

附圖說明

圖1為大功率直流輸出風(fēng)電機組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為交流/直流變換環(huán)節(jié)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為直流/直流變換環(huán)節(jié)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為一種大功率直流風(fēng)機變形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式對發(fā)明提供的技術(shù)方案做詳細(xì)說明。

具體實施方案：

如圖1，一種大功率直流輸出風(fēng)電機組的結(jié)構(gòu)框圖。其中包括風(fēng)力機、傳動鏈、發(fā)電機、交流/直流變換器和直流/直流變換器及保護開關(guān)組件等組成，主要可以分析傳動鏈環(huán)節(jié)、AC/DC變換環(huán)節(jié)、DC/DC變換環(huán)節(jié)以及保護環(huán)節(jié)。

如圖2，交流/直流變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。其采用基于IGBT的半橋三相整流變換器結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)直流風(fēng)機的最大功率跟蹤，以及對輸出端直流電壓進行控制，保證風(fēng)能的最大捕獲以及發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，發(fā)電機的交流輸出端分別接入變換器的3個輸入端，經(jīng)過輸入電抗器L、電抗器等效電阻R_l和三相半橋斬波電路調(diào)制后輸出直流電壓，C是直流母線電容，用于儲存能量以及限制直流紋波幅值。三相半橋變換器中包含3個單相電路，3個單相電路采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)；每個單相電路包含2個橋臂；每個橋臂由一組開關(guān)器件S和一等效電阻R_S串聯(lián)組成；每個開關(guān)器件S由一個IGBT和二極管并聯(lián)組成；等效電阻R_S代表開關(guān)器件的導(dǎo)通電阻和線路寄生電阻等。

如圖3，直流/直流變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。直流/直流變換器輸入端采用了三相半橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸入端為交流/直流變換器的輸出端相連，串聯(lián)電抗器后連接三相半橋變換器和續(xù)流電路，三相半橋變換器和續(xù)流電路并聯(lián)運行；三相半橋變換器包含3個單相電路，且實現(xiàn)并聯(lián)連接；每個單相電路由2個橋臂組成，每個橋臂由開關(guān)器件V和反并聯(lián)二極管組成，三橋臂的中點即為三相半橋變換器的輸出端，輸出端連接三相中高頻變壓器T；續(xù)流電路由續(xù)流二極管和電容器C1組成，同時電容器并聯(lián)一組放電電阻。直流/直流變換器輸出端采用了三相半橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸出端連接保護開關(guān)組件；中高頻變壓器的副邊繞組連接三相半橋變換器的輸入端，三相半橋變換器由3個單相電路并聯(lián)組成；每個單相電路由2個橋臂組成，每個橋臂由一組開關(guān)器件V和二極管組成，且3個單相電路與輸出母線電容器C2并聯(lián)連接后形成直流/直流變換器的輸出端，該輸出端再與保護開關(guān)組件串聯(lián)接入直流匯集網(wǎng)。

如圖4，一種大功率直流輸出風(fēng)電機組變形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，該拓?fù)渲饕槍Πl(fā)電機的多繞組輸出特性，每一繞組對應(yīng)1套圖1所示的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，特點是多繞組電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中AC/DC變換環(huán)節(jié)可以獨立運行，也可以并聯(lián)運行，另 外DC/DC變換環(huán)節(jié)輸出端可以并聯(lián)運行，也可以串聯(lián)運行，以便提升輸出端口直流電壓水平或提高輸出功論。

該拓?fù)涑浞掷昧酥绷鬏敵隹刂坪唵蔚奶攸c，去掉了工頻變壓器，降低了風(fēng)機的控制復(fù)雜度，提升了大型風(fēng)場運行的經(jīng)濟性和可靠性。另外其變形拓?fù)涑浞挚紤]了發(fā)電機的多繞組輸出特性，可以提升風(fēng)機的功率密度，降低匯集網(wǎng)的網(wǎng)損。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用于說明本申請的技術(shù)方案而非對其保護范圍的限制，盡管參照上述實施例對本申請進行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請后依然可對申請的具體實施方式進行種種變更、修改或者等同替換，但這些變更、修改或者等同替換，均在申請?zhí)嘏臋?quán)利要求保護范圍之內(nèi)。