本发明专利技术涉及一种风电设备（４），由一布置在一塔架（１４）上的机舱（１２）构成且包括一转子（２８）、一发电机（１６）、一发电机侧换流器（２０）、一网侧换流器（２２）和一变压器（２６），其中，所述这两个换流器（２０，２２）在直流电压侧彼此电性相连，所述网侧换流器（２２）在交流电压侧通过所述变压器（２６）与一接收电能的网络（６）的一馈电点（８）相连。根据本发明专利技术，所述网侧换流器（２２）的每个相位模块（７４）均具有一上阀臂和一下阀臂（Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５；Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６），所述上阀臂和所述下阀臂各具有至少两个串联的两极子系统（７６），所述发电机侧换流器（２０）和所述网侧换流器（２２）在直流电压侧通过一直流电缆（７２）彼此相连。由此获得一种由复数个风电设备（４）构成的风电场（２），与已知的直流方案相比，这种风电场结构灵活，并且每个风电设备（４）的机舱（１２）的自重更轻。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种风电设备和一种由复数个这种风电设备构成的风电场。
技术介绍
风电场的风电设备的作用是利用风这种随机的一次能源载体产生电能并将这些 电能馈入区域电网。DE 19620906A1揭示一种如图1所示的风电场2的方案。这种已知方案是一种 分布式三相方案，因为风电场2中每一个风电设备4所产生的电能都被馈入区域电网6。 由于区域电网6任何一个风电场馈电点8上的升压幅度都不得超过4%，这就会使得最高 风电产能取决于风电场馈电点8与电网6的变电站之间的距离。图示风电场2具有三个 风电设备4，这些风电设备各具有一个机舱12和一个塔架14。机舱12以可旋转的方式 安装在塔架14上，具有发电机16、发电机侧滤波器18、发电机侧换流器20、网侧换流 器22、网侧滤波器24和变压器26。两个换流器20和22在直流电压侧通过电压中间电 路彼此导电相连。这样，两个换流器20和22和该电压中间电路就共同构成一个电压中 间电路变换器。Bjorn Andresen和Jens Birk在其发表于奥尔堡EPE 2007会议论文集的“ A high power density converter system fort the Gamesa G10x4,5MW Windturbine (用于 Gamesa G10x4.5MW风力涡轮机的高功率密度转换系统)” 一文描述了布置在风电设备4的机舱 12中的电压中间电路变换器的一种结构。在该文所描述的电压中间电路变换器中，两个 换流器20和22实施为自换相脉冲换流器。为了将换流器20、22所产生的谐波分别与发 电机16或电网6隔离，发电机侧和网侧各设有一个滤波器18、24。网侧变压器26的作 用则是使产生的变换器输出电压与区域电网的额定电压相匹配。如该文所述，发电机16的转子侧直接或通过传动装置与风电设备4的转子相 连。如果发电机16采用的是同步发电机，就不必使用该传动装置，这样可以减轻机舱12 的重量。为清楚起见，本案图1对转子未予图示。图2展示的是风电场2三相电流方案的第二实施方式。这种实施方式与图1所示 实施方式之间的区别在于，风电设备4的电气设备布置在塔架14而非机舱12中。风电设 备4的这种实施方式公开在发表于www.abb.com/powerelectronics网站的“ABB Advanced Power Electronics-MV full power wind converter for Multibrid M5000 turbine (ABB 先进电力 电子技术一用于Multibrid M5000涡轮机的中压全功率风能转换器)” 一文中。设备组 件18、20、22、24和26布置在风电设备4的塔架14的底部区域内。这样，风电场2每 一个风电设备4的机舱12中只剩下了发电机16。DE 19620906A1揭示一种包含有η个风电设备4的风电场2。这种已知风电场2 的每个风电设备4均具有转子叶片可调的转子28、同步发电机30、整流器32和滤波扼流 圈34。同步发电机30与转子28直接耦合且具有两个彼此成30°导电偏置的定子绕组， 这些定子绕组分别与整流器32的一个子整流器36导电相连。同步发电机30可具有永磁4激励系统或压控激励系统。整流器32实施为多脉冲式，例如12脉冲。滤波扼流圈34 例如布置在正极输出线38中。这条正极输出线38和一负极输出线40可分别借助一个断 路器42从正极母线和负极母线44和46上断开。这两个母线44和46在风电场2的η个 风电设备的直流侧将其并联起来。在风电场2如图所示的这种直流方案中，网侧换流站48紧邻区域电网6的变电 站50布置。这个网侧换流站48具有滤波扼流圈52、逆变器54、匹配变压器56和滤波 器58。逆变器54和任何一个风电设备4的整流器32—样由两个子逆变器60构成。逆 变器54的脉冲数与整流器32的脉冲数一致。每个子逆变器60在交流电压侧均与匹配变 压器56的一个二次绕组导电相连，其中，该匹配变压器的一次绕组与变电站50的母线62 导电相连。滤波器58也连接在这个母线62上。滤波扼流圈52例如布置在逆变器54的 正极输入线64中。正极输入线64和负极输入线66通过直流传输设备68与并联风电设 备4的正、负极母线44和46导电相连。直流传输设备68可以是两条直流传输线或一个 直流电缆。每个风电设备4的整流器32的换流阀和网侧换流站48的逆变器54的换流阀均 采用晶闸管。整流器32的作用是调节功率，逆变器54的作用是调节三相电压。这种η 个换流站的连接方案相当于一个多点高压直流输电网络。“Offen fiir Offshore-HVDC Light-Baustein einer nachhaltigen elektrischen Energieversorgung(海上风电——轻型高压直流输电——影响深远的供电模块)，，一文揭示了一种用直流电缆代替三相电缆的海上风电场。这个直流电缆两端各设一功率换流器， 其交流电压侧各配一电力变压器。功率换流器采用由中压型电压中间电路变换器构成的 已知IGBT换流器。中间电路电容器由两部分构成且分别与一个IGBT换流器的直流电压 接点并联。这种风电场中总有一个风电设备具有发电机侧IGBT换流器，该风电设备的网 侧IGBT换流器则整合在网侧换流站的IGBT换流器中。这种风电场的风电设备的IGBT 换流器在直流电压侧通过直流电缆与网侧换流站的IGBT换流器相连。这种直流方案可 以使风电场(尤其是海上风电场)的风电设备与网侧换流站之间的距离超过140km。Lena Max和Torbjorn Thiringer发表于奥尔堡EPE 2007会议论文集的 “Control method and snubber selection for a 5MW wind turbine single active bridge DC/DCconverter (5MW风力涡轮机单有源电桥DC/DC转换器的控制方法和缓冲器选择)，，一文 揭示了风电场直流电压方案的另一种实施方式。在这种实施方式中，每个风电设备均具 有发电机、发电机侧换流器和直流电压转换器。多个风电设备通过其他直流电压转换器 与一直流电压转换器相连，这个直流电压转换器在区域电网的风电场馈电点上通过直流 电缆与网侧逆变器相连。每个风电设备的发电机侧换流器采用的不是二极管整流器就是 自换相IGBT换流器。
技术实现思路
本专利技术的目的是对风电设备和由复数个这种风电设备构成的风电场进行改进， 以便减少设备组件数量。根据本专利技术，这个目的通过权利要求1和权利要求8所包含的区别特征而达成。根据本专利技术，风电设备的网侧换流器采用包含复数个分布式储能器的换流器。5这种换流器的每个阀臂均具有至少两个两极子系统，这些两极子系统各具有一储能器且 彼此串联。为了能够不再使用输出滤波器，每阀臂各设至少十个串联的两极子系统。根 据两极子系统的数量，换流器输出电压也会上升。这样就可以视情况而无需使用匹配变 压器。这种包含复数个分布式储能器的换流器的另一优点是，该换流器的每个阀臂均 可具有冗余两极子系统。当部分两极子系统发生故障时，这样可以确保正常工作完全不 受影响，从而使所述风本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种风电设备（４），由一布置在一塔架（１４）上的机舱（１２）构成且包括一转子（２８）、一发电机（１６）、一发电机侧换流器（２０）、一网侧换流器（２２）和一变压器（２６），其中，所述这两个换流器（２０，２２）在直流电压侧彼此电性相连，所述网侧换流器（２２）在交流电压侧通过所述变压器（２６）与一接收电能的网络（６）的一馈电点（８）相连，其特征在于， 所述网侧换流器（２２）的每个相位模块（７４）均具有一上阀臂和一下阀臂（Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５；Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６），所述上阀臂和所述下阀臂各具有至少两个串联的两极子系统（７６），以及 所述发电机侧换流器（２０）和所述网侧换流器（２２）在直流电压侧通过一直流电缆（７２）彼此相连。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2008-5-7 10200802261731.一种风电设备(4)，由一布置在一塔架(14)上的机舱(12)构成且包括一转子 (28)、一发电机(16)、一发电机侧换流器(20)、一网侧换流器(22)和一变压器(26)，其 中，所述这两个换流器(20，22)在直流电压侧彼此电性相连，所述网侧换流器(22)在交 流电压侧通过所述变压器(26)与一接收电能的网络(6)的一馈电点(8)相连，其特征在 于，所述网侧换流器(22)的每个相位模块(74)均具有一上阀臂和一下阀臂(Tl，T3， T5 ； T2, T4，T6)，所述上阀臂和所述下阀臂各具有至少两个串联的两极子系统(76)， 以及所述发电机侧换流器(20)和所述网侧换流器(22)在直流电压侧通过一直流电缆(72) 彼此相连。2.根据权利要求1所述的风电设备(4)，其特征在于，所述发电机侧换流器(20)采用二极管整流器。3.根据权利要求1所述的风电设备(4)，其特征在于，所述发电机侧换流器(20)的每个相位模块(74)均具有一上阀臂和一下阀臂(Tl， T3，T5 ； T2, T4，T6)，所述上阀臂和所述下阀臂各具有至少两个串联的两极子系统 (76)。4.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的风电设备(4)，其特征在于，每个两极子系统(76)均具有两个串联的可断半导体开关(78，80)和一存储电容器 (86)，其中，所述这个串联电路与所述存储电容器(86)并联，所述两个可断半导体开关 (78，80)的一连接点构成所述两极子系统(76)的一接线端子(X2，XI)，所述存储电容 器(86)的一个极构成所述两极子系统(76)的一其他接线端子(XI，X2)。5.根据权利要求4所述的风电设备(4)，其特征在于，所述可断半导体开关(78，80)采用绝缘栅双极晶体管IGBT。6.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的风电设备(4)，其特征在于，所述网侧换流器(22)与所述交流电压侧变压器(26) —起布置在所述风电设备(4)的 塔架(14)中。7.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的风电设备(4)，其特征在于，所述发电机侧换流器(20)与所述交流电压侧发电机(16) —起布置在所述风电设备(4)的机舱(12)中。8.—种风电场(2)，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：马克希勒，诺贝特克拉斯森，特奥多尔扎尔茨曼，赖纳佐默，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE
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