CN103050994A - 一种分散整流集中逆变的风力发电系统 - Google Patents

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孔祥新
刘敬科
褚晓广
沈小引
韩雨辰
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Abstract

本发明公开了一种分散整流集中逆变的风力发电系统，包括多组整流模块，每一所述整流模块包括依序连接的整流器及直流升压变换器，所述整流器的输入端设有风力发电机，多个所述整流模块通过直流输电线并联于直流母线后与并网逆变器连接，所述并网逆变器通过换流变压器连接于电网。该系统成本低、损耗小、具有广阔的市场前景，且其多个整流模块通过直流输电线并联于直流母线后与并网逆变器连接，可避免发生故障时风电场与本地电网的相互影响，抑制了并网风电网的电压波动，有效提高了并网系统的暂态稳定性。

Description

一种分散整流集中逆变的风力发电系统
技术领域
本发明涉及风力发电领域，尤指一种分散整流升压、集中逆变并网的风力发电系统。
背景技术
随着机械、材料、电力电子、计算机设计、智能控制技术的日益成熟，风力发电得到飞速发展，风能已成为最有商业广阔发展前景、最能满足全球低碳排放要求的可再生能源之一，大功率、高效率、高可靠性和高度自动化已成为风电技术的发展趋势。
    目前风力发电系统大部分均采用如下运行方式：各风电机组产生690V交流电，经AC-AC变流器变为690V/50Hz交流电，然后通过升压变压器将电压升至10kV或35kVAC，通过交流并联送至主变电站实现并网。AC-AC变流器装在塔架内，每台风电机组配1台箱式变电站，内装升压变压器、高低压电器等。
这种传统的交流并网方式，在并网时由于风电场与本地电网电气连接紧密，任何一方的故障都会迅速波及另一方，严重时会引起整个系统的电压大幅振荡、功角失稳、风电场失速。此外还有损耗大、成本高、占地面积大等不足。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种全新的分散整流升压、集中逆变并网的风力发电系统。
本发明提供一种分散整流集中逆变的风力发电系统，包括多组整流模块，每一所述整流模块包括依序连接的整流器及直流升压变换器，所述整流器的输入端设有风力发电机，多个所述整流模块通过直流输电线并联于直流母线后与并网逆变器连接，所述并网逆变器通过换流变压器连接于电网；风力发电机经所述整流器进行不可控整流后将整流后的直流电压信号输入所述直流升压变换器进行升压，通过直流输电线集中汇至直流母线并联运行，再通过并网逆变器集中逆变并网。
进一步地，所述分散整流集中逆变的风力发电系统还包括监控系统，所述监控系统通过RS-485通讯接口分别与整流器、直流升压变换器以及并网逆变器相连。
进一步地，所述整流器包括不可控整流电路与谐波抑制电路，所述不可控整流电路采用三相单管并联整流，通过调节风力发电机输出端的电流波形实现功率因数校正。
进一步地，所述直流升压变换器采用带耦合电感的Boost并联和三电平Boost混合技术。
进一步地，所述并网逆变器采用SVPWM控制技术与二极管钳位式多电平技术，并通过分析软件对逆变器进行温度场分析。
优选地，所述整流器、直流升压变换器以及并网逆变器均采用DSP28335为主控芯片。
基于以上技术方案的公开，本发明具备如下有益效果：
本发明提供的分散整流集中逆变的风力发电系统其多个整流模块通过直流输电线并联于直流母线后与并网逆变器连接，可避免发生故障时风电场与本地电网的相互影响，抑制了并网风电网的电压波动，有效提高了并网系统的暂态稳定性；用分散整流集中逆变的方式取代传统的交-交变流器变频再经升压变压器的运行方式，不需要增加升压变压器和箱式变电站，不仅节省了占地面积，且大大降低了成本；不可控整流电路采用三相单管并联整流，通过调节风力发电机输出端的电流波形实现功率因数校正，不仅简化了控制过程，且降低了系统损耗；多个整流模块通过直流输电线并联于直流母线后与并网逆变器连接，使得公用的并网逆变器可同一调节多个整流模块的电枢电压，从而实现了对各风力电机转速的同步控制。
附图说明
图1为本发明提供的一种分散整流集中逆变的风力发电系统的结构原理框图。
附图标号说明
1-整流模块，11-整流器，12-直流升压变换器，2-风力发电机，3-直流输电线，4-直流母线，5-并网逆变器，6-换流变压器，7-电网，8-监控系统，9-RS-485通讯接口。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：
请参阅图1，本发明提供了一种分散整流集中逆变的风力发电系统，包括多组整流模块1、风力发电机2、并网逆变器5及监控系统8。
请参阅图1，每一所述整流模块1包括依序连接的整流器11及直流升压变换器12，所述整流器11的输入端设有风力发电机2，多个所述整流模块1通过直流输电线3并联于直流母线4后与并网逆变器5连接。
请参阅图1，所述并网逆变器5通过换流变压器6连接于电网7。
请参阅图1，所述监控系统8通过RS-485通讯接口9分别与整流器11、直流升压变换器12以及并网逆变器5相连。
所述整流器11包括不可控整流电路与谐波抑制电路，采用并联三相单管整流方案，通过调节风力发电机输出端的电流波形，实现功率因数校正，进而减少发电机损耗，提高机组有功功率输出能力。
所述直流升压变换器12采用带耦合电感的Boost并联和三电平Boost混合技术，其中带耦合电感的Boost并联技术可解决均流问题，降低开关损耗及开关管对耐压的要求，三电平Boost技术可解决电容均压控制问题，同时对开关管耐压要求可降低一半。
所述并网逆变器5采用SVPWM控制技术、二极管钳位式三电平VSC多电平技术，且通过ANSYS分析软件，对逆变器进行温度场分析，解决其散热问题。
本实施例中，所述整流器11、直流升压变换器12以及并网逆变器5均采用DSP28335为主控芯片，但并不以此为限。
工作时，风力发电机2经所述整流器11进行不可控整流后将整流后的直流电压信号输入所述直流升压变换器12进行升压，通过直流输电线3集中汇至直流母线4并联运行，再通过并网逆变器5集中逆变并网。
同时，所述监控系统8监视整流器11、直流升压变换器12、并网逆变器5的运行状态、风力发电机2的状态、电力参数、温度参数、环境参数等，实现对风力发电机组的远程控制功能，如远程开机、停机、复位等，且可在线修改风力机运行参数、在线生成风速-功率曲线以及各种统计报表等。
综上，本发明具备如下有益效果：
（1）多个整流模块通过直流输电线并联于直流母线后与并网逆变器连接，可避免发生故障时风电场与本地电网的相互影响，抑制了并网风电网的电压波动，有效提高了并网系统的暂态稳定性；
（2）用分散整流集中逆变的方式取代传统的交-交变流器变频再经升压变压器的运行方式，不需要增加升压变压器和箱式变电站，不仅节省了占地面积，且大大降低了成本；
（3）不可控整流电路采用三相单管并联整流，通过调节风力发电机输出端的电流波形实现功率因数校正，不仅简化了控制过程，且降低了系统损耗；
（4）多个整流模块通过直流输电线并联于直流母线后与并网逆变器连接，使得公用的并网逆变器可同一调节多个整流模块的电枢电压，从而实现了对各风力电机转速的同步控制。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种分散整流集中逆变的风力发电系统，其特征在于，包括多组整流模块，每一所述整流模块包括依序连接的整流器及直流升压变换器，所述整流器的输入端设有风力发电机，多个所述整流模块通过直流输电线并联于直流母线后与并网逆变器连接，所述并网逆变器通过换流变压器连接于电网；风力发电机经所述整流器进行不可控整流后将整流后的直流电压信号输入所述直流升压变换器进行升压，通过直流输电线集中汇至直流母线并联运行，再通过并网逆变器集中逆变并网。
2.根据权利要求1所述的分散整流集中逆变的风力发电系统，其特征在于，还包括监控系统，所述监控系统通过RS-485通讯接口分别与整流器、直流升压变换器以及并网逆变器相连。
3.根据权利要求1所述的分散整流集中逆变的风力发电系统，其特征在于，所述整流器包括不可控整流电路与谐波抑制电路，所述不可控整流电路采用三相单管并联整流，通过调节风力发电机输出端的电流波形实现功率因数校正。
4.根据权利要求1所述的分散整流集中逆变的风力发电系统，其特征在于，所述直流升压变换器采用带耦合电感的Boost并联和三电平Boost混合技术。
5.根据权利要求1所述的分散整流集中逆变的风力发电系统，其特征在于，所述并网逆变器采用SVPWM控制技术与二极管钳位式多电平技术，并通过分析软件对逆变器进行温度场分析。
6.根据权利要求1所述的分散整流集中逆变的风力发电系统，其特征在于，所述整流器、直流升压变换器以及并网逆变器均采用DSP28335为主控芯片。
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