[發明專利]用于轉換風力發電機產生的電力的模塊變流器和采用所述變流器的風力發電站

無效

• 申請號: 200910149766.5
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101645606A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: F·C·德贊;F·帕羅蒂;G·瑪格吉安尼
• 申請（專利權）人: 特雷維能源股份公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02P27/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 屠長存

技術領域

本發明涉及用于風力發電機的能量轉換系統，尤其涉及用于轉換風力發電機產生的電力的模塊變流器，以及采用這種變流器的相應的風力發電站。

背景技術

為了易于理解以下的描述，在此提供文中所采用的縮寫詞的全稱列表：

a.c.-交流電；

d.c.-直流電；

DCBUS-直流中間電路；

LV-低壓；

MV-中壓；

HV-高壓；

HVDC-高壓直流電，高壓直流傳輸；

DDPMSG-直驅式永磁同步發電機

DFIG-雙饋感應式發電機

IGBT-絕緣柵雙極晶體管

MMSC-多級模塊靜態變流器

SCM-靜態變流器模塊

DC-數字控制器

MDC-主數字控制器

SDC-從數字控制器

N_m-SCM的數量

N_ms-串聯的SCM的數量

N_mp-并聯的SCM的數量

V_mac-SCM輸入側的交流電壓

V_mdc-SCM輸出側的直流電壓

V_dcn-直流中間電路的總直流電壓

現有技術中用于產生電流的風力渦輪(通常也稱為“風力發電機”)的當前發展都在尋求電力的不斷提高；尤其是，如海上風力發電站，即，將這些發電站安裝在離海岸或湖岸若干英里的地方，以便用于讓它們充分地暴露在這些區域的氣流之中以達到更好的效果。

如圖1所示，風力發電機1包括風力渦輪2，其配有葉片2a和包含主體4內的具有齒輪2b、2c的系統，主體4安裝在支撐塔5上。風力發電機1還包括，仍舊位于主體4中的發電機3，其設計成將風沖擊在渦輪葉片上所產生的機械能轉換成電能。

大多數情況下，風力發電機1還具有制動器6，其設計成在風力過強的情況下降低渦輪2的葉片2a的旋轉速度。

在這些發電機中，最適于用于風力渦輪的是：

-感應式發電機，具有雙電源并典型地配有與連在風力渦輪2自身上的軸7耦接的轉速倍增器；和

-直驅式永磁同步發電機(DDPMSG)，在這種情況下，其直接與渦輪的軸耦接。

圖2中具體示出的是帶有永磁體11的同步發電機10的截面，此時永磁體相對彼此以90°的角度定位。永磁體11與纏繞在永磁體11自身上的、由導電材料制成的線圈12一起，構成了發電機10的轉子13。所述轉子連接到風力渦輪的軸7上并安裝在導磁性金屬定子14的內部，旋轉時轉子13所產生的磁場線15不斷傳播(propagate)。

當前，對于這種特殊應用類型，DDPMSG沒有感應式發電機普遍。然而，DDPMSG還是在效率、可靠性、控制的簡易性方面表現出了相當的優勢，從而代表了風力發電機1領域中機械動能轉換成電能的技術前沿。

另外，當前開發的風力發電機1具有高于3MW的電力，其帶有通過靜態變頻器連接至50/60Hz公共電網的可變速發電機。

現今，風力發電機1典型地配有400-V或690-V的發電機，其采用了雙級變流器，帶有中間直流電路，公知的縮寫為DCBUS，如具有典型的650Vdc或1100Vdc的輸出電壓，通過采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)來獲得該DCBUS并設計成用于驅動高電壓。

近來，一些公司開始引入中壓發電機變流器系統，DCBUS上具有3000Vac和5000Vdc的級聯電壓。

提高發電機/變流器的電壓的需要是為了能夠獲得大型風力發電機。基于現有的解決方案，對于690V的電壓，實際上是易于獲得的，風力發電機具有高達3MW的功率；為了更高的功率，需要提高電壓，從而提高系統的電效率。

目前，風力發電機是借助于LV-MV變壓器(其中，LV-MV變壓器將電壓從低壓LV，也就是低于20kV，轉換至中壓MV)通過中壓(MV)電站(這里的“通過中壓(MV)電站”表示20-kV至36-kV范圍內的電壓)內部的網絡連至公共主電網，所述LV-MV變壓器安裝在風力發電機自身的內部，并將電壓提高到MV網的20-kV至36-kV水平。

風力發電機1，典型地位于風力發電站的內部，并且風力發電站包含特定多數個風力發電機，其通過如下方式連接至國家電網：

1.通過多條電纜通過交流中壓傳輸的交流中壓配電；