CN202034793U - 基于h桥的无变压器风力发电并网拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构,包括风力发电机组、整流模块、逆变模块,风力发电机组的输出连接整流模块的输入,整流模块的输出连接逆变模块的输入,逆变模块的输出连接缓冲电感,缓冲电感连接到电网。优点是:省掉了通用风力发电并网时的升压变压器,节约了大量成本。另外,由于采用多单元串联功率单元输出高压,可以通过调制算法输出多电平电压波形,减少输出谐波含量,减少风力发电对电网的污染。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电机并网技术,特别是一种基于H桥的无变压器的风力发电并网。
背景技术
作为节能环保的新能源,风电产业赢得历史性发展机遇,在金融危机肆虐的不利环境中逆市上扬,发展势头迅猛,截止到2009年底,全国累计风电装机容量达到25800兆瓦。
但在我国风力发电场中,风力发电机基本上都是通过通用变频器,使本身相位与电网相同。最后再用升压变压器与电网并网。这样不但导致每个风力发电机都需要一个升压变压器,成本巨大,而且使每个风力发电机只有3电平,谐波含量很大,多电网污染严重。
在大型风力发电场,有很多的电机,对于每个风力发电机都需要单独控制,控制难度大,控制繁琐,不易形成集中风力发电控制。
风力发电输出的都是两电平或三电平,谐波含量大,升压后不能直接并入电网,需要加输出滤波装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构,通过单元串联的方法,输出高压;省掉了通用风力发电并网时的升压变压器,节约了大量成本。另外,由于采用多单元串联功率单元输出高压,可以通过调制算法输出多电平电压波形,减少输出谐波含量,减少风力发电对电网的污染。
为实现上述目的,本实用新型通过以下技术方案实现:
基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构,包括风力发电机组、整流模块、逆变模块,风力发电机组的输出连接整流模块的输入,整流模块的输出连接逆变模块的输入,逆变模块的输出连接缓冲电感,缓冲电感连接到电网。
所述的逆变模块由三相功率单元组成,每相由n个功率子单元串联而成,三相功率单元的一端接在一起,另一端通过缓冲电感接入电网。
所述的功率子单元为H桥结构,由四个IGBT开关器件组成,每个IGBT开关器件反并 联一个二极管,每两个IGBT开关器件相串联后,再与直流电容C并联。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:
1)输入端无变压器,进而使风电并网拓扑体积减小,占地减少,重量减轻,成本降低;同时可以降低变压器能耗,使制造工艺简单化,生产周期减少。
2)风力发电机直接连接到功率单元整流侧,对风力发电机无特殊要求,减少电机成本;
3)调制方法采用载波移相的方法,可以产生多阶梯正弦波,以较小的开关频率获得较好的输出电压波形;
4)可以把整个风力发电场串联成交流高压,直接从交流侧输出;
5)在大功率,多电机中应用前景广泛;
6)有利于集中控制多台风力发电机。
附图说明
图1是基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构图;
图2是基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑的功率子单元结构图。
图3-1、图3-2、图3-3、图3-4是H桥功率子单元内电流流向图。
具体实施方式
见图1,基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构,包括风力发电机组、整流模块、逆变模块,风力发电机组M产生低压交流电,经三相全桥整流后得到直流电压,此直流电压作为逆变模块中各个单元的直流侧电压供电电源;逆变模块将直流电压转换为交流电压后,经多个功率单元直接串联,交流高压输出,经缓冲电感后并入电网。
逆变模块由三相功率单元组成,每相由n个功率子单元串联而成,共3n个功率子单元。每个功率子单元由一个风力发电机M通过三相全桥整流给功率子单元电容供电。三相功率单元的一端接在一起,另一端通过缓冲电感LA、LB、LC接入电网。
见图2,功率子单元为H桥结构,每个功率子单元由四个开关器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4及直流侧电容C组成,开关器件IGBT1和IGBT2相串联,开关器件IGBT3和IGBT4相串联,再和直流电容C并联。并且四个开关器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4分别并联一个反接二极管D11、D22、D33、D44。IGBT1与IGBT2的公共端、IGBT3与IGBT4的公 共端为该功率子单元与其它功率子单元相连接的输入、输出端。整流模块为由二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的不可控全桥结构。
本拓扑结构利用风电作为能源中继池,给功率单元直流母线供电,结合一定的调制方法,产生需要的多电平可变正弦波。逆变模块主要由三相组成,每相由n个功率子单元串联而成。串联功率子单元的个数称为单元级数,三相功率单元的一端接到一起,另一端通过缓冲电感接入电网。由于采用多电平输出,串联功率子单元输出的交流高压含有更少的谐波,对电网污染更小,也不需要装LC滤波装置。
控制IGBT的栅极电压使其导通或者关断,可以使单元具有不同的电路状态。
见图3-1,电流经IGBT2、直流侧电容C、IGBT3,从B流向A,或电流经续流二极管D3、直流侧电容C、续流二极管D2,从A流向B,此时采用H桥式逆变电路的功率子单元输出电平“1”。
见图3-2,电流经续流二极管D1、IGBT3,从B流向A,或电流经续流二极管D3、IGBT1,从A流向B,此时采用H桥式逆变电路的功率子单元输出电平“0”。
见图3-3,电流经IGBT2、续流二极管D4,从B流向A,或电流经IGBT4、续流二极管D2,从A流向B,此时采用H桥式逆变电路的功率子单元输出电平“0”。
见图3-4,电流经续流二极管D1、直流侧电容C、续流二极管D4,从B流向A,或电流经IGBT4、直流侧电容C、IGBT1,从A流向B,此时采用H桥式逆变电路的功率子单元输出电平“-1”。
若功率单元级数选择适当,功率子单元叠加输出电压可达到电网级别,将根据电网电压发出与电网同步的电压波形,并且输出谐波满足要求,则可以直接并网发电。
Claims (3)
1.基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构,其特征在于,包括风力发电机组、整流模块、逆变模块,风力发电机组的输出连接整流模块的输入,整流模块的输出连接逆变模块的输入,逆变模块的输出连接缓冲电感,缓冲电感连接到电网。
2.根据权利要求1所述的基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构,其特征在于,所述的逆变模块由三相功率单元组成,每相由n个功率子单元串联而成,三相功率单元的一端接在一起,另一端通过缓冲电感接入电网。
3.根据权利要求2所述的基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构,其特征在于,所述的功率子单元为H桥结构,由四个IGBT开关器件组成,每个IGBT开关器件反并联一个二极管,每两个IGBT开关器件相串联后,再与直流电容C并联。
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