[發(fā)明專利]一種兆瓦級直驅(qū)式風(fēng)電并網(wǎng)軟開關(guān)變流器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010301248.3
• 申請日: 2010-02-05
• 公開（公告）號: CN101795082A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙雙喜;劉廣東
• 申請（專利權(quán)）人: 保定天威集團(tuán)有限公司
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02J3/38
• 代理公司: 唐山順誠專利事務(wù)所 13106
• 代理人: 于文順

所屬技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種兆瓦級功率等級的風(fēng)力發(fā)電用全功率并網(wǎng)變流器，特別是兆瓦級直驅(qū)式 風(fēng)電并網(wǎng)軟開關(guān)變流器，屬于風(fēng)電新能源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著能源問題的日趨嚴(yán)重，能源和環(huán)境問題已成為全球可持續(xù)發(fā)展所面臨的主要問題， 日益引起國際社會的廣泛關(guān)注。大力發(fā)展新能源成為了解決上述問題的根本途徑。其中，風(fēng) 力發(fā)電是目前新能源中技術(shù)比較成熟、最具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式，具 有占地少、無污染、建設(shè)周期短、裝機(jī)規(guī)模靈活等優(yōu)點，受到世界各國的廣泛關(guān)注，在整個 世界電力市場上呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。為了推動并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，國家發(fā)改委組織 制定的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中明確要求，2020年全國風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到3000萬千 瓦。眾所周知，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要包括直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和非直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 兩種形式。其中，變速恒頻交流勵磁雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和直驅(qū)多極永磁電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)是這兩種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的典型代表，也是最有前景的風(fēng)力發(fā)電方案，目前已經(jīng)成為兆瓦級 風(fēng)電機(jī)組的首選方案，同時也是我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)進(jìn)軍兆瓦級風(fēng)電市場的主攻方向。

非直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)輪通過增速齒輪箱接發(fā)電機(jī)，然后通過變壓器并入電網(wǎng)。而 直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中風(fēng)輪直接接發(fā)電機(jī)，然后通過變流器并入電網(wǎng)。很顯然，直驅(qū)式風(fēng)力 發(fā)電系統(tǒng)與非直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，省去了增速齒輪箱，這樣不但減少了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 體積和重量，而且減少了對齒輪箱的日常維護(hù)工作，降低了風(fēng)電系統(tǒng)的噪聲、提高了機(jī)組壽 命和低風(fēng)速時高效率等多種優(yōu)點，所以直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)成了現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨 勢，而作為其并網(wǎng)核心部件的并網(wǎng)變流器性能的好壞對整個系統(tǒng)的正常運行起著至關(guān)重要的 作用，因此直驅(qū)式并網(wǎng)變流器的研究成為了風(fēng)電科技領(lǐng)域的研究熱點。

直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)變流器的功率等級與發(fā)電機(jī)組相當(dāng)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能全部 通過變流器轉(zhuǎn)換為頻率、電壓恒定的交流電饋入電網(wǎng)，并通過對電機(jī)側(cè)變流器電流的控制而 控制電磁轉(zhuǎn)矩，使之實現(xiàn)最大功率輸出。與非直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，變流器在發(fā)電機(jī)組 與電網(wǎng)之間使用，實現(xiàn)了發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)的隔離，轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率之間的耦合問題獲得了很 好的解決，也在一定程度上避免了因電網(wǎng)波動對發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運行所帶來的不利影響。歐美 國家在風(fēng)電技術(shù)上長期處于領(lǐng)先地位，很多風(fēng)電設(shè)備制造商，如Enercon、ABB、Siemens等 都推出了2MW～5MW的相關(guān)產(chǎn)品。其中德國風(fēng)電設(shè)備巨頭Enercon公司采用如圖1所示的主電路 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這是一種技術(shù)最為成熟、運行最為可靠，適應(yīng)范圍廣泛的技術(shù)方案。但其控制系 統(tǒng)較為復(fù)雜，沒有考慮功率開關(guān)器件的開關(guān)損耗問題，而在MW級領(lǐng)域，功率開關(guān)器件的開關(guān) 損耗問題是一個不容忽視的問題，隨著功率等級的越來越大，其危害越來越嚴(yán)重甚至能導(dǎo)致 器件的燒毀。為了減少功率器件的開關(guān)損耗，ABB公司采用三電平的主電路結(jié)構(gòu)應(yīng)用在兆瓦 級以上的風(fēng)電系統(tǒng)中，該系統(tǒng)能大大降低每個開關(guān)器件的開關(guān)損耗，產(chǎn)生很低的電流電壓諧 波畸變率，需要的濾波裝置容量小。但是與兩電平的主電路結(jié)構(gòu)相比功率開關(guān)器件的用量增 加了一倍，大大的增大了成本。

目前，國內(nèi)在兆級風(fēng)力發(fā)電用功率變流器的研究和制造方面總體上處于起步階段，特別 是在2MW及以上功率等級變流器方面還完全處于空白階段，嚴(yán)重制約了我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè) 國產(chǎn)化的順利進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明目的是提供一種兆瓦級直驅(qū)式風(fēng)電并網(wǎng)軟開關(guān)變流器，電路結(jié)構(gòu)簡單，降低風(fēng)電 設(shè)備的成本，解決背景技術(shù)中存在的上述問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

兆瓦級直驅(qū)式風(fēng)電并網(wǎng)軟開關(guān)變流器，它包含電機(jī)側(cè)三相濾波電容單元、整流單元、升 壓斬波單元、軟開關(guān)單元、逆變單元、網(wǎng)側(cè)三相濾波電容單元，各單元之間依次匹配連接， 其特別之處是：所述的整流單元由至少一個三相不控二極管整流單元構(gòu)成或多個三相不控二 極管整流單元并聯(lián)連接構(gòu)成；所述的升壓斬波單元由至少一個升壓斬波單元構(gòu)成或多個升壓 斬波單元并聯(lián)連接構(gòu)成；所述逆變單元由至少一個逆變單元構(gòu)成或多個逆變單元并聯(lián)連接構(gòu) 成。

本發(fā)明采用軟開關(guān)技術(shù)來控制來解決功率開關(guān)器件損耗大的問題。

本發(fā)明中主電路采用的功率開關(guān)器件可以為IGCT，但不限于IGCT。