[發(fā)明專利]用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的全功率變流器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611249257.6
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106787803A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龐小龍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02J3/38
• 代理公司: 北京東方億思知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11258
• 代理人: 彭瓊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，更具體地涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的全功率變流器。

背景技術(shù)

隨著能源危機(jī)的加劇，新能源的開發(fā)與利用已成為研究的熱點。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終輸出交流電的電力設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因風(fēng)量不穩(wěn)定，故其輸出的低頻交流電的電壓也不穩(wěn)定，通常將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的低頻交流電能經(jīng)過整流轉(zhuǎn)變成直流電能，再經(jīng)過逆變電路將直流電能轉(zhuǎn)變成交流市電，才能保證穩(wěn)定使用。

目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用集中布局、一體化結(jié)構(gòu)的全功率變流器進(jìn)行能量的傳送與轉(zhuǎn)換。變流器整體位于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔底部位，采用背靠背結(jié)構(gòu)型式的交流-直流-交流的形式進(jìn)行電能的傳送與變換。這樣的變流器模塊集成化程度高，整套變流器系統(tǒng)均位于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔底位置，空間占比大、設(shè)備集中、運(yùn)維空間狹小，并且電能在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部傳輸過程中采用交流形式，這使得塔筒內(nèi)使用的電纜數(shù)量多、損耗大。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種新的全功率變流器空間排列結(jié)構(gòu)，主要對整流單元與逆變單元進(jìn)行了空間上的分離：機(jī)側(cè)整流單元位于機(jī)艙平臺，網(wǎng)側(cè)逆變單元位于塔底平臺，從而整體優(yōu)化了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的布局，改善了變流器目前體積龐大、結(jié)構(gòu)集中、模塊維護(hù)更換空間狹小的問題，從根本上改變了變流器的結(jié)構(gòu)與形式；并且在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔筒內(nèi)使用直流形式進(jìn)行電能的傳輸，從而減小了線路能量損耗，降低了機(jī)組電纜的使用成本，簡化了機(jī)組塔筒內(nèi)的接線工藝。

根據(jù)本發(fā)明實施例的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的全功率變流器，包括：機(jī)艙變流系統(tǒng)，位于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙平臺，被配置為將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的低頻交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；直流電能傳輸單元，位于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔筒內(nèi)，被配置為將直流電能從機(jī)艙變流系統(tǒng)傳輸?shù)剿鬃兞飨到y(tǒng)；以及塔底變流系統(tǒng)，位于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔底平臺，被配置為將直流電能轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的工頻交流電能。

在一個實施例中，機(jī)艙變流系統(tǒng)包括：機(jī)側(cè)整流單元，被配置為通過對低頻交流電能進(jìn)行整流，將低頻交流電能變換為直流電能；以及機(jī)側(cè)濾波單元，被配置為濾除機(jī)側(cè)整流單元中的IGBT高頻開關(guān)產(chǎn)生的諧波，以避免機(jī)側(cè)整流單元中的IGBT高頻開關(guān)產(chǎn)生的諧波對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生影響。

在一個實施例中，機(jī)側(cè)濾波單元是dU/dt濾波器。

在一個實施例中，直流電能傳輸單元包括：直流電能傳輸回路，被配置為將直流電能從機(jī)艙變流系統(tǒng)傳輸?shù)剿鬃兞飨到y(tǒng)；以及傳輸回路穩(wěn)壓單元，被配置為對直流電能傳輸回路進(jìn)行穩(wěn)壓。

在一個實施例中，直流電能傳輸回路是直流母線連接單元。

在一個實施例中，傳輸回路穩(wěn)壓單元是直流母線穩(wěn)壓電容單元。

在一個實施例中，塔底變流系統(tǒng)包括：網(wǎng)側(cè)逆變單元，被配置為將直流電能轉(zhuǎn)換為工頻交流電能；以及網(wǎng)側(cè)濾波單元，被配置為濾除網(wǎng)側(cè)逆變單元中的IGBT高頻開關(guān)產(chǎn)生的諧波，以避免網(wǎng)側(cè)逆變單元中的IGBT高頻開關(guān)產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生影響。

在一個實施例中，網(wǎng)側(cè)濾波單元是LCL濾波器。

在一個實施例中，該全功能變流器還包括：傳輸回路制動單元，位于塔底平臺，被配置為在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于低壓穿越狀態(tài)時吸收直流電能傳輸單元上傳輸?shù)闹绷麟娔堋?/p>

在一個實施例中，該全功率變流器，還包括：第一變流器可編程邏輯控制單元，位于塔底平臺，被配置為控制傳輸回路制動單元和網(wǎng)側(cè)逆變單元；以及第二變流器可編程邏輯控制單元，位于機(jī)艙平臺，被配置為控制機(jī)側(cè)整流單元。

在一個實施例中，第一變流器可編程邏輯控制單元和第二變流器可編程邏輯控制單元通過光纖進(jìn)行通信。

在一個實施例中，直流電能是±600V直流電能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對本發(fā)明實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面所描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是目前用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的典型變流器的結(jié)構(gòu)及位置的示意圖；

圖2是目前用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的全功率變流器的組成部分的示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的全功率變流器的示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的全功率變流器的電能流通示意圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的全功率變流器的控制系統(tǒng)的示意圖。