專利名稱：一種電能回饋裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新穎的電能回饋裝置，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電機電能回饋裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐發(fā)電等可再生能源的發(fā)電利用越來越受到人們的關(guān)注。這 些新能源發(fā)電系統(tǒng)的普遍特點是發(fā)電設(shè)備分散、單機容量小、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，是目前我國及世界范圍內(nèi)急需解決的問題。
目前風(fēng)力發(fā)電設(shè)備較多采取的方案是①采用交流勵磁線繞式轉(zhuǎn)子雙饋電機變速恒頻風(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)雙饋電機的交流勵磁電流，使發(fā)電機定子繞 組發(fā)出電能，并直接回饋入電網(wǎng)。由于雙饋發(fā)電機系統(tǒng)的特點， 一般需要低壓并且能夠四象 限運行的功率變流器，如傳統(tǒng)的可四象限運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題是，發(fā)電機由于采用線 繞式轉(zhuǎn)子，并通過滑環(huán)交流勵磁，使發(fā)電機體積及成本增加，由于滑環(huán)的使用，致使發(fā)電機
故障率高，維護費用高。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)電機變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。該方案中，風(fēng)機葉輪帶動永磁發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，發(fā) 出的電能經(jīng)過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 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現(xiàn)方式。該方案解決 了上述方案中發(fā)電機可靠性的問題，整個系統(tǒng)運行故障率低，但由于該方案中變流器功率與 發(fā)電機功率相同，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 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)側(cè)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，使總造價提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種電能回饋裝置，成本低，可靠性高，轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)電機輸出 端電流及網(wǎng)側(cè)電流正弦度高，諧波含量低，可大量推廣使用，以提高清潔能源發(fā)電的利用率。
本發(fā)明所設(shè)計的一種電能回饋裝置，其包括 一個由發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的三相交流輸入電源;
一個用于向電網(wǎng)回饋電能的隔離變壓器，該變壓器原邊為三相繞組，與電網(wǎng)聯(lián)接，其副邊為
多路三相繞組；多個功率變換單元，各功率變換單元的輸入端與上述三相交流電源中的兩相聯(lián)接，功率變換單元的輸出端，分別與上述隔離變壓器的副邊繞組連接。
上述功率變換單元包括 一個由二極管連接成的、將單相交流電變?yōu)橹绷麟姷恼鳂螂?br> 路； 一個與上述整流橋電路的輸出端聯(lián)接的電感；以及一個與上述電感及整流橋電路聯(lián)接的
晶閘管三相全控橋式電路或晶閘管三相全控橋式電路串，該晶閘管三相全控橋式電路串是由
多個晶閘管三相全控橋式電路的直流端串聯(lián)聯(lián)接而成。
本發(fā)明所設(shè)計的一種電能回饋裝置還可以包括一個用于補償網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)及諧波、由濾
波電容器及可關(guān)斷半導(dǎo)體器件連接而成的PWM三相逆變橋，所述PWM三相逆變橋的三個引出
端聯(lián)接輸出電感后，與所述隔離變壓器副邊的三相繞組聯(lián)接。其中可關(guān)斷半導(dǎo)體器件可以是
IGBT或IGCT。
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稱。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)計的一種電能回饋裝置可以采用多個功率變換單元并聯(lián)的方式，以適用于一 些容量特別大的發(fā)電設(shè)備。對于發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的三相電中的任意兩相，并聯(lián)接入2個或2個 以上的功率變換單元，這些功率變換單元的輸出端分別與上述隔離變壓器不同的副邊繞組連 接，從而可以用較小容量的功率變換單元，獲得較大的輸出功率。同樣也可以用2個或2個 以上的上述三相逆變橋，來獲得較大的容量。
本發(fā)明所設(shè)計的一種電能回饋裝置，采用晶閘管作為功率變換的主開關(guān)器件，成本低， 可靠性高，通過對發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的三相電中的三組兩相電分別進行功率變換，可以改善發(fā)電 設(shè)備電流的波形系數(shù)，提高功率因數(shù)和設(shè)備的利用率。通過采用不同級的晶閘管三相全控橋 式電路串聯(lián)聯(lián)接，可適合于不同電壓等級的發(fā)電設(shè)備，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)與不同電壓等級的電網(wǎng)匹配，通過對副邊繞組的移相設(shè)計，可提高回饋電 網(wǎng)電流的波形系數(shù)，降低諧波含量。通過采用上述由可關(guān)斷半導(dǎo)體器件連接成的三相逆變橋 電路，本發(fā)明裝置可進一步提高電能回饋的功率因數(shù)，并可向電網(wǎng)輸送無功功率。本發(fā)明所 設(shè)計的一種電能回饋裝置轉(zhuǎn)換效率高，工作可靠，壽命長，易于維護。


圖1是傳統(tǒng)的可四象限運行的交一直一交兩電平變頻器原理圖。
圖2是已有的永磁發(fā)電機變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)原理圖。
圖3是另一種已有的永磁發(fā)電機變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)原理圖。
圖4是已有的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是本發(fā)明的電路原理圖。
圖6是本發(fā)明采用PWM三相逆變橋的原理圖。
圖7是本發(fā)明多組功率變換單元并聯(lián)連接的原理圖。圖8是本發(fā)明晶閘管三相全控橋式電路的原理圖。
圖9是本發(fā)明采用IGBT的PWM三相逆變橋的原理圖。
圖io是本發(fā)明采用分裂式移相繞法的隔離變壓器原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，詳細介紹本發(fā)明設(shè)計裝置的實施例及工作過程。
圖5是本發(fā)明設(shè)計的一種電能回饋裝置電路原理圖，其中交流電源1是由發(fā)電設(shè)備所產(chǎn) 生的三相電源，功率變換單元2的輸入端聯(lián)接電源的A、 B相輸入，另外2個功率變換單元 的輸入端分別聯(lián)接電源的B、 C相，C、 A相輸入。功率變換單元的輸入電源經(jīng)二極管整流橋 3整流后，聯(lián)接濾波電感4，接入晶閘管三相全控橋式電路5的正端，多個晶閘管三相全控橋 式電路串聯(lián)聯(lián)接，形成晶閘管三相全控橋式電路串，其負端聯(lián)接至整流橋，形成回路。多個 晶閘管三相全控橋式電路的三個輸出端聯(lián)接至隔離變壓器6的副邊繞組，隔離變壓器的原邊 繞組通過引出端7聯(lián)接電網(wǎng)。
圖6是本發(fā)明采用PWM三相逆變橋的原理圖。圖中9為PWM逆變橋，其直流側(cè)連接濾 波電容器8，其交流側(cè)通過三相引出端聯(lián)接三個輸出電感，然后與隔離變壓器的一組副邊繞 組聯(lián)接。通過調(diào)節(jié)PWM三相逆變橋的交流側(cè)電流，即可達到補償隔離變壓器原邊電流功率 因數(shù)及諧波的目的。
圖7是本發(fā)明多組功率變換單元并聯(lián)連接的原理圖。圖中功率變換單元11及12的輸入 端并聯(lián)聯(lián)接，其輸出端分別與隔離變壓器的不同副邊繞組聯(lián)接。通過上述功率變換單元并聯(lián) 工作的方式，可以使用多個較小容量的功率變換單元，獲得較大電能回饋功率。
圖8是本發(fā)明晶閘管三相全控橋式電路的原理圖。六只晶閘管13兩兩串聯(lián)，形成3個橋 臂，然后并聯(lián)聯(lián)接，成為一個三相全控橋式電路，實現(xiàn)直流到交流的變換的目的。
圖9是本發(fā)明采用IGBT的PWM三相逆變橋的原理圖。六只IGBT 14兩兩串聯(lián)，形成3 個橋臂，然后并聯(lián)聯(lián)接，其直流側(cè)的正、負端并聯(lián)聯(lián)接濾波電容器15，通過控制六只IGBT 14 的通、斷狀態(tài)，即可控制交流側(cè)電流。
圖IO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17，連接為并聯(lián)接法，多路副邊繞組16采用延邊三角形方法實現(xiàn)移相，不同副邊繞組可 以設(shè)計成不同的移相角。
權(quán)利要求
1、一種電能回饋裝置，其特征在于其包括一個由發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的三相交流輸入電源；一個用于向電網(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；多個功率變換單元，各功率變換單元的輸入端與所述三相交流電源中的兩相聯(lián)接，所述功率變換單元的輸出端，分別與所述隔離變壓器的副邊繞組連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種電能回饋裝置，其特征在于所述的功率變換單元包括 一個由二極管連接成的、將單相交流電變?yōu)橹绷麟姷恼鳂螂娐罚?一個與所述整流橋電路的輸出端聯(lián)接的電感；一個與所述電感及整流橋電路聯(lián)接的晶閘管三相全控橋式電路或晶閘管三相全控橋式電 路串，所述晶閘管三相全控橋式電路串是由多個晶閘管三相全控橋式電路的直流端 串聯(lián)聯(lián)接而成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電能回饋裝置，其特征在于其進一步包括 一個用于補償網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)及諧波、由濾波電容器及可關(guān)斷半導(dǎo)體器件連接而成的PWM三相逆變橋，所述PWM三相逆變橋的三個引出端聯(lián)接輸出電感后，與所述隔離變壓器副邊的三相繞組聯(lián)接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電能回饋裝置，其特征在于所述的可關(guān)斷半導(dǎo)體器件可以是IGBT或IGCT。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電能回饋裝置，其特征在于所述的隔離變壓器是原邊繞組 為多個三相繞組并聯(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。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 4、 5中任何一項所述的一種電能回饋裝置，其特征在于所述的隔 離變壓器是原邊繞組為多個三相繞組并聯(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)明涉及一種電能回饋裝置。本發(fā)明的特點是，其包括一個由發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的三相交流輸入電源；一個用于向電網(wǎng)回饋電能的隔離變壓器，該變壓器原邊為三相繞組，與電網(wǎng)聯(lián)接，其副邊為多路三相繞組；多個功率變換單元，各功率變換單元的輸入端與上述三相交流電源中的兩相聯(lián)接，功率變換單元的輸出端，分別與上述隔離變壓器的副邊繞組連接。上述功率變換單元包括一個由二極管連接成的、將單相交流電變?yōu)橹绷麟姷恼鳂螂娐罚灰粋€與上述整流橋電路的輸出端聯(lián)接的電感；以及一個與上述電感及整流橋電路聯(lián)接的晶閘管三相全控橋式電路或晶閘管三相全控橋式電路串，該晶閘管三相全控橋式電路串是由多個晶閘管三相全控橋式電路的直流端串聯(lián)聯(lián)接而成。本發(fā)明的目的是設(shè)計一種電能回饋裝置，成本低，可靠性高，轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)電機輸出端電流及網(wǎng)側(cè)電流正弦度高，諧波含量低，可大量推廣使用，以提高清潔能源發(fā)電的利用率。
文檔編號H02M7/5387GK101540580SQ20081008469
公開日2009年9月23日 申請日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者張東勝 申請人:張東勝