内河船舶用小型风力发电变换器制造技术

内河船舶用小型风力发电变换器，其特征在于，它包括：一个非工频整流电路；一个具有升降压功能的无源逆变电路；一个负载端低通滤波器；一个为蓄电池充电的电流反馈降压型斩波电路。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供一种内河船舶用小型风力发电变换器，属于电力电子技术和新能源
，其结构包括一个非工频整流电路；一个具有升降压功能的无源逆变电路、一个负载端低通滤波器、一个为蓄电池充电的电流反馈降压型斩波电路；其中，具有升降压功能的无源逆变电路又包括：一个具有升压功能的直流斩波级、一个由电感和电容构成的阻抗网络级、一个由单向全控型电力电子器件构成的逆变电路。本技术适合于电阻、电容、电感等任何负载；在最大负载到空载范围内均可工作；可靠性、抗电磁干扰性能等方面符合船舶电磁环境的要求。【专利说明】内河船舶用小型风力发电变换器
本技术涉及一种风力发电系统的配套设备，具体地说是一种内河船舶用小型风力发电变换器，该变换器特别适合于在内河船舶中的1000W10000W范围的中小型风力发电设备中使用。
技术介绍
内河船舶采用小型风力发电作为辅助电源，特别是在停泊状态，是一种节能、环保的有效措施。现在有一些内河船舶安装了风力发电设备。作为其核心部件的电能变换器一般都采用通用的离网式小型风力发电设备的产品，并没有考虑船舶上的电气负载的诸多特殊点。就船舶用风力发电设备的负载而言，有以下特殊之处:(1)负载性质多变，电感性、电容性、纯电阻性均有可能运行。(2)负载变化较大，有可能满载甚至过载，也有可能负载极轻甚至空载。(3)内河船舶的空间局促，电磁干扰很强烈。(4)由于船舶行驶和停泊的关系，风力和风向变化很大而且频繁，可能造成风力发电机输出电压有大的波动，变换器必须具有特殊的适应能力。一般通用小型风力发电变换器是难以很好地应对上述问题的。本技术针对上述特殊要求，开发一种适合于在内河船舶供电系统中使用，并能够兼顾其他工作环境的离网式小型风力发电变换装置。
技术实现思路
本技术的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种内河船舶用小型风力发电变换器。风力发电机发出的频率、幅值均变化的交流电压经非工频整流器整流后成为幅度随风力变化的直流电压。该能量的走向可以为后级电路提供能源经各级变换后为负载供电；也可以经过充电器为蓄电池供电。负载获得的工频交流电能由无死区逆变电路提供；逆变电路由直流升压电路供给直流能量；而直流升压电路获取能量的途径有二:其一是由风力发电机经非工频整流器输出提供；另一途径是在无风或风力过小时由蓄电池供给。两者的选择靠图1中二极管Da和Db的连接自动完成，即上述2个能量源中输出电压较高者向后级电路提供能量。非工频整流输出的另一用途是为蓄电池充电，在非工频整流电压高于蓄电池电压时，可以通过充电电路为蓄电池供应稳定的充电电流。为了使负载得到规范的50Hz正弦波电压，并且对于电感性、电容性和纯电阻性任何负载都能够可靠用电，在逆变器输出与负载之间接有LC滤波器。整个强电系统靠控制电路控制，控制电路的输入信号为:1)来自负载端的反馈信息，为直流电压信号，其值正比于输出正弦电压的有效值。2)蓄电池电压检测信号，为直流电压信号，其值正比于蓄电池电压，该信号作为决定蓄电池充电与否的依据。3)非工频整流的输出电压信号，正比于风力发电机的输出电压，在一定程度上能够反映风力的大小。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是:内河船舶用小型风力发电变换器，内河船舶用小型风力发电变换器，其特征在于，它包括:一个非工频整流电路；一个具有升降压功能的无源逆变电路；一个负载端低通滤波器；一个为蓄电池充电的电流反馈降压型斩波电路。所述非工频整流电路包括二极管Drf Dr4和电容Cr，二极管Drl的正极与二极管Dr3的负极相连接并一起接风力发电机的其中一输出端，二极管Dr2的正极与二极管Dr4的负极相连接并一起接风力发电机的另一输出端，二极管Drl和二极管Dr2的负极分别接Uin+端，二极管Dr3和二极管Dr4的正极分别接Uin-端和接地线，电容Cr串联在Uin+端和Uin-端之间。该电路适合于对IOHf 1000Hz的交流电进行整流，输入交流电压可以是正弦波，也可以是非正弦波。所采用的整流元件具有高于工频的频率特性。风力发电机输出电压的基波频率在20Hz?300Hz范围变化，电压有效值在50疒300V之间变化。该电压进入本变换器后，首先被由Drf Dr4和Cr组成的非工频整流电路整流、滤波形成直流电，输出到图2中的Uin+和Uin-端。为后级电路供电。所述具有升降压功能的无源逆变电路又包括:一个具有升压功能的直流斩波级；一个由电感和电容构成的阻抗网络级；一个由单向全控型电力电子器件构成的逆变电路。所述直流斩波级包括电感LO、功率场效应管VTO、二极管D0、电容CO，所述电感LO一端接Uin+端，一端接二极管DO的正极，功率场效应管VTO的漏极(a0节点)接极管DO的正极，功率场效应管VTO的源极(b0节点)接Uin-端，电容CO接在二极管DO的负极和Uin-端之间。该直流升压级为直流Boost电路，其输入端连接在非工频电路的输出端，在风力发电机整流输出电压低于要求值时，可以对风力发电机输出整流电压进行升压，升压幅度实际运用中能够达到输入电压的3倍。保持逆变级直流母线电压在负载电压振幅值以上。如果风力发电机整流输出电压高于要求值，直流升压级停止工作，逆变级直流母线电压即为风力发电机整流输出电压。输入电源电压的正端Uin+，负端Uin-分别接在升压直流斩波电路的输入两端。在其作用下，a0、b0两端可以得到高于Uin+、Uin-的直流电压，调节VTO的占空比可以得到所需的直流电压值。D0UC01和RO构成RCD保护电路，对VTO和DO进行保护。VTO和DO的电压应力不大于a0、b0之间的电压。所述阻抗网络级包括两个对称的电感L1、电感L2和两个对称电容Cl、电容C2，所述电感LI接于节点al和节点a2之间，电感L2接于节点b I和节点b 2之间，电容Cl接于节点al和节点b 2之间，电容C2接于节点a2和节点b I之间，所述节点al与二极管Da的负极相连接，二极管Da的正极接二极管DO的负极，节点bl接Uin-端。其作用是，保证a0、b0端，al、bl端电压不会出现突跳；同时保证a0、b0、al、bl这4个节点的电流不会出现突跳。因此在桥臂出现瞬间短路和瞬间开路时，均不会出现短路和开路的现象。该电路部分区别于一般阻抗源变换器之点在于，由于电路工作时不设置直通零矢量，出现的瞬间短路和瞬间开路均由干扰引起，持续时间很短，达不到US数量级。所以L1、L2、C1、C2的数值都非常小，经计算，对于输出功率为1000W的电路，电容只需几U F，电感只需几ii H。可以大大缩小体积和重量。所述逆变电路，其结构包括场效应管VT1-VT4和续流二极管D1-D4，构成逆变桥，由于前级的升压型直流斩波的作用，可以保持a2、b2两端的电压稳定在所要求的数值，无需像阻抗源电路那样，由于直通零矢量的作用，占用了一个斩波周期的一定的时间段，从而影响了最大调制度的调节，进而又迫使进一步增加直通零矢量的时间，最终导致直流母线a2、b2两端的电压很高，导致增加桥臂器件的电压应力。续流二极管DfD4在感性和电容性负载时输出电压和输出电流的方向矛盾时，为负载电流提供通路。场效应管VTl的漏极与场效应管VT2的漏极相连接并一起接节点a2，场效应管本文档来自技高网...

【技术保护点】
内河船舶用小型风力发电变换器，其特征在于，它包括：一个非工频整流电路；一个具有升降压功能的无源逆变电路；一个负载端低通滤波器；一个为蓄电池充电的电流反馈降压型斩波电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭光，丁行，
申请(专利权)人：山东航宇船业集团有限公司，
类型：实用新型
国别省市：