【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子，特别是涉及一种永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器及控制方法。
技术介绍
1、在过去的20年里，风电行业特别是海上风力发电发展迅速，大型风力发电机功率等级不断提高，建造大型风力发电机能够降低整体制造、运营和维护的成本，从而降低发电的单位成本。目前风力发电机组的单机容量已经达到15mw，20wm及以上功率等级的风力发电机正在研发探索中。
2、现有的级联h桥交流并网变流器拓扑结构示意图如图1所示，随着风电机组单机容量的提高、风电场规模和集电半径也不断增大。风场内网由于传统交流输电过程中电缆存在较大的对地电容，因此传统交流输电方式中存在的无功功率以及电压波动问题日益尖锐，已经难于满足风场内网波动功率远距离送出的要求。
3、风场内网采用直流汇集电能首先可以省去并网逆变器环节和庞大的工频变压器，变流器的整体功率密度能够显著提高，变流器损耗能够大幅降低；其次，相较于交流电缆传输功率，风电场内场采用直流电缆进行功率传输时传输容量更大，传输损耗更低，材料更节省，同时风电场内网功率传输过程中的无功电压问题也被解决。风电场内场直流输电是未来大规模海上风电内网汇流的发展趋势。
技术实现思路
1、提供了本专利技术以解决现有技术中存在的上述问题。因此，需要一种永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器及控制方法，使中压大功率海上风力发电系统风场内网直流汇电，解决现有中压大功率海上风力发电系统风场内网交流汇电过程中由于汇流半径大，海缆长度过长所引起的无功功
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、根据本专利技术的第一技术方案，提供一种永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器，其特征在于，包括多个结构相同的功率模块，其中每一个功率模块的交流输入为三个单相输入，多个相同的功率模块交流输入端同相级联后接入中压永磁同步发电机，每一个功率模块的单相直流输出端相互串联，并直接接入直流输电网络，构成永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器拓扑。
4、进一步地，所述功率模块包括机侧h桥型整流器以及网侧五有源桥dc/dc变换器。
5、进一步地，所述机侧h桥型整流器设置于风力发电机侧，为三个单相的h桥变换器，所述机侧h桥型整流器的输入端与其余功率模块的机侧h桥型整流器同相级联后连接永磁同步发电机的定子端。
6、进一步地，所述五有源桥dc/dc变换器设置于直流电网侧，包括三个单相h桥输入变换器，一个五绕组高频隔离型变压器和两个单相h桥输出变换器，所述五绕组高频隔离型变压器分别与三个单相h桥输入变换器和两个单相h桥输出变换器的交流侧连接；
7、所述五有源桥dc/dc变换器具有五个直流端口，其中三个单相h桥输入变换器构成的输入端口通过直流电容c1，c2和c3分别与所述机侧h桥型整流器的三个直流输出端相连，所述五有源桥dc/dc变换器的两个单相h桥输出变换器的直流端口分别连接直流电容c4，c5，两个单相h桥输出变换器的直流端口经过串联/并联选择后单相输出，连接直流输电网络。
8、进一步地，所述五绕组高频隔离型变压器的绕组匝数比为1:1:1:1:1，所述五绕组高频隔离型变压器用于为机侧传输的瞬时功率提供聚合传输通路。
9、进一步地，所述五有源桥dc/dc变换器的三个输入端口工作电压相等，两个输出端口的电压相等，输入输出端变换器的额定功率相同。。
10、进一步地，所述五有源桥dc/dc变换器的三个输入端口直流电压与两个输出端口的直流电压相一致。
11、进一步地，不同功率模块中的五有源桥dc/dc变换器的两个输出端口串联/并联的选择方式相同或不同，所有功率模块的直流输出端的电压等级需要与直流输电网络的电压等级相同。
12、根据本专利技术的第一技术方案，提供一种根据如上所述的永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器的控制方法，所述控制方法包括：
13、机侧h桥型整流器采用矢量控制策略实现永磁同步发电机转速和风速调节，实现最大功率点跟踪，永磁同步发电机发出的三相不断变化的交流电经过机侧h桥型整流器变换为固定电压值的直流电；
14、五有源桥dc/dc变换器的输出端接入稳定的直流输电网，对输入侧直流电压采样并采用闭环控制方式稳定输入端直流电压，控制器采用比例积分谐振控制器，调制方式采用单极性调制方式。
15、根据本专利技术各个方案的永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器及控制方法，其至少具有以下技术效果：
16、该永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器拓扑相较于现有级联h桥交流并网变流器拓扑具有如下显著优势：
17、1)由于该变流器通过直流输出方式并入直流输电网络，解决中压大功率海上风力发电系统内网交流传输过程中无功功率以及电压波动严重的问题。
18、2)由于采用直流并网方式，三相逆变器被移除，功率器件数量减少，体积庞大的工频变换器也被移除，变流器整体损耗降低，功率密度提高；
19、3)五有源桥dc/dc变换器输入输出端承载功率基本相同，常规工况下可使所有功率器件耐压等级一致，功率损耗基本相同，在实际制造时利于变换器整体设计。
20、因此，本专利技术适合中高压、大功率场合，特别是海上大型风力发电系统，与现有级联h桥风电交流并网变流器相比，解决中压大功率海上风力发电系统内网交流传输过程中无功功率以及电压波动严重的问题，并且由于移除了并网逆变器环节和体积庞大的工频变压器，系统整体具有功率器件少，变流器整体损耗和成本低，功率密度高等优点，在中高压大功率海上系统中具有广阔应用前景。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器，其特征在于，包括多个结构相同的功率模块，其中每一个功率模块的交流输入为三个单相输入，多个相同的功率模块交流输入端同相级联后接入中压永磁同步发电机，每一个功率模块的单相直流输出端相互串联，并直接接入直流输电网络，构成永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器拓扑。
2.根据权利要求1所述的永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器，其特征在于，所述功率模块包括机侧H桥型整流器以及网侧五有源桥DC/DC变换器。
3.根据权利要求2所述的永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器，其特征在于，所述机侧H桥型整流器设置于风力发电机侧，为三个单相的H桥变换器，所述机侧H桥型整流器的输入端与其余功率模块的机侧H桥型整流器同相级联后连接永磁同步发电机的定子端。
4.根据权利要求2所述的永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器，其特征在于，所述五有源桥DC/DC变换器设置于直流电网侧，包括三个单相H桥输入变换器，一个五绕组高频隔离型变压器和两个单相H桥输出变换器，所述五绕组高频隔离型变压器分别与三个单相H桥
5.根据权利要求4所述的永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器，其特征在于，所述五绕组高频隔离型变压器的绕组匝数比为1:1:1:1:1，所述五绕组高频隔离型变压器用于为机侧传输的瞬时功率提供聚合传输通路。
6.根据权利要求1所述的永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器，其特征在于，所述五有源桥DC/DC变换器的三个输入端口工作电压相等，两个输出端口的电压相等，输入输出端变换器的额定功率相同。。
7.根据权利要求6所述的永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器，其特征在于，所述五有源桥DC/DC变换器的三个输入端口直流电压与两个输出端口的直流电压相一致。
8.根据权利要求1所述的永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器，其特征在于，不同功率模块中的五有源桥DC/DC变换器的两个输出端口串联/并联的选择方式相同或不同，所有功率模块的直流输出端的电压等级需要与直流输电网络的电压等级相同。
9.根据权利要求1至8任一项所述的永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器，其特征在于，包括多个结构相同的功率模块，其中每一个功率模块的交流输入为三个单相输入，多个相同的功率模块交流输入端同相级联后接入中压永磁同步发电机，每一个功率模块的单相直流输出端相互串联，并直接接入直流输电网络，构成永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器拓扑。
2.根据权利要求1所述的永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器，其特征在于，所述功率模块包括机侧h桥型整流器以及网侧五有源桥dc/dc变换器。
3.根据权利要求2所述的永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器，其特征在于，所述机侧h桥型整流器设置于风力发电机侧，为三个单相的h桥变换器，所述机侧h桥型整流器的输入端与其余功率模块的机侧h桥型整流器同相级联后连接永磁同步发电机的定子端。
4.根据权利要求2所述的永磁直驱型中压大容量海上柔性直流并网变流器，其特征在于，所述五有源桥dc/dc变换器设置于直流电网侧，包括三个单相h桥输入变换器，一个五绕组高频隔离型变压器和两个单相h桥输出变换器，所述五绕组高频隔离型变压器分别与三个单相h桥输入变换器和两个单相...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永磊，彭新，原熙博，覃玉焕，王亭钧，潘建良，蒋伟，李炎，王凯，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。