專(zhuān)利名稱(chēng)：可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新穎的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，特別涉及一種可再生能源發(fā)電變流器。
背景技術(shù)：
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風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、潮汐發(fā)電等可再生能源的發(fā)電利用越來(lái)越受到人們的關(guān)注。這 些新能源發(fā)電系統(tǒng)的普遍特點(diǎn)是發(fā)電設(shè)備分散、單機(jī)容量小、分布面積廣、輸出電壓電流不 穩(wěn)定，如何將這些可再生能源發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電能高效、可靠、低成本的轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┕I(yè)、 民用直接使用的三相電，是目前我國(guó)及世界范圍內(nèi)急需解決的問(wèn)題。
目前風(fēng)力發(fā)電設(shè)備較多采取的方案是①采用交流勵(lì)磁線繞式轉(zhuǎn)子雙饋電機(jī)變速恒頻風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)。采用位于轉(zhuǎn)子側(cè)功率變流器，調(diào)節(jié)雙饋電機(jī)的交流勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)定子繞 組發(fā)出電能，并直接回饋入電網(wǎng)。由于雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)， 一般需要低壓并且能夠四象 限運(yùn)行的功率變流器，如傳統(tǒng)的可四象限運(yùn)行的交一直一交兩電平變頻器，如圖1所示。該 方案變頻器僅處理轉(zhuǎn)差功率， 一般額定功率為發(fā)電機(jī)容量的三分之一左右，并且也屬于低壓 變流器，因此變流器的成本、體積大大降低，但該方案所存在的問(wèn)題是，發(fā)電機(jī)由于采用線 繞式轉(zhuǎn)子，并通過(guò)滑環(huán)交流勵(lì)磁，使發(fā)電機(jī)體積及成本增加，由于滑環(huán)的使用，致使發(fā)電機(jī)
故障率高，維護(hù)費(fèi)用高。該方案目前在多家風(fēng)電產(chǎn)品中得到采用，如西班牙Gamesa公司的 產(chǎn)品。②永磁發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。該方案中，風(fēng)機(jī)葉輪帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，發(fā) 出的電能經(jīng)過(guò)功率變流器的變頻調(diào)制后，變?yōu)榕c電網(wǎng)匹配的三相交流電，并回饋入電網(wǎng)，實(shí) 現(xiàn)變速恒頻發(fā)電，如圖2、 3所示是該方案采用電壓型變流器的兩種實(shí)現(xiàn)方式。該方案解決 了上述方案中發(fā)電機(jī)可靠性的問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行故障率低，但由于該方案中變流器功率與 發(fā)電機(jī)功率相同，且使用了全控大功率半導(dǎo)體器件IGBT或IGCT，并需要使用大量的電解 電容器，因此變流器成本很高，變流設(shè)備體積大。圖4所示是該方案采用電流型變流器的實(shí) 現(xiàn)方式，使用了半可控功率半導(dǎo)體器件晶閘管，該方式雖然成本較低，但網(wǎng)惻諧波污染嚴(yán)重， 功率因數(shù)低，還需要額外增加諧波治理設(shè)備，使總造價(jià)提高。
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽(yáng)能光電池板輸出直流電流，為了把直流電回饋入交流電網(wǎng)，目 前采用的方案是直流一交流變流器，如圖5所示。該方案實(shí)質(zhì)上是將通用變頻器去掉整流部 分后的交流逆變部分，使用全控大功率半導(dǎo)體器件IGBT或IGCT，并需要使用大量的電解 電容器，同樣，變流器成本很高，可靠性也難以保證
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，成本低，可靠性高，轉(zhuǎn)換效率高， 諧波含量低，可大量推廣使用，以提高清潔能源的利用率。
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，包括一個(gè)由發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的直流電源； 一個(gè) 用于向電網(wǎng)回饋電能的隔離變壓器，其原邊為三相繞組，與電網(wǎng)聯(lián)接，其副邊為多路三相繞 組；多個(gè)將直流電變?yōu)榻涣麟姷墓β首儞Q模塊，各功率變換模塊的輸入端串聯(lián)連接，并與所 述直流電源直接聯(lián)接或通過(guò)匹配電感聯(lián)接，所述功率模塊的輸出端，分別與所述隔離變壓器 的副邊繞組連接； 一個(gè)與所述功率變換模塊連接的主控制電路，所述主控制電路包含電壓、 電流檢測(cè)單元，通過(guò)檢測(cè)所述直流電源的電壓、電流值，并與預(yù)定值對(duì)比，從而控制所述功 率模塊的工作。
上述功率變換模塊是晶閘管三相全控橋式電路，由六個(gè)晶閘管連接為三個(gè)并聯(lián)的橋臂而 成，實(shí)現(xiàn)由直流到交流的變換功能。
上述直流電源可以是包括相互串、并聯(lián)連接而成的太陽(yáng)能光伏電池板構(gòu)成的直流電源， 其輸出端可串聯(lián)電感，以匹配阻抗。
上述直流電源還可以是包括 一個(gè)或多個(gè)由風(fēng)能、潮汐等其他能量驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)； 一個(gè)或多個(gè)與所述發(fā)電機(jī)連接的交流至直流變換電路。所述多個(gè)交流至直流變換電路的輸出 端串聯(lián)或并聯(lián)連接，形成一個(gè)總的輸出直流電。
上述交流至直流變換電路可以是包括由六只二極管連接而成的三相橋式整流電路；或者 是包括由六只晶閘管連接而成的三相全控橋式整流電路；也可以是包括由六只全控式功率半 導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件IGBT或IGCT連接而成的三相可逆橋式整流電路；也可以是包括六只二極管連 接而成的三相橋式整流電路，及在三相橋式整流電路輸出端連接的Buck或Boost電路。
上述用于向電網(wǎng)回饋電能的隔離變壓器可以采用原邊繞組為多個(gè)三相繞組并聯(lián)連接的 分裂式變壓器，以使其副邊繞組短路阻抗分布對(duì)稱(chēng)。該隔離變壓器也可以采用副邊繞組是移 相繞法的移相變壓器，以提高回饋入電網(wǎng)電流的波形系數(shù)，減小諧波，其移相方法可以采用 延邊三角形繞法或曲折移相繞法。
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，采用晶閘管作為直流至交流變換的主開(kāi)關(guān)器 件，成本低，可靠性高，通過(guò)多級(jí)功率變換模塊的串聯(lián)，可適合于不同電壓等級(jí)的發(fā)電設(shè)備， 并可適合于輸入電壓的大幅度波動(dòng)，提高回饋功率因數(shù)。多副邊繞組隔離變壓器可使該系統(tǒng) 與不同電壓等級(jí)的電網(wǎng)匹配，通過(guò)對(duì)副邊繞組的移相設(shè)計(jì)，可提高回饋電網(wǎng)電流的波形系數(shù)， 降低諧波含量。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率高，工作可靠，壽命長(zhǎng)， 易于維護(hù)。


圖1是傳統(tǒng)的可四象限運(yùn)行的交一直一交兩電平變頻器原理圖。圖2是傳統(tǒng)的永磁發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)原理圖。 圖3是另一種永磁發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)原理圖。 圖4是采用電流型變流器的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)原理圖。 圖5是目前采用直一交兩電平變頻器的光伏發(fā)電系統(tǒng)原理圖。 圖6是本發(fā)明的電路原理圖。
圖7是本發(fā)明多個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備并聯(lián)連接的原理圖。
圖8是本發(fā)明多個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備串聯(lián)連接的原理圖。
圖9是本發(fā)明采用光伏電池發(fā)電的原理圖。
圖IO是本發(fā)明功率變換模塊的原理圖。
圖11是本發(fā)明采用IGBT的交流至直流變換電路的原理圖。
圖12是本發(fā)明采用Boost電路的交流至直流變換電路的原理圖。
圖13是本發(fā)明采用Buck電路的交流至直流變換電路的原理圖。
圖14是本發(fā)明采用分裂式移相繞法的隔離變壓器原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明設(shè)計(jì)裝置的實(shí)施例及工作過(guò)程。
圖6是本發(fā)明設(shè)計(jì)的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)電路原理圖，其中直流電源1是由可再生 能源發(fā)電設(shè)備所產(chǎn)生的電源，功率變換模塊2、 3、 4的輸入端串聯(lián)聯(lián)接，并由直流電源供電， 其輸出端分別連接隔離變壓器5的副邊多路繞組6。功率變換模塊將輸入的直流電變換為輸 出端的交流電，并通過(guò)隔離變壓器5的副邊繞組，耦合到原邊，然后通過(guò)連接線7回饋入電 網(wǎng)。功率變換模塊的串聯(lián)數(shù)量視直流電源l的電壓值而定，若直流電源l電壓較高，則需要 較多的功率變換模塊進(jìn)行串聯(lián)，反之可以使用較少的功率變換模塊。主控制電路8通過(guò)檢測(cè) 輸入電源的電壓電流，以控制各功率變換模塊的工作狀態(tài)。
圖7是本發(fā)明多個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備串聯(lián)連接的原理圖。風(fēng)力發(fā)電機(jī)9發(fā)出三相交流電，經(jīng) 過(guò)交流至直流變換電路10變?yōu)橹绷麟?，交流至直流變換電路10的輸出端聯(lián)接成串聯(lián)結(jié)構(gòu)， 電壓疊加，其輸出端經(jīng)過(guò)阻抗匹配電感l(wèi)l與串聯(lián)聯(lián)接的功率變換模塊輸入端相連，從而實(shí)現(xiàn) 電能回饋的目的。發(fā)電設(shè)備串聯(lián)聯(lián)接，并集中回饋，可減少傳輸電纜的使用量，同時(shí)降低回 饋設(shè)備的成本。圖8是多個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備并聯(lián)連接的原理圖，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓較高時(shí)，可 采用這種連接方式，可達(dá)到同樣目的。
圖9是本發(fā)明采用光伏電池13發(fā)電的原理圖。其中光伏電池13可以通過(guò)串聯(lián)、并 接的不同組合，來(lái)構(gòu)成容量較大的電源。
圖IO是本發(fā)明功率變換模塊的原理圖。六只晶閘管14兩兩串聯(lián)，形成3個(gè)橋臂，然后 并聯(lián)聯(lián)接，成為一個(gè)三相全控橋式電路，實(shí)現(xiàn)直流到交流的變換的目的。
5圖11是本發(fā)明采用IGBT的交流至直流變換電路的原理圖。六只IGBT 15兩兩串聯(lián)，形 成3個(gè)橋臂，然后并聯(lián)聯(lián)接，成為一個(gè)三相全控可逆橋式電路，實(shí)現(xiàn)直流到交流的變換的目 的。采用IGBT15作為交流至直流變換電路的功率半導(dǎo)體器件，相比于由二極管連接而成的 三相橋式整流電路及晶閘管連接而成的三相全控橋式整流電路，可以提高發(fā)電機(jī)輸出端的功 率因數(shù)，也可滿足四象限運(yùn)行的要求。
圖12是本發(fā)明采用Boost電路的交流至直流變換電路的原理圖。該電路將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的 三相電進(jìn)行整流變?yōu)橹绷麟?，然后用半?dǎo)體開(kāi)關(guān)進(jìn)行斬波升壓變換。圖中電感16也可置于整 流電路之前，還可以利用發(fā)電機(jī)的繞組電感。采用Boost電路可向上調(diào)節(jié)輸出電壓值，還可 提高發(fā)電機(jī)輸出端的功率因數(shù)。
圖13是本發(fā)明采用Buck電路的交流至直流變換電路的原理圖。該電路將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的 三相電進(jìn)行整流變?yōu)橹绷麟姡缓笥冒雽?dǎo)體開(kāi)關(guān)進(jìn)行斬波降壓變換。采用Buck電路可向下調(diào) 節(jié)輸出電壓值，也可提高發(fā)電機(jī)輸出端的功率因數(shù)。
圖14是本發(fā)明采用分裂式移相繞法的隔離變壓器原理圖，圖中變壓器包含有多組原邊繞 組18，連接為并聯(lián)接法，多路副邊繞組17采用延邊三角形方法實(shí)現(xiàn)移相，不同副邊繞組可 以設(shè)計(jì)成不同的移相角。
權(quán)利要求
1、一種可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，其特征在于其包括一個(gè)由發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的直流電源；一個(gè)用于向電網(wǎng)回饋電能的隔離變壓器，其原邊為三相繞組，與電網(wǎng)聯(lián)接，其副邊為多路三相繞組；多個(gè)將直流電變?yōu)榻涣麟姷墓β首儞Q模塊，各功率變換模塊的輸入端串聯(lián)連接，并與所述直流電源直接聯(lián)接或通過(guò)匹配電感聯(lián)接，所述功率模塊的輸出端，分別與所述隔離變壓器的副邊繞組連接；一個(gè)與所述功率變換模塊連接的主控制電路，所述主控制電路包含電壓、電流檢測(cè)單元，通過(guò)檢測(cè)所述直流電源的電壓、電流值，并與預(yù)定值對(duì)比，從而控制所述功率模塊的工作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，其特征在于所述的功率變換模塊是 晶閘管三相全控橋式電路，由六個(gè)晶閘管連接為三個(gè)并聯(lián)的橋臂而成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，其特征在于所述的直流電源進(jìn) 一步包括相互串、并聯(lián)連接而成的太陽(yáng)能光伏電池板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，其特征在于所述的直流電源進(jìn) 一步包括一個(gè)或多個(gè)由風(fēng)能、潮汐等其他能量驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)；一個(gè)或多個(gè)與所述發(fā)電機(jī)連接的交流至直流變換電路，所述多個(gè)交流至直流變換電路的 輸出端串聯(lián)或并聯(lián)連接，形成一個(gè)總的輸出直流電；
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，其特征在于所述的交流至直流變換 電路進(jìn)一步包括由六只二極管連接而成的三相橋式整流電路，或者包括由六只晶閘管連接 而成的三相全控橋式整流電路。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，其特征在于所述的交流至直流變換 電路進(jìn)一步包括由六只全控式功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件IGBT或IGCT連接而成的三相可逆橋式 整流電路。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，其特征在于所述的交流至直流變換 電路進(jìn)一步包括由六只二極管連接而成的三相橋式整流電路，以及與所述三相橋式整流 電路的輸出端連接的Buck或Boost電路。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，其特征在于所述的隔離變壓器是原邊繞組為多個(gè)三相繞組并聯(lián)連接的分裂式變壓器，或者是副邊繞組采用移相繞法的移相變 壓器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1至3或5至7中任何一項(xiàng)所述的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，其特征在于所述的隔離變壓器是原邊繞組為多個(gè)三相繞組并聯(lián)連接的分裂式變壓器，或者是副邊繞組 采用移相繞法的移相變壓器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一新穎的可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)。本發(fā)明的特點(diǎn)是，其包括一個(gè)由發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的直流電源；一個(gè)用于向電網(wǎng)回饋電能的隔離變壓器，其原邊為三相繞組，與電網(wǎng)聯(lián)接，其副邊為多路三相繞組；多個(gè)將直流電變?yōu)榻涣麟姷墓β首儞Q模塊，各功率變換模塊的輸入端串聯(lián)連接，并與所述直流電源直接聯(lián)接或通過(guò)匹配電感聯(lián)接，所述功率模塊的輸出端，分別與所述隔離變壓器的副邊繞組連接；一個(gè)與所述功率變換模塊連接的主控制電路，所述主控制電路包含電壓、電流檢測(cè)單元，通過(guò)檢測(cè)所述直流電源的電壓、電流值，并與預(yù)定值對(duì)比，從而控制所述功率模塊的工作。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種可再生能源發(fā)電回饋系統(tǒng)，成本低，可靠性高，轉(zhuǎn)換效率高，諧波含量低。
文檔編號(hào)H02M5/44GK101459386SQ20071019499
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者張東勝 申請(qǐng)人:張東勝