本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電裝置，具體為永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

背景技術(shù)：

圖1所示為現(xiàn)有永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)PMSG和與之連接的變頻裝置，所述永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出兩組三相交流電，所述變頻裝置由二極管整流電路、升壓與斬波電路和IGBT構(gòu)成的三相全橋逆變電路構(gòu)成。此結(jié)構(gòu)為典型的不控整流+直流升壓斬波+PWM逆變型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。六相永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出AC690V電能，經(jīng)過二極管整理形成12脈波的直流電壓，進(jìn)入中間直流回路；由于風(fēng)速的隨機(jī)變化，為使機(jī)組實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤運(yùn)行，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速須隨風(fēng)速改變，故發(fā)電機(jī)輸出端經(jīng)不控整流得到的直流電壓是浮動的，必須經(jīng)過一級BOOST電路將直流母線電壓提升至所需要的水平；PWM逆變器回路則是將中間直流回路變換為AC620交流電，逆變拓?fù)洳捎玫氖侨嗳珮蚰孀兓芈?。AC620V的交流電經(jīng)過濾波，提升電流的品質(zhì)，再經(jīng)過并網(wǎng)變壓器，升壓至10KV后并網(wǎng)。

上述現(xiàn)有永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在以下幾個方面的不足：

1）發(fā)電機(jī)輸出經(jīng)過不控整流加電容濾波，造成發(fā)電機(jī)嚴(yán)重的非線性負(fù)載，可能導(dǎo)致電樞電流波形畸變，功率因數(shù)降低和發(fā)電機(jī)內(nèi)部損耗增大等后果；為此需要采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施，例如在發(fā)電機(jī)機(jī)端并聯(lián)交流電容以改善發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)，但這增加了系統(tǒng)的成本和體積。

2）BOOST電路工作時，需借助直流電感L存儲和釋放能量，既有方案中發(fā)電機(jī)輸出整流后采用集中BOOST升壓，由于電感中流過過大單極性脈動電流，其偏磁效應(yīng)十分嚴(yán)重，極易飽和，因此不得不采用大氣隙甚至空心電感，使得體積大、重量重、成本高。特別是對于功率較大的風(fēng)電機(jī)組，流過電感的電流也相應(yīng)變大，問題更加突出。

3）受IGBT承壓能力的限制，能量變換過程中各部分額定電壓過低，導(dǎo)致同樣功率下電流過大，損耗過大；也因此限制了發(fā)電機(jī)組輸出功率的提升，限制了風(fēng)能的充分利用；上述現(xiàn)有永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電能變換過程中的輸出額定電壓等級為AC620V，其最大輸出功率2.5WM并很難再提高。

4）兩電平網(wǎng)測PWM變頻器輸出的電流諧波大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決現(xiàn)有永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在的上述缺陷和問題，提供一種永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，該永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過給出一種新型的超多組電樞繞組發(fā)電機(jī)的思路，改變永磁發(fā)電機(jī)傳統(tǒng)的電樞輸出設(shè)計(jì)方式，并結(jié)合單元串聯(lián)多重化中壓變頻技術(shù)，來克服現(xiàn)有永磁發(fā)電機(jī)組存在的缺陷和問題，特別是滿足風(fēng)電市場未來發(fā)展過程中對于永磁發(fā)電機(jī)功率不斷提升的要求。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)PMSG和與之連接的變頻裝置，永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)PMSG有3n個彼此（完全）電氣隔離的三相或單相電樞繞組，n為大于等于2的自然數(shù)；變頻裝置包括3n個功率模塊，每個功率模塊由三相或單相PWM整流電路、直流斬波電路和單相全橋逆變電路構(gòu)成，每個三相或單相電樞繞組與對應(yīng)功率模塊的整流電路的輸入端相連，3n個功率模塊分成三組，每組中的n個功率模塊的單相全橋逆變電路的輸出端相互串聯(lián)，三組串聯(lián)的功率模塊構(gòu)成變頻裝置的三相交流輸出。本發(fā)明變頻裝置中功率模塊的整流電路由現(xiàn)有技術(shù)的二極管不控整流變?yōu)镻WM四象限整流器，通過所有功率模塊單元四象限的多重化交錯控制策略可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)部諧波的最大優(yōu)化，也使發(fā)電機(jī)與PWM整流電路之間的儲能電感的設(shè)計(jì)得到優(yōu)化；通過超多組電樞繞組及功率模塊串接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了變頻裝置的額定輸出電壓，從而在不過大增加額定電流的情況下，可提高整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率，進(jìn)而提高風(fēng)能的利用率。多個功率模塊的單相全橋逆變電路的輸出端相互串聯(lián)，利用多電平電壓疊加的方式優(yōu)化輸出電壓波形，從而減小變頻裝置輸出電流的諧波。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明產(chǎn)生如下技術(shù)效果：1、極大地提升了永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率，輸出功率可達(dá)到2.5WM以上，如 3WM－10WM、甚至20WM。2、優(yōu)化了永磁發(fā)電機(jī)的諧波，優(yōu)化了三相交流輸出的諧波，提高了系統(tǒng)可靠性；3、通過提升電壓的方式，在相同功率下降低電流，減小損耗，提高系統(tǒng)效率。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電路原理圖；

圖2為本發(fā)明所述永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電路原理圖；

圖3為功率模塊的電路原理圖（以三相為例）；

圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)PMSG和與之連接的變頻裝置，永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)PMSG有3n個彼此（完全）電器隔離的三相或單相電樞繞組，n為大于等于2的自然數(shù)；變頻裝置包括3n個功率模塊，每個功率模塊由三相或單相PWM整流電路、直流斬波電路和單相全橋逆變電路構(gòu)成，每個三相或單相電樞繞組與對應(yīng)功率模塊的整流電路的輸入端相連，3n個功率模塊分成三組，每組中的n個功率模塊的單相全橋逆變電路的輸出端相互串聯(lián)，三組串聯(lián)的功率模塊構(gòu)成變頻裝置的三相交流輸出。

圖4給出了本發(fā)明所述永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一種具體實(shí)例，該實(shí)例為一個功率為3MW的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，該永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)為9組三相交流輸出，每組之間互相電器隔離，9組三相交流輸出端線電壓為AC690V，輸出功率均勻，因PWM四象限可以實(shí)現(xiàn)較高的功率因數(shù)，發(fā)電機(jī)輸出每相電流為290A；AC690V從發(fā)電機(jī)輸出進(jìn)入變頻裝置，變頻裝置由9個功率模塊單元分組串聯(lián)而成，通過將3個功率模塊的輸出疊加起來得到相電壓為AC1773V左右的中壓輸出，考慮并網(wǎng)時輸出無功功率，電流約為600A;三組分別串聯(lián)的功率模塊形成Y型連接結(jié)構(gòu)，輸出線電壓為AC3KV等級的三相交流電；通過電機(jī)側(cè)四象限三相PWM整流器的控制，實(shí)現(xiàn)功率模塊中間電壓的調(diào)節(jié)控制；9個功率模塊通過27重相間均勻PWM交錯控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)諧波的優(yōu)化；通過將3個功率模塊的輸出疊加也降低了所輸出的三相交流電的諧波。三相AC3KV輸出經(jīng)過隔離開關(guān)和并網(wǎng)變壓器后，完成濾波和升壓后并網(wǎng)。