[實用新型]一種兆瓦級永磁直驅式風力發電變流器

有效

• 申請號: 200920201385.2
• 申請日: 2009-12-03
• 公開（公告）號: CN201601609U
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 鄢來朋;孫浩;徐小偉;倪鋒;錢驍寅;金皓
• 申請（專利權）人: 浙江華章科技有限公司
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02H7/10;H02J3/38
• 代理公司: 杭州天欣專利事務所 33209
• 代理人: 余木蘭

技術領域

本實用新型涉及一種風力發電變流設備，特別是一種兆瓦級永磁直驅式風力發電變流器，主要用于利用可再生能源——風能的風力發電。

背景技術

風能作為一種潔凈的可再生能源，隨著風力發電技術逐步成熟，其運行成本將會低于水電和火電，發展前景非常廣闊。發電機組是風力發電機系統的能量轉換核心，目前，采用的發電機組主要有雙饋異步發電機組和永磁直驅式風力發電機組。雙饋異步發電機采用定子和轉子雙繞組，以及滑環、變速齒輪箱，其定子繞組直接連接到電網上，轉子繞組電流由滑環引入，通過一部分功率的交-直-交變換器與電網連接，轉子變換器通過調節轉子電流的頻率、相位及功率來調節定子側輸出功率，使之與風輪輸出功率相匹配，在風輪和電機之間通過變速齒輪箱進行增速。由于齒輪箱易過載，且損壞率較高，致使雙饋異步發電機組的可靠性和穩定性較差。永磁直驅式風力發電機組不用齒輪箱，采用多極永磁同步電機與葉輪連接進行驅動，然后通過全功率的變頻裝置并網，利于提高風力發電機組的可靠性和系統效率。

1.5兆瓦級以上的永磁直驅式風力發電機組產生的變頻變壓電能，通過交-直-交并網變流器進行變換后送入電網。公開號為CN101051793的中國專利申請《兆瓦級直驅式風電并網變流器》公開了一種兆瓦級直驅式風電并網變流器，它包括發電機側三相濾波電容器、整流器單元、升壓斬波器單元、逆變器單元、網側三相濾波電容器和變壓器，風力發電機連接三相濾波電容器，三相濾波電容器連接整流器單元，整流器單元連接升壓斬波器單元，升壓斬波器單元連接逆變器單元，逆變器單元連接三相濾波電容器，三相濾波電容器連接變壓器，變壓器連接工頻電網。該并網變流器利于降低風電設備的成本，具有功率因數可調、更高功率等級等優點。但是，存在下列不足：1、結構不夠緊湊，元器件未經整合，風力發電機組需配置專門的配電室，設計單獨的冷卻柜體，加大了發電機組的制造成本和占用空間；2、系統的安全性較差，缺少平臺機側進線與網側出線的斷路器保護，以及監測設施有限，當出現異常時，會沖擊電網，發生故障；3、支持的通訊協議/接口有限，變流器的通訊安全保障不夠；4、維修拆卸困難。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是，克服現有技術存在的缺陷，提供一種結構合理緊湊、安全性好的兆瓦級永磁直驅式風力發電變流器。

本實用新型解決上述問題所采用的技術方案是：該兆瓦級永磁直驅式風力發電變流器，其結構特點是：包括整流單元、逆變單元、控制系統、輔助單元和柜體；

所述的整流單元包括整流功率電路和整流驅動控制電路，逆變單元包括逆變功率電路和逆變驅動控制電路，所述的整流功率電路和逆變功率電路通過直流母線連接，整流驅動控制電路與逆變驅動控制電路之間通過光纖通訊連接，所述的控制系統與整流驅動控制電路之間、控制系統與逆變驅動控制電路之間均通過通訊總線連接，所述的整流單元和逆變單元采用對稱結構配置，整流功率電路和逆變功率電路均由三組六只絕緣柵雙極型晶體管組成，整流單元位于永磁同步發電機側，逆變單元位于電網側；整流單元將來自永磁同步發電機的5～200Hz的三相交流電進行脈沖寬度調制整流，完成交流/直流穩壓及升壓變換，形成1000～1200V直流電壓，逆變單元將直流電壓經過脈沖寬度調制逆變成50Hz三相交流電；

所述的輔助單元包括輔助保護電路、預充電電路、輔助控制電路、逆變單元側主接觸器和濾波電路，所述的輔助保護電路含整流單元側斷路保護器、逆變單元側斷路保護器和浪涌保護器，預充電電路含直流母線預充電電路接觸器、直流母線預充電電阻和直流母線預充電整流橋，濾波電路含直流母線濾波電容、正弦濾波器電容和正弦濾波器電抗；

所述的永磁同步發電機和整流單元之間裝有整流單元側斷路保護器和浪涌保護器，逆變單元和電網之間依次裝有浪涌保護器、濾波電路、逆變單元側主接觸器、直流母線預充電電路接觸器和逆變單元側斷路保護器，所述的輔助控制電路控制整流單元側斷路保護器、逆變單元側斷路保護器、預充電電路和逆變單元側主接觸器。

本實用新型兆瓦級永磁直驅式風力發電變流器，所述的通訊總線為Ethernet、DeviceNet、ProfileBus、Canbus、ModBus總線中的一種，所述的控制系統與整流驅動控制電路之間、控制系統與逆變驅動控制電路之間配置對網絡通訊冗余的硬接線。

本實用新型兆瓦級永磁直驅式風力發電變流器，所述的整流單元側和逆變單元側均設置檢測電壓信號的同步變壓器。