风力发电变流器制造技术

本实用新型专利技术提出一种风力发电变流器，该风力发电变流器包括单向电流型模块化多电平换流器、升压变压器和多个AC/DC变流器，多个AC/DC变流器依次串联形成AC/DC变流器模块，AC/DC变流器模块的交流端连接发电机，AC/DC变流器模块的直流端与单向电流型模块化多电平换流器的直流端连接，单向电流型模块化多电平换流器的交流端经升压变压器与交流电网连接；单向电流型模块化多电平换流器的每个桥臂包括多个子模块，多个子模块包括至少一个单向电流型全桥子模块和至少一个箝位单向电流型子模块，单向电流型全桥子模块和箝位单向电流型子模块混合串联。根据本实用新型专利技术，解决了现有模块化多电平换流器的体积和成本较高的问题。化多电平换流器的体积和成本较高的问题。化多电平换流器的体积和成本较高的问题。

【技术实现步骤摘要】
风力发电变流器


[0001]本技术涉及风力发电功率变换
，尤其涉及一种风力发电变流器。

技术介绍

[0002]风能是可再生能源最主要的形式之一。近年来风力发电的装机容量持续增长，同步发电机已经被广泛应用于变速风力发电系统中。功率变流器是变速同步发电机风力发电系统中的关键部件。在变速同步发电机风力发电系统中，通常采用全功率背靠背变流器，发电机发出的交流电压通过AC/DC变流器转换为直流，然后再通过DC/AC变流器转换为交流电压接入交流电网。近年来，风电机组的单机容量越来越大，目前海上风电机组的平均单机容量已经达到8MW级，并继续向10MW甚至20MW等级发展。风电机组的电压等级也从690V低压等级向3kV以上的中压等级发展。风电机组单机容量和电压等级的提高也给风电变流器技术提出了新的要求，迫切需要解决风电变流器在大容量、高效率、低谐波、高度紧凑化、低成本等方面所面临的挑战。
[0003]在现有的风电变流器技术中，最主要的是采用常规的两电平变流器和三电平变流器等低电平换流拓扑方案。虽然两电平变流器和三电平变流器是比较成熟的技术方案，但是由于电平数目低，存在谐波大、损耗高等缺点，并且实现高压大容量困难，无法适应大容量风电机组的要求。模块化多电平换流器是近年来得到快速发展的一种新型多电平换流器拓扑结构，具有可实现电压和容量等级高、谐波特性好、损耗低等优点，已经在直流输电等领域得到广泛应用，在大容量风机变流器中的应用也已经得到关注。但是模块化多电平换流器各桥臂的功率波动无法在三相间相互抵消，为了限制子模块电容电压波动的幅度，所需要的子模块电容量巨大，使模块化多电平换流器的体积和成本较高。由于风电机组对变流器的紧凑化和低成本化都有较高的要求，这也极大限制了模块化多电平换流器在风电变流器中的应用。

技术实现思路

[0004]本技术旨在至少解决上述技术问题之一。
[0005]为此，本技术的第一个目的在于提出一种风力发电变流器，能够解决现有模块化多电平换流器的体积和成本较高，满足了风电机组对变流器的紧凑化和低成本化的要求。
[0006]为了实现上述目的，本技术第一方面实施例的风力发电变流器，包括：
[0007]单向电流型模块化多电平换流器、升压变压器和多个AC/DC变流器，多个AC/DC变流器依次串联形成AC/DC变流器模块，所述AC/DC变流器模块的交流端连接发电机，所述AC/DC变流器模块的直流端与所述单向电流型模块化多电平换流器的直流端连接，所述单向电流型模块化多电平换流器的交流端经所述升压变压器与交流电网连接；所述单向电流型模块化多电平换流器的每个桥臂包括多个子模块，所述多个子模块包括至少一个单向电流型全桥子模块和至少一个箝位单向电流型子模块，所述单向电流型全桥子模块和所述箝位单
向电流型子模块混合串联；
[0008]所述AC/DC变流器模块用于将发电机输出的交流电转化成直流电，所述单向电流型模块化多电平换流器用于将所述直流电转化成用于交流电网传输的交流电。
[0009]根据本技术实施例的风力发电变流器，采用单向电流型模块化多电平换流器，其中单向电流型模块化多电平换流器的子模块包括至少一个单向电流型全桥子模块和至少一个箝位单向电流型子模块，单向电流型全桥子模块和箝位单向电流型子模块混合串联，由于一个箝位单向电流型子模块的电压输出效果等效于两个单向电流型全桥子模块，在这种情况下，每个桥臂级联模块数能够得到大幅下降，从而使风力发电变流器的体积和成本得到大幅降低，解决了现有模块化多电平换流器的体积和成本较高的问题，满足了风电机组对变流器的紧凑化和低成本化的要求。
[0010]在本技术的一个实施例中，各桥臂的单向电流型全桥子模块数量相同，各桥臂的箝位单向电流型子模块数量相同。
[0011]在本技术的一个实施例中，不同桥臂的单向电流型全桥子模块数量不同，不同桥臂的箝位单向电流型子模块数量不同。
[0012]在本技术的一个实施例中，所述箝位单向电流型子模块包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第一储能电容和第二储能电容；第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的输入端分别连接第一二极管、第二二极管、第三二极管的阴极，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的输出端分别连接第一二极管、第二二极管、第三二极管的阳极，第一开关单元的输入端依次经过第五二极管、和第七二极管与第二开关单元的输入端连接，第一开关单元的输出端依次经过第六二极管、和第四二极管与第二开关单元的输出端连接，第七二极管的阳极同时连接第五二极管的阴极、第一储能电容的正极和第三开关单元的输入端，第七二极管的阴极连接第二储能电容的正极，第六二极管的阴极同时连接第四二极管的阳极、第二储能电容的负极和第三开关单元的输出端，第六二极管的阳极连接第一储能电容的负极。
[0013]在本技术的一个实施例中，所述单向电流型全桥子模块包括第三储能电容、第五开关单元、第六开关单元、第八二极管、第九二极管、第十二极管和第十一二极管；第五开关单元的输入端同时与第八二极管的阴极和第十二极管的阳极连接，第五开关单元的输出端同时与第八二极管的阳极、第三储能电容的负极和第十一二极管的阳极连接，第六开关单元的输入端同时与第九二极管的阴极、第十二极管的阴极和第三储能电容的正极连接，第六开关单元的输出端同时与第九二极管的阳极和第十一二极管的阴极连接。
[0014]在本技术的一个实施例中，各开关单元为绝缘栅双极型晶体管或集成门极换流晶闸管。
[0015]在本技术的一个实施例中，所述单向电流型模块化多电平换流器的调制比至少为1.33。
[0016]在本技术的一个实施例中，所述单向电流型模块化多电平换流器为单向的三相MMC结构。
[0017]本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
[0018]本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，
[0019]图1是根据本技术一个实施例的风力发电变流器的结构示意图；
[0020]图2是根据本技术一个实施例的三相MMC结构的结构示意图；
[0021]图3是根据本技术一个实施例的箝位单向电流型子模块的结构示意图；
[0022]图4是根据本技术一个实施例的单向电流型全桥子模块的结构示意图。
具体实施方式
[0023]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电变流器，其特征在于，包括：单向电流型模块化多电平换流器、升压变压器和多个AC/DC变流器，多个AC/DC变流器依次串联形成AC/DC变流器模块，所述AC/DC变流器模块的交流端连接发电机，所述AC/DC变流器模块的直流端与所述单向电流型模块化多电平换流器的直流端连接，所述单向电流型模块化多电平换流器的交流端经所述升压变压器与交流电网连接；所述单向电流型模块化多电平换流器的每个桥臂包括多个子模块，所述多个子模块包括至少一个单向电流型全桥子模块和至少一个箝位单向电流型子模块，所述单向电流型全桥子模块和所述箝位单向电流型子模块混合串联；所述AC/DC变流器模块用于将发电机输出的交流电转化成直流电，所述单向电流型模块化多电平换流器用于将所述直流电转化成用于交流电网传输的交流电。2.根据权利要求1所述的风力发电变流器，其特征在于，各桥臂的单向电流型全桥子模块数量相同，各桥臂的箝位单向电流型子模块数量相同。3.根据权利要求1所述的风力发电变流器，其特征在于，不同桥臂的单向电流型全桥子模块数量不同，不同桥臂的箝位单向电流型子模块数量不同。4.根据权利要求1所述的风力发电变流器，其特征在于，所述箝位单向电流型子模块包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第一储能电容和第二储能电容；第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的输入端分别连接第一二极管、第二二极管、第三二极管的阴极，第一开关单元、第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋强，曾嵘，赵彪，余占清，屈鲁，李政轩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：