全功率变流器、控制系统及直驱式风力发电机组技术方案

本实用新型专利技术涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种全功率变流器、控制系统及直驱式风力发电机组。该全功率变流器包括用于接在所述发电机的第一定子绕组与所述电网之间的主变流器以及用于接在所述发电机的第二定子绕组与所述电网之间的从变流器，所述主变流器和所述从变流器均进一步包括依次相连的机侧电抗器、机侧PWM功率单元、直流母线、网侧PWM功率单元和网侧滤波器。本实用新型专利技术实施例提供的全功率变流器，由主变流器和从变流器并联组成，不但结构简单，而且在满足使用需要的同时，既节省了电气元件数量，也减少了全功率变流器的体积，从而降低了制造成本。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及风力发电
，特别是涉及一种全功率变流器、控制系统及直驱式风力发电机组。
技术介绍
在能源供应日趋紧张、环境污染日益严重的形势下，风力发电依靠良好的环境效益和逐步降低的发电成本优势，正逐步成为解决世界能源短缺的重要途径。目前，兆瓦级风机市场上的主流设备是变速恒频风力发电机，根据结构的不同又可分为交流励磁双馈风力发电机和永磁直驱式风力发电机。永磁直驱式风力发电机组由于省去齿轮箱，运行维护成本大大降低，系统的可靠性得到了提高。永磁直驱式风力发电机的定子绕组和电网之间通过全功率变流器连接，全功率变流器将发电机发出的幅值及频率随时变化的电能转化为符合要求的电能接入电网。全功率变流器使永磁直驱式风力发电机组容易实现低电压穿越，通过最大风能追踪技术，能够最大限度地利用风能，使发电效率进一步得到提闻。随着风机市场的日趋成熟，兆瓦级大功率永磁直驱式风力发电机组越来越受到青睐。受到电力电子器件容量的限制，大功率永磁直驱式风力发电机的全功率变流器一般采用功率模块并联或者多个小容量子变流器并联的技术方案。但在现有的并联方案中，其主电路电气元件较多，变流器体积较大，成本较高，或者其控制系统的结构设计不合理，控制策略比较复杂，系统运行不可靠。因此，如何针对上述不足进行改进，使全功率变流器更加适应直驱式风力发电机的发展需要，是本领域技术人员亟待解决的技术难题。
技术实现思路
有鉴于此，本技术旨在提出一种全功率变流器、控制系统及直驱式风力发电机组，以解决现有的全功率变流器结构过于复杂、不利于控制等问题。—方面，本技术提供了一种全功率变流器，该全功率变流器用于接在发电机与电网之间，其包括用于接在所述发电机的第一定子绕组与所述电网之间的主变流器以及用于接在所述发电机的第二定子绕组与所述电网之间的从变流器，所述主变流器和所述从变流器均进一步包括依次相连的机侧电抗器、机侧PWM功率单元(Pulse WidthModulation，脉宽调制)、直流母线、网侧PWM功率单元和网侧滤波器。进一步地，所述机侧电抗器为第一三相滤波电感。进一步地，所述机侧PWM功率单元包括六个含有第一续流二极管的第一开关器件，每两个第一开关器件首尾相连形成一组桥臂，其连接点与所述机侧电抗器相连，三组桥臂相互并联，其直流输出端与所述直流母线相连。进一步地，所述网侧PWM功率单元包括六个含有第二续流二极管的第二开关器件，每两个第二开关器件首尾相连形成一组桥臂，其连接点与所述网侧滤波器相连，三组桥、臂相互并联，其直流输入端与所述直流母线相连。进一步地，所述网侧滤波器包括第二三相滤波电感和角形接法的三相滤波电容，所述第二三相滤波电感的一端与所述网侧PWM功率单元的输出端相连，另一端与角形接法的三相滤波电容并联。进一步地，所述直流母线之间连接有直流支撑电容。进一步地，所述主变流器和/或所述从变流器还包括用于接在所述机侧电抗器与所述发动机的定子绕组之间的机侧接触器以及用于接在所述网侧滤波器与所述电网之间的网侧主接触器。另一方面，本技术还提供了一种控制系统，该控制系统应用于上述任一项所述的全功率变流器，其包括上位机，还包括主变流器机侧DSP(Digital Signal Processor,数据信号处理器)，用于负责所述主变流器机侧PWM功率单元的控制和机侧信息的收集；主变流器网侧DSP ;用于负责所述主变流器网侧PWM功率单元的控制和网侧信息的收集；从变流器机侧DSP，用于负责所述从变流器机侧PWM功率单元的控制和机侧信息的收集；从变流器网侧DSP，用于负责所述从变流器网侧PWM功率单元的控制和网侧信息的收集；主变流器PLC和/或从变流器PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)，用于实现如下操作根据所述上位机发出的操控指令控制相应的DSP作出动作，将上述各DSP收集的信息反馈至所述上位机。进一步地，所述主变流器PLC和/或所述从变流器PLC上设有PC机调试接口，用于与PC调试台相连。再一方面，本技术还提供了一种直驱式风力发电机组，该直驱式风力发电机组设有上述任一项所述的全功率变流器。本技术提供的全功率变流器以及设有该全功率变流器的直驱式风力发电机组，采用主变流器和从变流器将发电机的相应定子绕组与电网相连，主变流器和从变流器均包括依次相连的机侧电抗器、机侧PWM功率单元、直流母线、网侧PWM功率单元和网侧滤波器，结构简单，成本较低；进一步地，采用三相滤波电感作为机侧电抗器，采用六个开关器件形成三组并联桥臂作为机侧PWM功率单元或者网侧PWM功率单元，采用三相滤波电感与角形接法的三相滤波电容并联作为网侧滤波器，在满足使用需要的同时，既节省了电气元件数量，也减少了全功率变流器的体积，进一步降低了制造成本。本技术提供的一种应用于上述全功率变流器的控制系统，由上位机、主变流器PLC和/或从变流器PLC、多个DSP组成，其中，DSP实现对机侧PWM功率单元或者网侧PWM功率单元的控制操作以及实现对机侧或网侧信息的收集，变流器PLC为上位机与两变流器之间的中间管理单元，用于根据所述上位机发出的操控指令控制相应的DSP作出动作，或者用于将上述各DSP收集的信息反馈至所述上位机，整个控制系统不仅控制结构合理(可根据需要增加冗余)，而且控制策略简单，从而保证了整个系统的可靠运行。附图说明图I为本技术实施例提供的一种全功率变流器的原理示意图；图2为本技术实施例提供的一种应用于图I所示全功率变流器的控制系统的结构框图。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本技术的技术方案，以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步的详细说明。应当指出，本部分中对具体结构的描述及描述 顺序仅是对具体实施例的说明，不应视为对本技术的保护范围有任何限制作用。请参考图1，图I为本技术实施例提供的一种全功率变流器的原理示意图，如图所示，在使用时，该全功率变流器的一端与发动机G的定子绕组相连，另一端通过690V/35KV升压变压器与电网相连。具体而言，发动机G为永磁直驱发电机，其定子绕组采用无相差双绕组结构，包括第一定子绕组和第二定子绕组；全功率变流器包括主变流器和从变流器，主变流器接在第一定子绕组与电网之间，从变流器接在第二定子绕组与电网之间，主变流器和从变流器的结构相同，均包括依次相连的机侧接触器KMg、机侧电抗器、机侧PWM功率单元、直流母线、网侧PWM功率单元、网侧滤波器、网侧主接触器KMl和网侧开关Kl。其中，机侧接触器KMg的输入端与定子绕组相连，机侧电抗器具体为第一三相滤波电感Lg，机侧接触器KMg的输出端与第一三相滤波电感Lg的一端相连，第一三相滤波电感Lg的另一端连接到机侧PWM功率单元的Ag、Bg和Cg三个连接点。机侧PWM功率单元包括六个含有第一续流二极管(Dgl、Dg2、Dg3、Dg4、Dg5和Dg6)的第一开关器件(Tgl、Tg2.Tg3.Tg4.Tg5和Tg6)，每两个第一开关器件为一组，分别是Tgl和Tg4、Tg3和Tg6、Tg5和Tg2，然后每组中的两个第二开关器件首尾相连形成三组桥臂，其连接点分别为Ag、Bg和Cg，三组桥臂并联形成机侧PWM功率单元的主电路。机侧PW本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全功率变流器，用于接在发电机与电网之间，其特征在于，该全功率变流器包括用于接在所述发电机的第一定子绕组与所述电网之间的主变流器以及用于接在所述发电机的第二定子绕组与所述电网之间的从变流器，所述主变流器和所述从变流器均进一步包括依次相连的机侧电抗器、机侧PWM功率单元、直流母线、网侧PWM功率单元和网侧滤波器。2.如权利要求I所述的全功率变流器，其特征在于，所述机侧电抗器为第一三相滤波电感。3.如权利要求I所述的全功率变流器，其特征在于，所述机侧PWM功率单元包括六个含有第一续流二极管的第一开关器件，每两个第一开关器件首尾相连形成一组桥臂，其连接点与所述机侧电抗器相连，三组桥臂相互并联，其直流输出端与所述直流母线相连。4.如权利要求I所述的全功率变流器，其特征在于，所述网侧PWM功率单元包括六个含有第二续流二极管的第二开关器件，每两个第二开关器件首尾相连形成一组桥臂，其连接点与所述网侧滤波器相连，三组桥臂相互并联，其直流输入端与所述直流母线相连。5.如权利要求I所述的全功率变流器，其特征在于，所述网侧滤波器包括第二三相滤波电感和角形接法的三相滤波电容，所述第二三相滤波电感的一端与所述网侧PWM功率单元的输出端相连，另一端与角形接法的三相滤波电容并联。6.如权利要求I至5任一项所述的全功...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾赣生，杨伟，任晓峰，
申请(专利权)人：三一电气有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：