本发明专利技术涉及风力发电技术，特别涉及风力发电场多台发电机的组合并网技术。本发明专利技术针对现有技术的风力发电系统，需要大量的升压变压器，成本高的缺点，公开了一种风力发电设备。本发明专利技术采用多电平ＳＰＷＭ技术，利用计算机主控系统进行逆变电桥级联控制，将Ｎ个风力发电单元的Ｕ端子和Ｖ端子顺次串联构成风力发电单元组；能够输出高达几十千伏的正弦波交流电。本发明专利技术用于风力发电邻域，可以大大减少变压器使用量，降低风力发电成本。而且具有输出电压谐波失真低，设备可靠性高的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电技术，特别涉及风力发电场多台发电机的组合并网技术。
技术介绍
风力发电技术已经被人类掌握，很多国家可以生产单台兆瓦级的风力发电机组，提供连 续不断的洁净能源。现在大功率风力发电系统一般采用三级齿轮升速串调发电方式、永磁同 步直驱发电方式及单级齿轮升速直驱发电方式。这三种方式的风力发电系统，除了风力发电 机外，均含有一个大功率电子整流逆变装置，完成三相整流、三相逆变功能， 一般逆变输出 为三相690V交流电，然后将逆变输出通过三根电缆送至升压变压器隔离并升至3. 4kV或者更 高的电压，升压变压器次级并入电网输出能量。如果一个风场有多台风力发电机组，则每一 台都需要一个升压变压器进行升压隔离和输出，或者几台共用一个升压变压器，然后将所有 升压变压器的二次侧并联入电网，输出风场的总能量。综上所述，现有风力发电设备的缺点是 一个风场需要大量的升压变压器，成本偏高； 连接电缆数量较多、连接点较多，也增加了成本并且使可靠性降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是提供一种采用逆变电桥级联技术进行风力发电单元组 合的风力发电设备，可以克服上述缺点。本专利技术解决所述技术问题，采用的技术方案是，风力发电设备，包括风力发电单元和计 算机主控系统；所述风力发电单元包括风力发电机，用于将风能转换成电能；整流电路，与风力发电机连接，用于将风力发电机输出的电能转换成直流电；逆变电路，输入端与整流电路连接，控制端通过通讯及控制模块与计算机主控系统连接 ，接收计算机主控系统输出的PWM信号，将整流电路输出的直流电转换成脉冲电流，通过输 出端U端子和V端子输出；通讯及控制模块，用于连接计算机主控系统，对风力发电机、整流电路和逆变电路进行 控制；其特征在于N个风力发电单元的U端子和V端子顺次串联构成风力发电单元组；第一个风力发电单元的U端子和最后一个风力发电单元的V端子构成该风力发电单元组的输出端，其输出波形为特 定频率的正弦波；所述NS 2。本专利技术的有益效果是，在不使用变压器的情况下，能够输出几十千伏的正弦波交流电压 ，可以大大减少变压器使用量，降低风力发电成本。而且具有输出电压谐波失真底，设备可 靠性高的特点。附图说明图l是风力发电单元的结构示意图2是实施例1的结构示意图3是实施例2的结构示意图4是实施例3的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图及实施例，详细描述本专利技术的技术方案。其中涉及的具体电路结构，仅仅 是为了清楚地说明本专利技术而举的例，并不代表对本专利技术的限定。特别是整流电路、逆变电路 、旁路装置等，电路结构形式多种多样，不胜枚举。逆变电桥级联技术在高压大功率变频器邻域应用非常普遍。逆变电桥作为变频器的功率 单元，其输出电压和功率与变频器的输出电压和功率直接相关。为了提高变频器的输出电压 和功率，可以将多个逆变电桥进行级联，通过计算机控制能够输出几十千伏的正弦波交流电 ，对大功率交流设备进行控制，构成所谓的级联式高压大功率变频器。关于逆变电桥级联技 术在变频器领域应用的详细介绍可以参见公开日1998年8月12日，公开号为CN1190278A的中 国专利技术专利申请《无电网污染高压大功率变频器》。该专利基于来自电力网的稳定电源，通 过逆变电桥级联输出频率可控的高电压正弦波交流电。其中涉及的正弦波脉宽调制 (Sinusoidal Pulse Width Modulation简称SPWM)技术，可以作为理解本专利技术的参考。本专利技术采用多电平SPWM技术，利用计算机主控系统进行逆变电桥级联控制，将多个风力 发电单元串联起来，构成风力发电单元组，以目前的器件耐压水平，可以输出几十千伏的正 弦波交流电压。本专利技术的风力发电单元基本结构如图l所示。包括风力发电机ll;由三相电抗器19， 带续流二极管的大功率开关器件V1、 V2、 V3、 V4、 V5、 V6及滤波电容13组成的三相有源整流 电路12;由带续流二极管的大功率开关器件V7、 V8、 V9、 V10组成的单相逆变电路14;通讯 及控制模块17。其中的大功率开关器件V1 V10可以是由GT0 (可关断可控硅)、或者由IGBT (绝缘栅双极性晶体管)、或者由IGCT (集成门极换流晶闸管)、SGCT(对称门极换流晶闸管)等构成。三相有源整流电路12不但具有通常的整流滤波功能，而且可以通过大功率开关 器件V1、 V2、 V3、 V4、 V5、 V6控制其输出的直流电压。风力发电机输出的三相交流电经过整 流滤波，形成稳定的直流提供给单相逆变电路14，该电路是一款经典的单相逆变全桥。逆变 电路14的两个功率输出端，也是风力发电单元的输出端， 一个命名为U端子102、另一个命名 为V端子103，从该输出端可以输出频率稳定、相位及电压可调的三电平SPWM波形。大功率开 关器件V1 V10的开关控制信号，通过通讯及控制模块17取自计算机主控系统401 。通讯及控 制模块17的双向通讯接口104和105与计算机主控系统401连接，配合完成风力发电机的各项 控制。图1中的风力发电单元还包括电流检测装置15和电压检测装置16，可以对逆变电路14 的直流输入进行检测，并将检测信号通过通讯及控制模块17输入计算机主控系统，以便对风 力发电单元进行更加完善的控制。 实施例l如图2所示，采用N (NS 2)个结构相同的风力发电单元IOI (如图l所示)，使用柔性电 缆404进行连接，第一个风力发电单元101的V端子103与第二个风力发电单元101的U端子102 连接，其余风力发电单元101顺次串联，构成一个风力发电单元组。第一个风力发电单元的U 端子102和最后一个风力发电单元的V端子103构成该风力发电单元组的输出端(U端子402和V 端子403)。将每一个风力发电单元的双向通讯接口104、 105与计算机主控系统401连接。为 了检测整个风力发电单元组的电流和电压，U端子402和V端子403上分别安装了与计算机主控 系统401相联的电流检测装置405和电压检测装置406，参见图2。风力发电设备接入工作状态之后，计算机主控系统401进行风力发电单元波形计算、整 流电路控制、逆变电路控制、风力发电机控制、并网控制、功率因数控制以及各类保护控制 等，在风力发电单元组的输出端(U端子402和V端子403)可以得到稳定的高质量正弦波电压 。如果某一个风力发电单元出现故障，计算机主控系统401会使该风力发电单元的旁路装置 进入旁通状态，该风力发电单元被旁路，然后调整波形重组算法，改变每个风力发电单元内 部逆变电路控制端的PWM信号波形，保持风力发电单元组输出高质量的连续正弦波。上述旁 路装置，既可以通过软件实现(如控制风力发电单元的逆变电路中大功率开关器件V7、 V8、 V9和V10的导通状态)，也可以由受计算机主控系统控制的硬件电路实现。关于这方面的技 术可以参见2007年10月10日公告的200620035656. 8号中国专利。如果想得到更高的电压，可以增加风力发电单元串联的数量。以目前耐压1700V的典型 IGBT作为逆变电路的大功率开关器件，串联30级共30个风力发电单元(g,=30)，可以输 出20kV/50Hz高质量的交流正弦波电压。实施例2图3示出了三相Y型风力发电设备的本文档来自技高网...
【技术保护点】
风力发电设备，包括风力发电单元和计算机主控系统；所述风力发电单元包括：风力发电机，用于将风能转换成电能；整流电路，与风力发电机连接，用于将风力发电机输出的电能转换成直流电；逆变电路，输入端与整流电路连接，控制端通过通讯及控制模块与计算机主控系统连接，接收计算机主控系统输出的ＰＷＭ信号，将整流电路输出的直流电转换成脉冲电流，通过输出端Ｕ端子和Ｖ端子输出；通讯及控制模块，用于连接计算机主控系统，对风力发电机、整流电路和逆变电路进行控制；其特征在于：Ｎ个风力发电单元的Ｕ端子和Ｖ端子顺次串联构成风力发电单元组；第一个风力发电单元的Ｕ端子和最后一个风力发电单元的Ｖ端子构成该风力发电单元组的输出端，其输出波形为特定频率的正弦波；所述Ｎ≥２。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：梁之龙，崔杨，赖成毅，
申请(专利权)人：梁之龙，崔杨，赖成毅，
类型：发明
国别省市：90[]
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