CN103441528A - 双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构 - Google Patents

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闫绍敏
张爱民
任志刚
王建华
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Abstract

本发明公开了一种双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构，包括高压直流电网、双向直流升压变换器、转子侧变流器、定子侧变流器、以及双馈型风力发电机，其中，双向直流升压变换器的一端与高压直流电网相连接，双向直流升压变换器的另一端分为两并联支路：一条支路与转子侧变流器的直流输入端相连接，转子侧变流器的交流输出端与双馈型风力发电机的转子相连接，为双馈型风力发电机转子提供励磁电流；另一支路与定子侧变流器的直流输出端相连接，定子侧变流器的交流输入端与双馈型风力发电机的定子相连接，形成闭合回路。通过双向直流升压变换器代替工频升压变压器、箱式变电站，占地面积小，成本低，直流并网控制容易，尤其适合于海上风电的发展。

Description

双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构
技术领域
本发属于风力发电技术领域，涉及一种变流器***，尤其涉及一种双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构。
背景技术
目前兆瓦级风力发电机组一般通过定子输出690V50Hz经装在箱式变电站中的升压变压器升压后汇至交流母线并网，同时通过交直交变频器和变压器实现了转子与定子及大电网的相连，实现了转子侧能量的双向传输。其缺点是：交流电压输出等级低，需要工频升压变压器、箱式变电站，占地面积大，成本高，并且交流并网控制较为困难，尤其制约着海上风电的发展。
发明内容
针对上述缺陷或不足，提出一种双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构，实现了无需工频升压变压器、箱式变电站的兆瓦级风力发电机组用变流器拓扑结构，同时该拓扑结构简化了风机转子侧的背靠背式交直交变频器结构。
为达到以上目的，本发明的技术方案为：
包括高压直流电网、双向直流升压变换器、转子侧变流器、定子侧变流器、以及双馈型风力发电机，其中，双向直流升压变换器的一端与高压直流电网相连接，双向直流升压变换器的另一端分为两并联支路：一条支路与转子侧变流器的直流输入端相连接，转子侧变流器的交流输出端与双馈型风力发电机的转子相连接，为双馈型风力发电机转子提供励磁电流；另一支路与定子侧变流器的直流输出端相连接，定子侧变流器的交流输入端与双馈型风力发电机的定子相连接，形成闭合回路。
所述双向直流升压变换器为具有中间交流环节结构的双全桥DC-AC-DC结构。
所述双向直流升压变换器的中间交流环节结构为用于电压隔离、升压的隔离型高频或中频变压器。
所述定子侧变流器为用于减少风力机定子侧电流谐波、稳定风机定子输出侧交流电压频率和幅值的三相桥式全控整流电路。
所述三相桥式全控整流电路为斩控式整流电路或相控式整流电路。
所述转子侧变流器采用三相桥式逆变器结构。
与现有技术相比较，本发明的有益效果为：
本发明中当风机开始运行时，转子侧变流器从双向直流变换器的低压直流侧吸收能量转换为三相交流电，对风力机的转子进行励磁，控制定子输出的电流和电压同相位，实现功率因数的校正；当双馈型风力发电机的定子工作后，双馈型风力发电机的定子通过定子侧变流器将双馈型风力发电机输出的交流电整流成直流电，并通过双向直流变换器进行升压，将直流电升至直流高压，并进行直流并网。本发明中风机变流器***拓扑结构通过双向直流升压变换器代替工频升压变压器、箱式变电站，占地面积小，成本低，直流并网控制容易，尤其适合于海上风电的发展，同时对传统双馈式风力发电机的转子侧变流器的交直交变频器进行了简化，节省了器件，成本低。
附图说明
图1是本发明中斩控式整流电路的拓扑结构示意图；
图2是本发明中相控式整流电路的拓扑结构示意图。
图中，1为定子侧变流器，2为转子侧变流器，3为双向直流升压变换器，4为双馈型风力发电机的定子，5为双馈型风力发电机转子。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
参见图1所示，本发明提供了一种双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构，包括高压直流电网6、双向直流升压变换器3、转子侧变流器2、定子侧变流器1、以及双馈型风力发电机，其中，双向直流升压变换器3的一端与高压直流电网6相连接，双向直流升压变换器3的另一端分为两并联支路：一条支路与转子侧变流器2的直流输入端相连接，转子侧变流器2的交流输出端与双馈型风力发电机的转子5相连接，为双馈型风力发电机转子5提供励磁电流；另一支路与定子侧变流器1的直流输出端相连接，定子侧变流器1的交流输入端与双馈型风力发电机的定子4相连接，形成闭合回路。
具体的，本发明中的双向直流升压变换器3为具有中间交流环节的双全桥DC-AC-DC结构，所述双向直流升压变换器3为用于电压隔离、升压的隔离型高频或中频变压器，双向直流升压变换器具有稳定风机侧直流电压的功能。所述双向直流升压变换器具有双向电能传输的功能，风机启动前电网将能量回馈到低压直流侧，提供转子励磁电流。
所述定子侧变流器1为用于减少风力机定子侧电流谐波、稳定风机定子输出侧交流电压频率和幅值的三相桥式全控整流电路，具体的，该三相桥式全控整流电路为斩控式整流电路或相控式整流电路，定子侧变流器1为斩控式整流电路，参见图1所示，定子侧变流器1为相控式整流电路，参见图2所示。本发明中，定子侧变流器1具有实现风机定子侧输出交流电整流的功能，但不实现定子输出有功、无功功率控制的功能。
所述转子侧变流器2通过控制转子侧的励磁电流实现对风力发电机组输出有功功率和无功功率的控制，所述转子侧变流器2采用三相桥式逆变器结构，对原有风机机侧的交直交变频器进行了简化。
本发明的工作过程为：
高压直流电网6输出的输入直流电通过双向直流升压变换器3传输到转子侧变流器2的输入端，转子侧变流器2将输入直流电转换为输入交流电后，输入到双馈型风力发电机转子5中进行励磁，以使得双馈型风力发电机的定子4产生输出交流电，定子侧变流器1将输出交流电转换为输出直流电后，通过双向直流升压变换器3传输到高压直流电网6，形成回路。
当风机开始运行时，转子侧变流器2从1150V的低压直流侧吸收能量转换为三相交流电，对双馈型风力发电机转子5进行励磁，控制双馈型风力发电机的定子4输出的电流和电压同相位，实现功率因数的校正；同时定子侧变流器1控制其交流侧的电压幅值为690V，频率为50Hz，并把双馈型风力发电机的定子4输出的三相交流电整流成1150V的直流电，最后通过双向直流变换器3进行升压到10kV并进行直流高压并网。具体各部分的功能实现如下所示：
所述定子侧变流器1为三相桥式全控整流电路，主要功能是控制双馈型风机交流电压的幅值和频率，提供一个稳定的交流电压以保证转子侧变流器对定子侧功率的控制效果，同时采用全控整流电路对定子侧的三相交流电进行整流，从而减小了交流侧电流谐波含量，进一步降低了发电机损耗，提高了***效率。
所述转子侧变流器2，主要功能是通过提供转子励磁电流实现风力发电机定子侧输出的有功及和无功的控制，可控制风力发电机运行于单位功率因数状态。同时根据风力机的转速情况，实现转子侧能量的双向流动，当风力机转速过快时，可将转子侧的能量反馈到直流侧；当风力机转速慢时，可将直流侧的能量提供给转子侧，提供转子励磁电流。
所述双向直流升压变换器3具有中间交流环节的双全桥DC-AC-DC结构，该结构中采用隔离型高频或中频变压器，实现电压隔离、升压、双向电能传输的功能，同时通过控制该双向直流升压变换器可实现定子侧变流器1输出的直流电压稳定的功能。在风机启动前，将高压直流母线的能量传递给低压侧，提供转子励磁电流。

Claims (6)

1.一种双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构，其特征在于：包括高压直流电网（6）、双向直流升压变换器（3）、转子侧变流器（2）、定子侧变流器（1）、以及双馈型风力发电机，其中，双向直流升压变换器（3）的一端与高压直流电网（6）相连接，双向直流升压变换器（3）的另一端分为两并联支路：一条支路与转子侧变流器（2）的直流输入端相连接，转子侧变流器（2）的交流输出端与双馈型风力发电机的转子（5）相连接，为双馈型风力发电机转子（5）提供励磁电流；另一支路与定子侧变流器（1）的直流输出端相连接，定子侧变流器（1）的交流输入端与双馈型风力发电机的定子（4）相连接，形成闭合回路。
2.根据权利要求1所述的双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构，其特征在于：所述双向直流升压变换器（3）为具有中间交流环节结构的双全桥DC-AC-DC结构。
3.根据权利要求1或2所述的双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构，其特征在于：所述双向直流升压变换器（3）的中间交流环节结构为用于电压隔离、升压的隔离型高频或中频变压器。
4.根据权利要求1所述的双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构，其特征在于：所述定子侧变流器（1）为用于减少风力机定子侧电流谐波、稳定风机定子输出侧交流电压频率和幅值的三相桥式全控整流电路。
5.根据权利要求4所述的双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构，其特征在于：所述三相桥式全控整流电路为斩控式整流电路或相控式整流电路。
6.根据权利要求1所述的双馈型风力发电机组用变流器拓扑结构，其特征在于：所述转子侧变流器（2）采用三相桥式逆变器结构。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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