雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括高壓直流電網(wǎng)、雙向直流升壓變換器、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、定子側(cè)變流器、以及雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中，雙向直流升壓變換器的一端與高壓直流電網(wǎng)相連接，雙向直流升壓變換器的另一端分為兩并聯(lián)支路：一條支路與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的直流輸入端相連接，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的交流輸出端與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子相連接，為雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流；另一支路與定子側(cè)變流器的直流輸出端相連接，定子側(cè)變流器的交流輸入端與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子相連接，形成閉合回路。通過(guò)雙向直流升壓變換器代替工頻升壓變壓器、箱式變電站，占地面積小，成本低，直流并網(wǎng)控制容易，尤其適合于海上風(fēng)電的發(fā)展。
【專利說(shuō)明】雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)屬于風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種變流器系統(tǒng)，尤其涉及一種雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般通過(guò)定子輸出690V50HZ經(jīng)裝在箱式變電站中的升壓變壓器升壓后匯至交流母線并網(wǎng)，同時(shí)通過(guò)交直交變頻器和變壓器實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子與定子及大電網(wǎng)的相連，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子側(cè)能量的雙向傳輸。其缺點(diǎn)是:交流電壓輸出等級(jí)低，需要工頻升壓變壓器、箱式變電站，占地面積大，成本高，并且交流并網(wǎng)控制較為困難，尤其制約著海上風(fēng)電的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述缺陷或不足，提出一種雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需工頻升壓變壓器、箱式變電站的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的背靠背式交直交變頻器結(jié)構(gòu)。
[0004]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]包括高壓直流電網(wǎng)、雙向直流升壓變換器、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、定子側(cè)變流器、以及雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中，雙向直流升壓變換器的一端與高壓直流電網(wǎng)相連接，雙向直流升壓變換器的另一端分為兩并聯(lián)支路:一條支路與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的直流輸入端相連接，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的交流輸出端與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子相連接，為雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流；另一支路與定子側(cè)變流器的直流輸出端相連接，定子側(cè)變流器的交流輸入端與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子相連接，形成閉合回路。
[0006]所述雙向直流升壓變換器為具有中間交流環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)的雙全橋DC-AC-DC結(jié)構(gòu)。
[0007]所述雙向直流升壓變換器的中間交流環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)為用于電壓隔離、升壓的隔離型高頻或中頻變壓器。
[0008]所述定子側(cè)變流器為用于減少風(fēng)力機(jī)定子側(cè)電流諧波、穩(wěn)定風(fēng)機(jī)定子輸出側(cè)交流電壓頻率和幅值的三相橋式全控整流電路。
[0009]所述三相橋式全控整流電路為斬控式整流電路或相控式整流電路。
[0010]所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器采用三相橋式逆變器結(jié)構(gòu)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果為:
[0012]本發(fā)明中當(dāng)風(fēng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器從雙向直流變換器的低壓直流側(cè)吸收能量轉(zhuǎn)換為三相交流電，對(duì)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行勵(lì)磁，控制定子輸出的電流和電壓同相位，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的校正；當(dāng)雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子工作后，雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子通過(guò)定子側(cè)變流器將雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的交流電整流成直流電，并通過(guò)雙向直流變換器進(jìn)行升壓，將直流電升至直流高壓，并進(jìn)行直流并網(wǎng)。本發(fā)明中風(fēng)機(jī)變流器系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過(guò)雙向直流升壓變換器代替工頻升壓變壓器、箱式變電站，占地面積小，成本低，直流并網(wǎng)控制容易，尤其適合于海上風(fēng)電的發(fā)展，同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的交直交變頻器進(jìn)行了簡(jiǎn)化，節(jié)省了器件，成本低。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明中斬控式整流電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明中相控式整流電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中，I為定子側(cè)變流器，2為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，3為雙向直流升壓變換器，4為雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子，5為雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0017]參見(jiàn)圖1所示，本發(fā)明提供了一種雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括高壓直流電網(wǎng)6、雙向直流升壓變換器3、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器2、定子側(cè)變流器1、以及雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中，雙向直流升壓變換器3的一端與高壓直流電網(wǎng)6相連接，雙向直流升壓變換器3的另一端分為兩并聯(lián)支路:一條支路與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器2的直流輸入端相連接，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器2的交流輸出端與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子5相連接，為雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子5提供勵(lì)磁電流；另一支路與定子側(cè)變流器I的直流輸出端相連接，定子側(cè)變流器I的交流輸入端與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子4相連接，形成閉合回路。
[0018]具體的，本發(fā)明中的雙向直流升壓變換器3為具有中間交流環(huán)節(jié)的雙全橋DC-AC-DC結(jié)構(gòu)，所述雙向直流升壓變換器3為用于電壓隔離、升壓的隔離型高頻或中頻變壓器，雙向直流升壓變換器具有穩(wěn)定風(fēng)機(jī)側(cè)直流電壓的功能。所述雙向直流升壓變換器具有雙向電能傳輸?shù)墓δ?，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)前電網(wǎng)將能量回饋到低壓直流側(cè)，提供轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流。
[0019]所述定子側(cè)變流器I為用于減少風(fēng)力機(jī)定子側(cè)電流諧波、穩(wěn)定風(fēng)機(jī)定子輸出側(cè)交流電壓頻率和幅值的三相橋式全控整流電路，具體的，該三相橋式全控整流電路為斬控式整流電路或相控式整流電路，定子側(cè)變流器I為斬控式整流電路，參見(jiàn)圖1所示，定子側(cè)變流器I為相控式整流電路，參見(jiàn)圖2所示。本發(fā)明中，定子側(cè)變流器I具有實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)定子側(cè)輸出交流電整流的功能，但不實(shí)現(xiàn)定子輸出有功、無(wú)功功率控制的功能。
[0020]所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器2通過(guò)控制轉(zhuǎn)子側(cè)的勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出有功功率和無(wú)功功率的控制，所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器2采用三相橋式逆變器結(jié)構(gòu)，對(duì)原有風(fēng)機(jī)機(jī)側(cè)的交直交變頻器進(jìn)行了簡(jiǎn)化。
[0021]本發(fā)明的工作過(guò)程為:
[0022]高壓直流電網(wǎng)6輸出的輸入直流電通過(guò)雙向直流升壓變換器3傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子側(cè)變流器2的輸入端，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器2將輸入直流電轉(zhuǎn)換為輸入交流電后，輸入到雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子5中進(jìn)行勵(lì)磁，以使得雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子4產(chǎn)生輸出交流電，定子側(cè)變流器I將輸出交流電轉(zhuǎn)換為輸出直流電后，通過(guò)雙向直流升壓變換器3傳輸?shù)礁邏褐绷麟娋W(wǎng)6，形成回路。
[0023]當(dāng)風(fēng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器2從1150V的低壓直流側(cè)吸收能量轉(zhuǎn)換為三相交流電，對(duì)雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子5進(jìn)行勵(lì)磁，控制雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子4輸出的電流和電壓同相位，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的校正；同時(shí)定子側(cè)變流器I控制其交流側(cè)的電壓幅值為690V，頻率為50Hz，并把雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子4輸出的三相交流電整流成1150V的直流電，最后通過(guò)雙向直流變換器3進(jìn)行升壓到IOkV并進(jìn)行直流高壓并網(wǎng)。具體各部分的功能實(shí)現(xiàn)如下所示:
[0024]所述定子側(cè)變流器I為三相橋式全控整流電路，主要功能是控制雙饋型風(fēng)機(jī)交流電壓的幅值和頻率，提供一個(gè)穩(wěn)定的交流電壓以保證轉(zhuǎn)子側(cè)變流器對(duì)定子側(cè)功率的控制效果，同時(shí)采用全控整流電路對(duì)定子側(cè)的三相交流電進(jìn)行整流，從而減小了交流側(cè)電流諧波含量，進(jìn)一步降低了發(fā)電機(jī)損耗，提高了系統(tǒng)效率。
[0025]所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器2，主要功能是通過(guò)提供轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子側(cè)輸出的有功及和無(wú)功的控制，可控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行于單位功率因數(shù)狀態(tài)。同時(shí)根據(jù)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速情況，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子側(cè)能量的雙向流動(dòng)，當(dāng)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí)，可將轉(zhuǎn)子側(cè)的能量反饋到直流側(cè)；當(dāng)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速慢時(shí)，可將直流側(cè)的能量提供給轉(zhuǎn)子側(cè)，提供轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流。
[0026]所述雙向直流升壓變換器3具有中間交流環(huán)節(jié)的雙全橋DC-AC-DC結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中采用隔離型高頻或中頻變壓器，實(shí)現(xiàn)電壓隔離、升壓、雙向電能傳輸?shù)墓δ?，同時(shí)通過(guò)控制該雙向直流升壓變換器可實(shí)現(xiàn)定子側(cè)變流器I輸出的直流電壓穩(wěn)定的功能。在風(fēng)機(jī)啟動(dòng)前，將高壓直流母線的能量傳遞給低壓側(cè)，提供轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流。
【權(quán)利要求】
1.一種雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:包括高壓直流電網(wǎng)(6)、雙向直流升壓變換器(3)、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(2)、定子側(cè)變流器(I)、以及雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中，雙向直流升壓變換器(3)的一端與高壓直流電網(wǎng)(6)相連接，雙向直流升壓變換器(3)的另一端分為兩并聯(lián)支路:一條支路與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(2)的直流輸入端相連接，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(2)的交流輸出端與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子(5)相連接，為雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(5)提供勵(lì)磁電流；另一支路與定子側(cè)變流器(I)的直流輸出端相連接，定子側(cè)變流器(I)的交流輸入端與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子(4)相連接，形成閉合回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述雙向直流升壓變換器(3)為具有中間交流環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)的雙全橋DC-AC-DC結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述雙向直流升壓變換器(3)的中間交流環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)為用于電壓隔離、升壓的隔離型高頻或中頻變壓器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述定子側(cè)變流器(I)為用于減少風(fēng)力機(jī)定子側(cè)電流諧波、穩(wěn)定風(fēng)機(jī)定子輸出側(cè)交流電壓頻率和幅值的三相橋式全控整流電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述三相橋式全控整流電路為斬控式整流電路或相控式整流電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(2)采用三相橋式逆變器結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H02M7/797GK103441528SQ201310357053
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】張杭, 閆紹敏, 張愛(ài)民, 任志剛, 王建華, 丁文龍, 馮嘯天 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)