一种兆瓦级永磁直驱式风力发电变流器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种兆瓦级永磁直驱式风力发电变流器，该风力发电变流器包括整流单元、逆变单元、控制系统、辅助单元和柜体；整流单元和逆变单元采用对称结构配置，整流单元的整流功率电路和逆变单元的逆变功率电路均由三组六只绝缘栅双极型晶体管组成，整流单元位于永磁同步发电机侧，逆变单元位于电网侧；辅助单元包括辅助保护电路、预充电电路、辅助控制电路、逆变单元侧主接触器和滤波电路。本实用新型专利技术兆瓦级永磁直驱式风力发电变流器具有结构合理紧凑、安全性好等优点。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种风力发电变流设备，特别是一种兆瓦级永磁直驱式风力发电 变流器，主要用于利用可再生能源一风能的风力发电。
技术介绍
风能作为一种洁净的可再生能源，随着风力发电技术逐步成熟，其运行成本将会 低于水电和火电，发展前景非常广阔。发电机组是风力发电机系统的能量转换核心，目前， 采用的发电机组主要有双馈异步发电机组和永磁直驱式风力发电机组。双馈异步发电机采 用定子和转子双绕组，以及滑环、变速齿轮箱，其定子绕组直接连接到电网上，转子绕组电 流由滑环引入，通过一部分功率的交-直_交变换器与电网连接，转子变换器通过调节转子 电流的频率、相位及功率来调节定子侧输出功率，使之与风轮输出功率相匹配，在风轮和电 机之间通过变速齿轮箱进行增速。由于齿轮箱易过载，且损坏率较高，致使双馈异步发电机 组的可靠性和稳定性较差。永磁直驱式风力发电机组不用齿轮箱，采用多极永磁同步电机 与叶轮连接进行驱动，然后通过全功率的变频装置并网，利于提高风力发电机组的可靠性 和系统效率。1.5兆瓦级以上的永磁直驱式风力发电机组产生的变频变压电能，通过交_直-交 并网变流器进行变换后送入电网。公开号为Cm01051793的中国专利申请《兆瓦级直驱式 风电并网变流器》公开了一种兆瓦级直驱式风电并网变流器，它包括发电机侧三相滤波电 容器、整流器单元、升压斩波器单元、逆变器单元、网侧三相滤波电容器和变压器，风力发电 机连接三相滤波电容器，三相滤波电容器连接整流器单元，整流器单元连接升压斩波器单 元，升压斩波器单元连接逆变器单元，逆变器单元连接三相滤波电容器，三相滤波电容器连 接变压器，变压器连接工频电网。该并网变流器利于降低风电设备的成本，具有功率因数 可调、更高功率等级等优点。但是，存在下列不足1、结构不够紧凑，元器件未经整合，风力 发电机组需配置专门的配电室，设计单独的冷却柜体，加大了发电机组的制造成本和占用 空间；2、系统的安全性较差，缺少平台机侧进线与网侧出线的断路器保护，以及监测设施有 限，当出现异常时，会冲击电网，发生故障；3、支持的通讯协议/接口有限，变流器的通讯安 全保障不够；4、维修拆卸困难。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的缺陷，提供一种结构合 理紧凑、安全性好的兆瓦级永磁直驱式风力发电变流器。本技术解决上述问题所采用的技术方案是该兆瓦级永磁直驱式风力发电变 流器，其结构特点是包括整流单元、逆变单元、控制系统、辅助单元和柜体；所述的整流单元包括整流功率电路和整流驱动控制电路，逆变单元包括逆变功率 电路和逆变驱动控制电路，所述的整流功率电路和逆变功率电路通过直流母线连接，整流 驱动控制电路与逆变驱动控制电路之间通过光纤通讯连接，所述的控制系统与整流驱动控制电路之间、控制系统与逆变驱动控制电路之间均通过通讯总线连接，所述的整流单元和 逆变单元采用对称结构配置，整流功率电路和逆变功率电路均由三组六只绝缘栅双极型晶 体管组成，整流单元位于永磁同步发电机侧，逆变单元位于电网侧；整流单元将来自永磁同 步发电机的5 200Hz的三相交流电进行脉冲宽度调制整流，完成交流/直流稳压及升压 变换，形成1000 1200V直流电压，逆变单元将直流电压经过脉冲宽度调制逆变成50Hz三 相交流电；所述的辅助单元包括辅助保护电路、预充电电路、辅助控制电路、逆变单元侧主接 触器和滤波电路，所述的辅助保护电路含整流单元侧断路保护器、逆变单元侧断路保护器 和浪涌保护器，预充电电路含直流母线预充电电路接触器、直流母线预充电电阻和直流母 线预充电整流桥，滤波电路含直流母线滤波电容、正弦滤波器电容和正弦滤波器电抗；所述的永磁同步发电机和整流单元之间装有整流单元侧断路保护器和浪涌保护 器，逆变单元和电网之间依次装有浪涌保护器、滤波电路、逆变单元侧主接触器、直流母线 预充电电路接触器和逆变单元侧断路保护器，所述的辅助控制电路控制整流单元侧断路保 护器、逆变单元侧断路保护器、预充电电路和逆变单元侧主接触器。本技术兆瓦级永磁直驱式风力发电变流器，所述的通讯总线为Ethernet、 DeviceNet、ProfileBus、Canbus、ModBus总线中的一种，所述的控制系统与整流驱动控制电 路之间、控制系统与逆变驱动控制电路之间配置对网络通讯冗余的硬接线。本技术兆瓦级永磁直驱式风力发电变流器，所述的整流单元侧和逆变单元侧 均设置检测电压信号的同步变压器。本技术兆瓦级永磁直驱式风力发电变流器，所述的整流单元、逆变单元、控制 系统、辅助单元集成安装在柜体内，其中位于柜体内的整流单元的整流功率电路和逆变单 元的逆变功率电路的每一相均系独立安装，且在整流功率电路和逆变功率电路的每一相底 部分别配装滑轮，所述的柜体安装在永磁同步发电机的塔筒底部或塔顶的机舱内。本技术兆瓦级永磁直驱式风力发电变流器，所述的整流单元和逆变单元均配 置水冷装置和/或风冷装置。本技术与现有技术相比具有以下优点1、本技术兆瓦级永磁直驱式风力 发电变流器结构合理，整流单元和逆变单元的对称结构配置，可以逆向转动发电机设备，在 电网供电的情况下，将发电机作为电动机进行电动启动，实现发电机设备带速启动或运行， 对调试和运行带来极大的便利性；设置的整流单元侧断路保护器和逆变单元侧断路保护 器，当出现异常时，整流单元侧断路保护器、逆变单元侧断路保护器会自动断开电路，达到 对变流器的保护和减小对电网的冲击；整个变流器在进线侧和网侧都设计了浪涌保护器， 进行浪涌保护，提高系统的安全性；设计独立的进线电抗和电容构成的滤波电路，有效地去 除一些谐波，且在一定程度上稳定电压，提高进线与出线电源质量。2、变流器的通讯接口多 样,包括ProfileBus总线、Can总线、ModBus总线、Ethernet、DeviceNet等接口，能满足与 不同控制设备的对接；硬接线通讯对通讯接口的冗余，使得变流器的通讯变得更加安全可 靠。3、整体机械结构紧凑，成套柜体集成安装在塔筒底部或塔顶的机舱内，无需专门为一台 风力发电机组设计专门的配电室；整流单元的整流功率电路和逆变单元的逆变功率电路均 独立安装，且在功率电路的底部配装滑轮，方便维修拆卸；整流单元和逆变单元均配置水冷 装置和/或风冷装置，适应我国不同地区和不同环境的应用，同时又节约了空间和成本。附图说明图1为本技术实施例兆瓦级永磁直驱式风力发电变流器电路结构示意图。图2为本技术实施例兆瓦级永磁直驱式风力发电变流器电路原理图。具体实施方式下面通过实施例对本技术作进一步描述。实施例直驱式风力发电采用变流器为全功率变流器，变流器只单向传递功率，从发电机PMSG至电网GRID，为有源绝缘栅双极型晶体管IGBT整流+绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变。 参见图1，该兆瓦级永磁直驱式风力发电变流器，包括整流单元GENSC、逆变单元AFE、控制 系统WTC、辅助单元和柜体。整流单元GENSC包括整流功率电路IGBT-Z和整流驱动控制电路GENSCWDCS ；逆 变单元AFE包括逆变功率电路IGBT-N和逆变驱动控制电路AFE WDCS。整流单元GENSC 和逆变单元AFE采用对称结构配置，整流单元GENSC和逆变单元AFE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兆瓦级永磁直驱式风力发电变流器，其特征在于：包括整流单元、逆变单元、控制系统、辅助单元和柜体；　　所述的整流单元包括整流功率电路和整流驱动控制电路，逆变单元包括逆变功率电路和逆变驱动控制电路，所述的整流功率电路和逆变功率电路通过直流母线连接，整流驱动控制电路与逆变驱动控制电路之间通过光纤通讯连接，所述的控制系统与整流驱动控制电路之间、控制系统与逆变驱动控制电路之间均通过通讯总线连接，所述的整流单元和逆变单元采用对称结构配置，整流功率电路和逆变功率电路均由三组六只绝缘栅双极型晶体管组成，整流单元位于永磁同步发电机侧，逆变单元位于电网侧；　　所述的辅助单元包括辅助保护电路、预充电电路、辅助控制电路、逆变单元侧主接触器和滤波电路，所述的辅助保护电路含整流单元侧断路保护器、逆变单元侧断路保护器和浪涌保护器，预充电电路含直流母线预充电电路接触器、直流母线预充电电阻和直流母线预充电整流桥，滤波电路含直流母线滤波电容、正弦滤波器电容和正弦滤波器电抗；　　所述的永磁同步发电机和整流单元之间装有整流单元侧断路保护器和浪涌保护器，逆变单元和电网之间依次装有浪涌保护器、滤波电路、逆变单元侧主接触器、直流母线预充电电路接触器和逆变单元侧断路保护器，所述的辅助控制电路控制整流单元侧断路保护器、逆变单元侧断路保护器、预充电电路和逆变单元侧主接触器。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢来朋，孙浩，徐小伟，倪锋，钱骁寅，金皓，
申请(专利权)人：浙江华章科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：33[中国|浙江]