一种基于全波斩控整流电路的风力发电系统技术方案

一种基于全波斩控整流电路的风力发电系统，其特征在于：由原动机，齿轮箱，发电机，变压器，N个全波斩控整流电路和直流系统构成；其中发电机的输出接变压器的一次绕组，变压器的二次绕组有N个相互隔离的线圈，每个线圈接全波斩控整流电路的交流输入；全波斩控整流电路包含单相全桥二极管整流电路，滤波电容，斩波电路；N个全波斩控整流电路的交流侧相互隔离，直流侧依次串联连接，然后接入直流系统，用于电能的汇集与传输。N个全波斩控整流电路的交流侧电流畸变率很小，直流侧输出电压0到最大值可调。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种基于全波斩控整流电路的风力发电系统，其特征在于：由原动机，齿轮箱，发电机，变压器，N个全波斩控整流电路和直流系统构成；其中发电机的输出接变压器的一次绕组，变压器的二次绕组有N个相互隔离的线圈，每个线圈接全波斩控整流电路的交流输入；全波斩控整流电路包含单相全桥二极管整流电路，滤波电容，斩波电路；N个全波斩控整流电路的交流侧相互隔离，直流侧依次串联连接，然后接入直流系统，用于电能的汇集与传输。N个全波斩控整流电路的交流侧电流畸变率很小，直流侧输出电压0到最大值可调。【专利说明】-种基于全波斩控整流电路的风力发电系统
本专利技术涉及一种风力发电系统电力转换方法，更具体的说，涉及一种基于全波斩 控整流电路的风力发电系统。
技术介绍
随着全球气候变暖，二氧化碳排放量持续增加以及传统化石能源的逐渐枯竭，人 们对可再生能源的关注越来越多，而陆上的太阳能与风能的开发技术已经相对成熟，并已 经大规模开发，而海上风电由于离岸较远，其建设与维护就非常困难，对于离岸较远的风力 发电场，直流传输成为唯一可供选择的电能传输方案，现在的离岸距离较远的风力发电场 的电能汇集与转换的方法为：风力发电机采用异步双馈风力发电机，通过齿轮箱将转速提 高到额定转速附近，双馈感应风机的转子采用交流励磁，以控制异步双馈风力发电机的输 出电压为50Hz，然后经过升压变压器升高到35kV，进行中压汇流，通过海上平台的换流变 压器和电压源变流器（Voltage Source Convertor, VSC)将交流电转化成直流电，然后通 过海底直流电缆进行传输。这种方法需要建设昂贵的海上平台用于放置换流变压器、电压 源变流器及其附属设备，建设成本高，且周期长，维护困难，运行时的功率损耗较大。风电变 流器采用电力电子设备进行交流励磁，该设备的故障率高，增加了维护成本。现有的海上风 力发电系统采用中等电压等级的交流进行汇流，其开关设备较多，且结构复杂。当发生交流 短路时，对风力发电系统的影响较大，可能会造成风机大面积脱网。 目前，已经有多篇文献针对直流串联的海上风电进行了研究，直流串联的海上风 电汇集与传输系统采用变流器的直流侧串联，得到一个高电压，用于海上风电的汇集和传 输，严格来说，传统的风力发电的功率汇集方法为：汇流，而基于直流串联的风力发电系统 的功率汇集方法为：汇压，由于可以通过串联的方式得到一个高电压，所以可以省去海上平 台以及高压大容量电压源变流器，从而大幅降低了建设成本和运营成本，降低了系统的结 构，提高了可靠性。但是由于传统的交流-直流变换器的固有缺点，导致直流串联结构的风 力发电系统只是处于前期的研究阶段，且并不具有实用价值，其性能不满足风力发电系统 的要求：交流侧电流畸变小，直流侧输出电压从〇到最大值任意可调，变流器技术成熟，成 本低，损耗小，控制简单，可靠性高等。基于晶闸管的相控整流器的直流侧电压可以任意调 节，但是交流侧电流畸变大，对风力发电机的性能与寿命造成重大影响；基于电压源变流器 的风电变流器（Voltage Source Convertor, VSC)交流侧电流波形畸变率很小，但是直流 侧电压不可以任意调节，不适合用于直流串联的风电系统；基于全控型电流源变流器的风 电变流器（Current Source Convertor, CSC)交流侧电流波形畸变率小，且直流侧电压可 以任意调节，但其技术不成熟，且损耗较大，控制困难，且其他方面的应用也几乎没有，针对 CSC的研究也非常有限，只是停留在理论研究阶段。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种基于全波斩控整流电路的风力发电系 统，其中全波斩控整流电路的交流侧电流畸变很小，其直流侧输出是一个稳定的直流电压， 且在0到最大值之间任意可调，通过调整直流输出电压来调整风力发电系统的输出功率， 使直流侧串联更加容易实现。 本专利技术采用以下方法来实现本专利技术的目的。 -种基于全波斩控整流电路的风力发电系统，其特征在于：由原动机，齿轮箱，发 电机，变压器，N个全波斩控整流电路和直流系统构成。 其中原动机将风力转换成风叶旋转的机械能，经过齿轮箱加速后，驱动发电机的 转子旋转，发电机将机械能转化成电能。 发电机的输出接变压器的一次绕组，变压器的二次绕组有N个相互隔离的线圈， 每个线圈接全波斩控整流电路的交流输入。 N个全波斩控整流电路的直流输出串联连接，然后接入直流系统。 直流系统用于风电的汇集，传输与并网。 全波斩控整流电路包含单相全桥二极管整流电路，滤波电容，斩波电路。 单相全桥二极管整流电路作为全波斩控整流电路的交流输入，单相全桥二极管整 流电路的直流侧接滤波电容（C)，斩波电路的输入接滤波电容的两端，斩波电路的输出作为 全波斩控整流电路的输出。 所述的斩波电路为单重斩波电路或由多个单重斩波电路并联连接构成的多重斩 波电路。 其中单重斩波电路为降压斩波电路，由IGBT (T)，二极管（D)和电感（L)构成，IGBT 的集电极作为斩波电路的正极输入，IGBT的发射极，二极管（D)的阴极和电感（L)的一端相 连，二极管（D)的阳极作为斩波电路的输入和输出的负极，电感（L)的另一端作为斩波电路 输出的正极。 所述的斩波电路中的IGBT的占空比为： _ F, X G … D = -^- (1)。 其中D为所述的直流斩波电路中IGBT的占空比，Vdc为所述的二极管整流电路直 流侧电压瞬时值，L为直流斩波电路输出侧电流，G为等效电导；通过控制等效电导（G)的 大小，便可以控制整流电路输出电压的大小。 其中滤波电容（C)和斩波电路可以等效为一个电导为G的电导，连接在二极管整 流电路的直流侧，从而使二极管整流电路的交流侧电流为正弦波。 全波斩控整流电路的输出电压为： I，，= - ρ ι-- = d X L 二(2)。 Τ c ι· f 1 ： 设二极管交流侧电压的数学表达式为： U+二 (3)。 则二极管直流侧电压表达式为： = |sill(ftjf)l (4)0 将式（4)带入式（2)可以得到全波斩控整流电路的输出电压为： F； = - (5)。 由式（5)可以看到，全波斩控整流电路的输出电压中含有直流分量和倍频分量。 所述的变压器的二次侧由一组或多组三相交流电源构成，假设其中一组三相交流 电源的电压为： rr? = Γ·； sin(f：3f) 乂 I'； ； 1二 sin(_* - 2-了 / 3) (6)。 IV. = i'^siiiCoj* + 2,7/ 3) 根据式（5)可以得到则每个全波斩控整流电路的输出电压为： r· χ； η ；rs, = -^_Ii-c〇a；2ftf)] ! -4 I -. F* xG <； ····： -=-fj - cosl 2<ar + 3)] (7)。 ! 24 i - F+: x G . . -{1 ^ cos( 2ctf - 2π / 3)] 21 . K, ?· 由于全波斩控整流电路的直流侧串联连接，则其直流侧输出电压为： =铲知-?λ-,?, + (8)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于全波斩控整流电路的风力发电系统，其特征在于：由原动机，齿轮箱，发电机，变压器，N个全波斩控整流电路和直流系统构成；其中原动机将风力转换成风叶旋转的机械能，经过齿轮箱加速后，驱动发电机的转子旋转，发电机将机械能转化成电能；发电机的输出接变压器的一次绕组，变压器的二次绕组有N个相互隔离的线圈，每个线圈接全波斩控整流电路的交流输入；N个全波斩控整流电路的直流输出串联连接，然后接入直流系统；直流系统用于风电的汇集，传输与并网。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭高朋，
申请(专利权)人：郭高朋，
类型：新型
国别省市：北京;11