[發明專利]基于MMC和雙極式直流傳輸結構的直驅風電變流結構

在審

• 申請號: 201410467096.2
• 申請日: 2014-09-12
• 公開（公告）號: CN104242341A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 周細文;呂笑巖;劉景芝;章輝;陳烘民;黃慶利
• 申請（專利權）人: 周細文;江蘇有能新能源有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M5/458
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 任立

技術領域

本發明涉及風力發電領域，特別是一種基于MMC和雙極式直流傳輸結構的直驅風電變流結構。

背景技術

風電機組的功率不斷加大，目前大功率風力發電機多采用六相（雙繞組）電機，輸出兩組三相電壓（錯相或不錯相），每組容量為電機容量的一半；在風力發電的各種方案中，直驅風力發電方式以其優越的性能，日益成為研究及應用的熱點；現有的大容量直驅風力發電機，由于受葉尖速比的限制，容量的增大會導致發電機轉速的下降，而低轉速大容量直驅風力發電機的直徑等尺寸將變得很大，這給發電機的制造、運輸和吊裝帶來極大困難，對此，行業內已有相關研究，一種解決方法是使用兩臺相同的直驅發電機同軸串聯使用，即串級式發電機，這種結構增大了直驅風力發電機的容量，有效壓縮了大容量發電機的尺寸；與此相對應，并網變流器的容量要求增大，因此本發明正好符合這種串級發電機的并網需求。

直驅風力發電機和電網之間通過變流器連接，風電變流器是風力發電機組不可缺少的能量變換環節，其主要作用是將風力發電機的電壓頻率、幅值浮動不定的電能轉換為頻率、幅值穩定，符合電網要求的電能，解決了低電壓的穿越問題，通過最大功率點追蹤技術，能夠充分的利用風能，進一步提高發電效率。

目前風力發電機的發電功率已達到近10MW，由于直驅風力發電系統中，發電機需要通過全功率變流器進行并網，受到電力電子器件容量的限制，單套變流器的輸送能力不能滿足發電機的能量傳輸需求，為突破這一限制，變流器的并聯技術在風力發電系統中成為了研究熱點；并聯技術在風機功率一定的情況下，可以采用功率等級更低的功率開關器件傳送電流，大大降低生產成本。

并聯型變流器系統中，會產生嚴重的環流問題；環流在并聯的變流器之間流動，它的存在增加了損耗，降低了系統效率，是功率器件發熱嚴重，甚至燒毀；目前研究中常采用兩種方式解決并聯變流器系統中環流問題：一是在硬件上消除環流通道，二是采用適當的控制方法來抑制環流；通常采用硬件方式消除環流的方法為加隔離變壓器，隔離變壓器能夠阻斷交流側的環流回路，消除環流，同時，采用不同形式的副邊結構的隔離變壓器，可以消除特定次諧波，降低對電網的污染；由于在工頻下工作，通常隔離變壓器的體積、重量都很大，它會造成系統成本的增加，所以不適合用于大功率的永磁或電勵磁直驅風電系統中。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種基于MMC和雙極式直流傳輸結構的直驅風電變流結構采用雙極性直流結構，在直流線路發生單極直流故障時，故障極整流側換流器閉鎖，則故障極整流側輸出的直流電流降為零，即不會產生直流故障的過電流，

為了解決以上技術問題，本發明提供一種基于MMC和雙極式直流傳輸結構的直驅風電變流結構，包括兩臺直驅風力發電機，即第一、第二直驅風力發電機，兩臺直驅風力發電機之間通過設置一電容形成同軸聯接，即串級使用；

兩臺直驅風力發電機的三相繞組獨立設置且每套三相繞組的輸出端均依次串聯一du/dt濾波器及一整流器，第一直驅風力發電機所連接的整流器的正直流輸出端串聯第一直流電阻后通過正直流傳輸線接入網側變流器，第二直驅風力發電機所連接的整流器的負直流輸出端串聯第二直流電阻后通過負直流傳輸線接入網側變流器，第一直驅風力發電機所連接的整流器的負直流輸出端與第二直驅風力發電機所連接的整流器的正直流輸出端共同接地；每個整流器正負直流輸出端之間還設有一直流支撐電容；

網側變流器為三相交流輸出結構，即網側變流器包括在正、負直流傳輸線之間并聯設置的三組模塊化多電平換流器，每組模塊化多電平換流器由4臺串聯設置的標準功率子模塊組成，沿正、負直流傳輸線位置方向依次為第一至第四標準功率子模塊，其中，第二、第三標準功率子模塊之間還串聯設置有兩個電感，還包括一臺三相濾波電容組，三相濾波電容組的輸入端連接每組模塊化多電平換流器中兩個電感之間的中點，其輸出端經并網變壓器后為電網提供三相電壓；

技術效果：上述技術方案中，機側變流器輸出雙極性直流電壓，為網側變流器提供直流電源，網側變流器將機側變流器整流出的直流電壓調制成交流的三相電壓，通過對逆變輸出三相電壓幅值、相位和頻率的控制，經過并網變壓器，輸出符合電網要求的三相電壓，較好的完成風力發電的并網功能。

本發明進一步限定的技術方案是：

進一步的，前述的基于MMC和雙極式直流傳輸結構的直驅風電變流結構，風力發電機為單繞組直驅風力發電機且每套三相繞組獨立設置，每套三相繞組的輸出端均依次串聯一du/dt濾波器及一整流器，即每臺單繞組直驅風力發電機連接一臺du/dt濾波器和一臺整流器；