一种三电平1140V风电双馈变流器制造技术

本发明专利技术公开了一种三电平1140V风电双馈变流器，克服现有技术的双馈机组发电效率低度电成本高的问题，包括变压器、并网柜模块、控制柜模块、功率柜模块和发电机，所述变压器输出端与并网柜模块输入端相连接，并网柜模块输出端与发电机输入端相连接，并网柜模块控制端与功率柜模块输入端相连接，功率柜模块还与控制柜模块相连接，发电机输出端与功率柜模块相连接，所述发电机的发电机定子额定输出电压为1140V。本发明专利技术采用1140V三电平电气传动技术使得变频器输出开关状态组合由8种提升到27种，变流器输出波形更加接近正弦波，进一步降低谐波含量，在同样机组功率的条件下电流缩小近65%，大幅提升电气传动系统和输变系统的效率，降低度电成本。

【技术实现步骤摘要】
一种三电平1140V风电双馈变流器
本技术涉及风力发电机组电控系统领域，尤其是涉及一种能够实现更低谐波、更高电压的电能传输、变流器效率高能够提升机组发电量的三电平1140V风电双馈变流器。
技术介绍
风电变流器，是双馈风力发电机中，加在转子侧的励磁装置。其主要功能是在转子转速n变化时，通过变流器控制励磁的幅值、相位、频率等，使定子侧能向电网输入恒频电。目前陆上主流的双馈风力发电机组出口电压为690V，变流器的主电路采用两电平的拓扑结构，两电平电路的变流器特点是主电路结构相对简单，控制算法易于实现；但是缺点也同样明显，两电平电路的变流器效率相对比较低，最高只能达到96%，同时输出的波形谐波含量较大。例如，一种在中国专利文献上公开的“一种双馈风机系统以及抑制电网电压快速波动的方法”，其公告号CN107196335A，发电机、转子侧变流器、网侧变流器、网侧电感Lg、电容C、锁相环和信号处理器。发电机将风力资源转化为电力传输到电网中，转子侧变流器控制发电机的转子励磁电压，并与网侧变流器构成背靠背、通过直流环节连接的两电平PWM变换器，实现变速恒频运行，网侧变流器Lg起到滤波作用，锁相环通过采集电网电压的幅值与相位提供给转子侧变流器与网侧变流器的控制器，控制双馈风力发电机跟踪电网的相位并输出所需功率。改技术采用传统的两电平电路，虽然能够抑制电网电压的快速波动但变流器效率相对低，最高只能达到96%，同时输出的波形谐波含量较大，只能输出高、低两个电平，发电效率低。
技术实现思路
本技术是为了克服现有技术的双馈机组发电效率低度电成本高的问题，提供一种三电平1140V风电双馈变流器，这种电路可以输出高、低电平和零电平，输出波形更接近正弦波，能够实现更低谐波、更高电压的电能传输，使得风机变频器输出相电压有-Vdc/2、0和+Vdc/2三个电平，带来更高的发电效率，变流器的效率可以提升至98%，进一步提升机组的发电量。为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种三电平1140V风电双馈变流器，包括变压器、并网柜模块、控制柜模块、功率柜模块和发电机，所述变压器输出端与并网柜模块输入端相连接，并网柜模块输出端与发电机输入端相连接，并网柜模块控制端与功率柜模块输入端相连接，功率柜模块还与控制柜模块相连接，发电机输出端与功率柜模块相连接，所述发电机的发电机定子额定输出电压为1140V，功率柜模块包括网侧功率模块、机侧功率模块和直流环节，网侧功率模块和机侧功率模块通过直流环节相连接。将三电平1140V电气传动链应用到双馈
，使得风机变频器输出相电压有-Vdc/2、0和+Vdc/2三个电平，带来更高的发电效率，变流器的效率可以提升至98%，进一步提升机组的发电量。采用1140V三电平电气传动技术使得双馈风机变频器输出开关状态组合由8种提升到27种，变流器输出波形更加接近正弦波，进一步降低谐波含量。同时，采用三电平1140V的双馈变流器将风机电压从传统的690V提升至1140V，在同样机组功率的条件下电流缩小近65%，大幅提升电气传动系统和输变系统的效率，降低度电成本。另外，三电平变流器方案理论上可以做到0共模电压，从根本上解决电机轴承被共模电压电蚀的问题。作为优选，所述并网柜模块包括主断路器、并网接触器和主接触器，所述主断路器输入端与变压器输出端相连接，主断路器输出端分别与并网接触器输入端和主接触器输入端相连接，并网接触器输出端与发电机输入端相连接、主接触器输出端与功率柜模块相连接。主断路器与变压器的1140一次侧连接。作为优选，所述控制柜模块包括变流器接口系统和主控系统，主控系统的控制端与变流器接口系统的受控端相连接，变流器接口系统输出端与功率柜模块相连接。变流器接口系统一端与主控系统连接，接收主控系统的控制指令，并将双馈变流器的实时状态信号反馈至主控系统，变流器接口系统另一端功率柜模块，完成对功率柜模块的驱动和调制，控制机组有功功率和无功功率，实现双馈风力发电机机组变速恒频发电，主控系统根据机组实际运行工况下发功率模块控制指令给变流器接口系统，并接收双馈变流器的实时状态反馈信号。作为优选，所述功率柜模块还包括LC滤波器、Chopper模块、机侧电抗器和Crowbar模块，LC滤波器输入端与并网柜模块相连接，LC滤波器另一端与网侧功率模块输入端相连接，网侧功率模块直流侧分别与Chopper模块和机侧功率模块直流侧相连接，网侧功率模块受控端和机侧功率模块受控端均与变流器接口系统输出端相连接，机侧功率模块输出端分别与发电机输出端和Crowbar模块相连接，所述直流环节包括中性点O，中性点O分别与网侧功率模块和机侧功率模块相连接。网侧功率模块一端与网侧电抗器连接，另一端与机侧功率模块连接，网侧功率模块可以控制直流母线电压恒定以及调节网侧的功率因数，使整个风力发电系统的无功功率调节更加灵活；机侧功率模块一端与网侧电抗器连接，另一端与机侧电抗器连接，机侧功率模块主要提供发电机励磁电流，控制转子电流频率，实现双馈风力发电机机组变速恒频发电；Chopper模块与网侧功率模块与机侧功率模块之间的直流母线连接，当直流母线电压异常时，Chopper模块动作，控制直流母线维持在正常范围之内；机侧电抗器一端与机侧功率模块连接，另一端与发电机转子和Crowbar模块连接，机侧电抗器可以有效降低输出电压的变化率，改善转子承受尖峰电压和du/dt的电应力，延长发电机转子的绝缘寿命；Crowbar模块与机侧电抗器和发电机转子连接，在电网电压骤降的情况下，Crowbar模块对发电机转子绕组进行短路，为转子电流提供旁路通道，抑制转子侧过电流和直流母线过电压，实现对机组的保护作用。作为优选，所述LC滤波器包括网侧电抗器和网侧电容器，网侧电抗器一端分别与并网柜模块输出端和网侧电容器输入端相连接，网侧电抗器另一端与网侧功率模块输入端相连接，LC滤波器置于在变压器和网侧功率模块之间。网侧电抗器与网侧电容器组成LC滤波器，置于在变压器和网侧功率模块之间，用于吸收高频分量，防止变流器的开关噪声污染电网。作为优选，所述网侧功率模块包括U1相桥臂、V1相桥臂和W1相桥臂，每个相桥臂包括四个网侧IGBT模块和两个钳位二极管，所述钳位二极管均与直流环节和机侧功率模块的直流侧相连接，所述U1相桥臂包括网侧IGBT模块A1、网侧IGBT模块A2、网侧IGBT模块B1、网侧IGBT模块B2、二极管E1和二极管E4，所述V1相桥臂包括网侧IGBT模块A3、网侧IGBT模块A4、网侧IGBT模块B3、网侧IGBT模块B4、二极管E2和二极管E5，所述W1相桥臂包括网侧IGBT模块A5、网侧IGBT模块A6、网侧IGBT模块B5、网侧IGBT模块B6、二极管E3和二极管E6。网侧IGBT模块内部均反向并联一个续流二极管。作为优选，所述机侧功率模块包括U2相桥臂、V2相桥臂和W2相桥臂，每个相桥臂包括四个机侧IGBT模块和两个钳位二极管，所述钳位二极管均与直流环节和机侧功率模块的直流侧相连接，所述U2相桥臂包括机侧IGBT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三电平1140V风电双馈变流器，包括变压器（4），其特征在于，还包括并网柜模块（1）、控制柜模块（2）、功率柜模块（3）和发电机（5），所述变压器（4）输出端与并网柜模块（1）输入端相连接，并网柜模块（1）输出端与发电机（5）输入端相连接，并网柜模块（1）控制端与功率柜模块（3）输入端相连接，功率柜模块（3）还与控制柜模块（2）相连接，发电机（5）输出端与功率柜模块（3）相连接，所述发电机（5）的发电机定子额定输出电压为1140V，功率柜模块（3）包括网侧功率模块（33）、机侧功率模块（34）和直流环节（37），网侧功率模块（33）和机侧功率模块（34）通过直流环节（37）相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种三电平1140V风电双馈变流器，包括变压器（4），其特征在于，还包括并网柜模块（1）、控制柜模块（2）、功率柜模块（3）和发电机（5），所述变压器（4）输出端与并网柜模块（1）输入端相连接，并网柜模块（1）输出端与发电机（5）输入端相连接，并网柜模块（1）控制端与功率柜模块（3）输入端相连接，功率柜模块（3）还与控制柜模块（2）相连接，发电机（5）输出端与功率柜模块（3）相连接，所述发电机（5）的发电机定子额定输出电压为1140V，功率柜模块（3）包括网侧功率模块（33）、机侧功率模块（34）和直流环节（37），网侧功率模块（33）和机侧功率模块（34）通过直流环节（37）相连接。


2.根据权利要求1所述的一种三电平1140V风电双馈变流器，其特征在于，所述并网柜模块（1）包括主断路器（11）、并网接触器（12）和主接触器（13），所述主断路器（11）输入端与变压器（4）输出端相连接，主断路器（11）输出端分别与并网接触器（12）输入端和主接触器（13）输入端相连接，并网接触器（12）输出端与发电机（5）输入端相连接、主接触器（13）输出端与功率柜模块（3）相连接。


3.根据权利要求1所述的一种三电平1140V风电双馈变流器，其特征在于，所述控制柜模块（2）包括变流器接口系统（21）和主控系统（22），主控系统（22）的控制端与变流器接口系统（21）的受控端相连接，变流器接口系统（21）输出端与功率柜模块（3）相连接。


4.根据权利要求1或3所述的一种三电平1140V风电双馈变流器，其特征在于，所述功率柜模块（3）还包括LC滤波器（31）、Chopper模块（32）、机侧电抗器（35）和Crowbar模块（36），LC滤波器（31）输入端与并网柜模块（1）相连接，LC滤波器（31）另一端与网侧功率模块（33）输入端相连接，网侧功率模块（33）直流侧分别与Chopper模块（32）和机侧功率模块（34）直流侧相连接，网侧功率模块（33）受控端和机侧功率模块（34）受控端均与变流器接口系统（21）输出端相连接，机侧功率模块（34）输出端分别与发电机（5）输出端和Crowbar模块（36）相连接，所述直流环节（37）包括中性点O，中性点O分别与网侧功率模块（33）和机侧功率模块（34）相连接。


5.根据权利要求4所述的一种三电平1140V风电双馈变流器，其特征在于，所述LC滤波器（31）包括网侧电抗器（311）和网侧电容器（312），网侧电抗器（311）一端分别与并网柜模块（1）输出端和网侧电容器（...

【专利技术属性】
技术研发人员：林周泉，项峰，洪敏，
申请(专利权)人：浙江运达风电股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33