一种大容量永磁直驱风电机组并网电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种大容量永磁直驱风电机组并网电路，包括永磁同步机、模块化多电平矩阵换流器、滤波电路和变压器；所述永磁同步机的三相端口与所述模块化多电平矩阵换流器的机侧输入端口连接；所述模块化多电平矩阵换流器的网侧输出端口与所述滤波电路的输入端连接；所述变压器的一端与所述滤波电路的输出端连接，另一端与电网连接，能实现大容量永磁直驱风电机组的并网运行，耐压能力强，可靠性高。

A grid connected circuit of large capacity permanent magnet direct driven wind turbine

【技术实现步骤摘要】
一种大容量永磁直驱风电机组并网电路
本技术涉及新能源并网领域，尤其涉及一种大容量永磁直驱风电机组并网电路。
技术介绍
大单机容量永磁直驱风机配备大直径叶轮，可实现更大扫风面积，促进海洋资源集约利用。在风电场前期建设阶段，可有效降低项目征海费用、基础造价、施工吊装、海缆铺设等多项投资成本。在风电场运行阶段，可减小尾流影响，提高整场发电量，同时大幅节约高昂的出海运维成本。随着海上风电开发走向远海，机组离岸距离远，作业窗口期短，这一成效将愈加显著。永磁直驱风机单机容量增加以后，为了减少定子电流，发电机组的额定电压也会相应增加，原有的机端两电平背靠背换流器的耐压能力可能无法满足需求。
技术实现思路
本技术实施例的目的是提供一种大容量永磁直驱风电机组并网电路，能实现大容量永磁直驱风电机组的并网运行，耐压能力强，可靠性高。为实现上述目的，本技术实施例提供了一种大容量永磁直驱风电机组并网电路，包括永磁同步机、模块化多电平矩阵换流器、滤波电路和变压器；所述永磁同步机的三相端口与所述模块化多电平矩阵换流器的机侧输入端口连接；所述模块化多电平矩阵换流器的网侧输出端口与所述滤波电路的输入端连接；所述变压器的一端与所述滤波电路的输出端连接，另一端与电网连接。作为上述方案的改进，所述滤波电路包括第一电抗器和第一电容；所述第一电抗器的第一端与所述滤波电路的输入端连接，其第二端与所述滤波电路的输出端连接；所述第一电容的一端与所述第一电抗器的第二端连接，另一端接地。作为上述方案的改进，所述模块化多电平矩阵换流器包括九个矩阵单元，每个所述矩阵单元由一个桥臂和第二电抗器串联而成，每个所述桥臂包括N个串联的子模块，所述桥臂的一端连接至所述机侧输入端口，另一端通过所述第二电抗器连接至所述网侧输出端口；其中，N≥1。作为上述方案的改进，所述子模块包括全桥电路、卸荷电路和第二电容；所述全桥电路包括两个并联的开关单元，每个所述开关单元包括相串联的第一IGBT和第二IGBT，所述第一IGBT的集电极与所述开关单元的第一端连接，所述第一IGBT的发射极与所述第二IGBT的集电极连接，所述第二IGBT的发射极与所述开关单元的第二端连接；所述第一IGBT和所述第二IGBT均配置与其反向并联的二极管；所述开关单元与所述第二电容并联连接，且所述第二电容并联连接在所述卸荷电路的两端。作为上述方案的改进，所述卸荷电路包括第三IGBT、二极管和电阻；所述第三IGBT与所述二极管反向并联连接；所述第三IGBT的集电极与所述开关单元的第一端连接；所述电阻的一端与所述第三IGBT的发射极连接，另一端与所述开关单元的第二端连接。相对于现有技术，本技术实施例提供的一种大容量永磁直驱风电机组并网电路的有益效果在于：所述大容量永磁直驱风电机组并网电路包括永磁同步机、模块化多电平矩阵换流器、滤波电路和变压器，所述永磁同步机的三相端口与所述模块化多电平矩阵换流器的机侧输入端口连接，所述模块化多电平矩阵换流器的网侧输出端口与所述滤波电路的输入端连接，所述变压器的一端与所述滤波电路的输出端连接，另一端与电网连接。通过设置模块化多电平矩阵换流器，通过永磁同步机将风电频率由机侧输入端口输入模块化多电平矩阵换流器，进而通过控制模块化多电平矩阵换流器的开断将该风电频率转换成工频电能，进而该工频电能从网侧三个输出端口输出，该工频电能经滤波电路将高次谐波滤除，进而经过变压器进行升压后并入电网，从而实现变速恒频运行，另外，本实施例中模块化多电平矩阵换流器采用模块化多电平设计，能有效解决大容量永磁直驱风机额定电压较高导致原有的机端两电平背靠背换流器的耐压能力无法满足需求的问题，耐压能力强，可靠性高，能实现大容量永磁直驱风电机组的并网运行。附图说明图1是本技术实施例的一种大容量永磁直驱风电机组并网电路的结构示意图；图2是本技术实施例的模块化多电平矩阵换流器的拓扑图；图3是本技术实施例的子模块电路图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。参见图1，是本技术实施例的一种大容量永磁直驱风电机组并网电路的结构示意图，包括永磁同步机1、模块化多电平矩阵换流器2、滤波电路3和变压器4；所述永磁同步机1的三相端口与所述模块化多电平矩阵换流器2的机侧输入端口连接；所述模块化多电平矩阵换流器2的网侧输出端口与所述滤波电路3的输入端连接；所述变压器4的一端与所述滤波电路3的输出端连接，另一端与电网连接。需要说明的是，模块化多电平矩阵换流器2(M3C)是一种基于全控型器件的变频器，可以实现电网频率的转换，谐波含量少，且模块化设计易于扩展，耐压水平高，完全可以适应大容量永磁直驱风力发电机的并网需要。同时，相比于常用的背靠背模块化多电平换流器(MMC)，模块化多电平矩阵换流器具有较高的技术和经济优势。在相同运行工况、且背靠背模块化多电平换流器和模块化多电平矩阵换流器的每个桥臂子模块数相等时，模块化多电平矩阵换流器虽然增加了50％的IGBT元件，但其桥臂电抗器和子模块电容器数量均减少25％，电平数增加近一倍。同时模块化多电平矩阵换流器的桥臂电流更低，子模块电容电压波动更小，因此可以选用比背靠背模块化多电平换流器更小容量的IGBT和电容。本实施例中，模块化多电平矩阵换流器2共有6个外接的电气端口，机侧和网侧各3个，分别对应连接发电机定子三相端口和电网三相端口。该网侧输出端口设有3个，分别为eu、ev、ew。该网侧输出端口设有3个，均连接至所述滤波电路的输入端，分别为ea、eb、ec。因此，永磁同步机1的永磁直驱风电机组定子将风电频率通过机侧输入端口输入模块化多电平矩阵换流器2，进而通过控制模块化多电平矩阵换流器2中IGBT的开断将该风电频率转换成工频电能，进而该工频电能从网侧三个输出端口输出，该工频电能经滤波电路3将高次谐波滤除，进而经过变压器4进行升压后并入电网。其中，本实施例中变压器4可以是升压变压器，用于将电压升高。优选的，请参见图1，所述滤波电路3包括第一电抗器L1和第一电容C1；所述第一电抗器L1的第一端与所述滤波电路3的输入端连接，其第二端与所述滤波电路3的输出端连接；所述第一电容C1的一端与所述第一电抗器L1的第二端连接，另一端接地。需要说明的是，滤波电路3为无源低通滤波环节，用于滤除高次谐波。本实施例中第一电抗器L1和第一电容C1构成滤波电路。参见图2，是本技术实施例的模块化多电平矩阵换流器的拓扑图。优选的，所述模块化多电平矩阵换流器2包括九个矩阵单元5，每个所述矩阵单元5由一个桥臂和第二电抗器L2串联而成，每个所述桥臂包括N个串联的子模块51，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大容量永磁直驱风电机组并网电路，其特征在于，包括永磁同步机、模块化多电平矩阵换流器、滤波电路和变压器；/n所述永磁同步机的三相端口与所述模块化多电平矩阵换流器的机侧输入端口连接；所述模块化多电平矩阵换流器的网侧输出端口与所述滤波电路的输入端连接；所述变压器的一端与所述滤波电路的输出端连接，另一端与电网连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种大容量永磁直驱风电机组并网电路，其特征在于，包括永磁同步机、模块化多电平矩阵换流器、滤波电路和变压器；
所述永磁同步机的三相端口与所述模块化多电平矩阵换流器的机侧输入端口连接；所述模块化多电平矩阵换流器的网侧输出端口与所述滤波电路的输入端连接；所述变压器的一端与所述滤波电路的输出端连接，另一端与电网连接。


2.如权利要求1所述的大容量永磁直驱风电机组并网电路，其特征在于，所述滤波电路包括第一电抗器和第一电容；
所述第一电抗器的第一端与所述滤波电路的输入端连接，其第二端与所述滤波电路的输出端连接；所述第一电容的一端与所述第一电抗器的第二端连接，另一端接地。


3.如权利要求1所述的大容量永磁直驱风电机组并网电路，其特征在于，所述模块化多电平矩阵换流器包括九个矩阵单元，每个所述矩阵单元由一个桥臂和第二电抗器串联而成，每个所述桥臂包括N个串联的子模块，所述桥臂的一端连接至所述机侧输入端口，另一端通过所述第二电抗器连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏伟，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司，
类型：新型
国别省市：广东;44