[發明專利]直驅型永磁同步電機風力發電功率變換裝置

無效

• 申請號: 200710059828.4
• 申請日: 2007-10-11
• 公開（公告）號: CN101154887A
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發明（設計）人: 陳益廣;沈勇環;王曉遠
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M7/515
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 江鎮華

技術領域

本發明涉及一種直驅型永磁同步電機風力發電系統。特別是涉及一種可以為電網提供高質量電能的直驅型永磁同步電機風力發電功率變換裝置。

背景技術

隨著常規化石類能源的日益短缺以及大眾環保意識的提高，風能作為一種最重要的可再生能源已經被廣泛的用于發電。風力發電機向大型化方向發展的過程中，風機與發電機直接聯接驅動鏈結構越來越受到人們的重視，為提高系統效率，通常使用直驅型永磁同步風力發電機。直驅型永磁同步風力發電機雖然成本較高，但是它放棄了傳統的高速風力發電機中的升速齒輪箱，可靠性增高，維修量減小，它已成為倍受青睞的發展方向之一。

直驅型永磁同步風力發電機輸出電壓的幅值和頻率都隨風速的變化而變化，直驅型永磁同步電機風力發電系統就要在盡量最大限度地捕獲風能的情況下，將永磁同步發電機發出的電壓和頻率都隨風速不斷變化的交流電能變換成電壓和頻率都恒定的三相交流電輸送到電網。這就需要一套性能良好的功率變換裝置，希望其具有安全、可靠、高效、經濟等特點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種可以為電網提供高質量電能的直驅型永磁同步電機風力發電功率變換裝置。

本發明所采用的技術方案是：一種直驅型永磁同步電機風力發電功率變換裝置，是由主電路和控制主電路的控制單元構成，所述的主電路包括有：風機，通過聯軸器與風機同軸相連的永磁同步發電機，與永磁同步發電機相連的二極管整流器，與二極管整流器相并聯的升壓斬波電路，與升壓斬波電路相并聯的濾波儲能電容器C和三相逆變器，與三相逆變器相連的三相變壓器或三相濾波儲能電感，以及與三相變壓器或三相濾波儲能電感相連的斷路器；所述的升壓斬波電路是由電路結構完全相同的第一升壓斬波電路和第二升壓斬波電路構成，所述的第一升壓斬波電路和第二升壓斬波電路的輸入端和輸出端分別并聯在一起。

所述的控制單元包括有，通過電壓傳感器和電流傳感器分別與第一升壓斬波電路和第二升壓斬波電路相連、接收其電壓信號和電流信號的模擬信號濾波放大電路；以及通過電壓傳感器和電流傳感器與三相逆變器輸出相連、接收其電壓信號和電流信號的模擬信號濾波放大電路；分別與模擬信號濾波放大電路和模擬信號濾波放大電路相連的含有模/數轉換器、編寫有特定的功率控制軟件和PWM控制信號輸出接口的數字信號處理器，輸入端與數字信號處理器的PWM控制信號輸出接口相連而輸出端分別與第一升壓斬波電路和第二升壓斬波電路、三相逆變器相連的PWM驅動信號放大隔離電路。

所述的第一升壓斬波電路和第二升壓斬波電路的構成是：電感L1/L2的一端連接二極管整流器的正輸出端，另一端分別連接二極管D1/D2的陽極及功率開關管VT1/VT2的集電極，二極管D1/D2的陰極連接電容器C的一端；功率開關管VT1/VT2的發射極接地，功率開關管VT1/VT2的基極連接控制單元的PWM驅動信號放大隔離電路。

所述的驅動第一升壓斬波電路中的功率開關管VT1和第二升壓斬波電路中的功率開關管VT2的PWM脈寬調制信號是由兩個電流閉環控制生成的，在時間上互差二分之一周期，即在相位上互差180°。

所述的主電路中的升壓斬波電路還可以是由大于等于2的N個相同的升壓斬波電路相并聯構成，驅動N個并聯升壓斬波電路中的N個功率開關管的PWM脈寬調制信號是由N個電流閉環控制生成的，在時間上互差N分之一周期，即在相位上互差360°/N。

本發明的直驅型永磁同步電機風力發電功率變換裝置，兩個升壓斬波電路中驅動每只功率開關管的PWM脈寬調制信號是由兩個電流閉環控制生成的，兩個PWM脈寬調制信號在時間上互差二分之一周期，即在相位上互差180°。由于降低了升壓斬波電路中功率開關器件的容量，便于功率開關器件的選型、安裝和散熱；同時，在不增加升壓電路功率開關器件開關頻率的情況下，降低整流器輸出電流和發電機定子電流紋波，發電機的附加損耗低，電磁轉矩脈動小，振動噪音低，系統效率高。

附圖說明

圖1是本發明的系統構成與主電路原理示意圖；

圖2是圖1中控制單元的構成框圖；

圖3是兩個并聯的升壓斬波電路控制驅動信號形成原理示意圖；

圖4是兩個并聯的升壓斬波電路功率開關管驅動信號的波形圖；

圖5是三相逆變器輸出功率控制原理的示意框圖。

其中：

1：第一升壓斬波電路?????2：第二升壓斬波電路

3：數字信號處理器???????4：模擬信號濾波放大電路

5：模擬信號濾波放大電路?6：PWM驅動信號放大隔離電路

具體實施方式