CN103887789A - 用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器拓扑结构 - Google Patents
用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器拓扑结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器拓扑结构，属于风力发电技术领域。该拓扑结构包括定子侧变流器、机侧变流器、网侧DC-DC变换器；所述定子侧变流器一端与风力发电机的定子连接，另一端分别与所述机侧变流器、所述网侧DC-DC变换器连接；所述机侧变流器另一端与风力发电机的转子连接；所述网侧DC-DC变换器的另一端通过高压直流电缆与高压直流母线连接，实现双馈型风电机组柔性直流输电并网发电。本发明可以使机侧变流器控制更简单、灵活，且其额定功率更小，无需额外蓄电池作为其逆变电源，同时无需升压电力变压器、箱式变电站，占地面积小，成本低，损耗小，尤其适合于海上风电。
Description
技术领域
本发明涉及一种变流器，尤其是一种用于柔性直流输电系统的双馈型风力发电机组使用的变流器，属于风力发电技术领域。
背景技术
目前兆瓦级风力发电机组一般均通过交直交变流器输出690V50Hz交流电，经升压变压器升压后汇至交流母线并网。其缺点是：需要升压变压器、箱式变电站，占地面积大，成本高，损耗高，尤其制约着海上风电的发展。
为解决上述问题 ，本专利申请人提出专利号为ZL 201320114072.X 的中国专利申请，公开了一种双馈型风力发电机组用高压直流变流器拓扑结构，该拓扑结构包括整流器、机侧变流器、网侧DC-DC升压变换器；所述整流器一端与风力发电机的定子连接，另一端分别与所述机侧变流器、所述网侧DC-DC升压变换器连接；所述机侧变流器另一端与风力发电机的转子连接；所述网侧DC-DC升压变换器的另一端通过高压直流电缆与高压直流母线连接。该结构虽然可以从根本上解决双馈型风力发电机组高压直流并网问题，但在双馈型风力发电机组启动时需要额外蓄电池给所述机侧变流器提供逆变电源，并且控制不够灵活，成本高，不利于推广应用。
发明内容
本发明的主要目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提供一种不仅不需使用额外蓄电池，而且控制更加灵活、成本经济的用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器拓扑结构，从而便于推广应用。
为了达到以上目的，本发明用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器拓扑结构包括定子侧变流器、机侧变流器、网侧DC-DC变换器。所述定子侧变流器一端与风力发电机的定子连接，另一端分别与所述机侧变流器、所述网侧DC-DC变换器连接；所述机侧变流器另一端与风力发电机的转子连接；所述网侧DC-DC变换器的另一端通过高压直流电缆与高压直流母线连接。
本发明进一步的完善是，所述定子侧变流器由整流器和Boost斩波器组成，实现整流、升压、最大功率点跟踪和功率因数校正功能；所述整流器可以是不可控整流器，也可以是可控整流器（如电压源型PWM整流器）。
本发明进一步的完善是，所述网侧DC-DC变换器为双向变换器，包括1级或1级以上的升降压回路，实现直流升压和降压以及稳压功能。
本发明进一步的完善是，所述机侧变流器与现有机侧变流器一致，但其额定功率可以更小，控制方法更为简单、灵活。
本发明的有益效果是：双馈型风力发电机组发出的交流电经整流升压后，通过网侧DC-DC变换器直接升至直流高压，实现远程多端柔性直流输电并网发电，机侧变流器控制更为简单和灵活，且其额定功率更小，无需额外蓄电池作为其逆变电源，同时无需升压电力变压器、箱式变电站，占地面积小，制造成本低，损耗小，益于推广应用，尤其适合于海上风电。
附图说明
附图为本发明拓扑结构的示意图。
其中，1-机侧变流器；2-定子侧变流器；3-网侧DC-DC变换器；4-双馈型风力发电机定子；5-双馈型风力发电机转子；6-高压直流电网。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
如附图所示，本发明用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器拓扑结构包括机侧变流器1、定子侧变流器2、网侧DC-DC变换器3。双馈型风力发电机定子4输出的频率和幅值均可变的交流电经定子侧变流器2整流升压后，一端与机侧变流器1连接；另一端经过网侧DC-DC变换器3直接升压至直流高压（如10kV），汇至高压直流电网6，实现可控直流并网。机侧变流器1一端与双馈型风力发电机转子5相连，提供双馈型风力发电机转子5的励磁电流；机侧变流器1的另一端与网侧DC-DC变换器3相连，可将转子5发出的有功功率通过网侧DC-DC变换器3传输给高压直流电网6。
所述定子侧变流器2由整流器和Boost斩波器组成，其中，所述整流器将发电机定子输出的交流电进行整流，然后由所述Boost斩波器进行升压，并实现最大功率点跟踪（MPPT），捕获最大风能，因而发电机定子输出的交流电，其频率和幅值均可变化；同时还能对发电机输出的电压电流进行功率因数校正（PFC），提高了发电机有功功率输出能力，减小了电流谐波含量，进而进一步降低发电机损耗，提高系统效率。
所述网侧DC-DC变换器3为双向变换器，包括1级或1级以上的升降压回路，实现直流升压、降压及稳压功能。使用时，在风机启动并网前，所述网侧DC-DC变换器3工作于直流降压状态，将直流电网电压降至合适水平并使之恒定，为所述机侧变流器1提供逆变电源，因而在风电机组启动时无需额外蓄电池；所述机侧变流器1经过逆变给转子5提供三相交流励磁电流，风电机组启动。风电机组正常运行后，所述网侧DC-DC变换器3工作于直流升压状态，将风电机组发出的功率传递给高压直流电网6。
在风电机组正常运行时，由于所述定子侧变流器2不要求发电机定子输出恒压恒频（如690V50Hz）交流电，因而所述机侧变流器1控制更为简单和灵活，其输出频率只需按一定比例跟踪发电机转速的变化，即可实现发电机始终工作于一种运行状态（如超同步运行状态），而无需考虑在同步点上下跨越的控制问题；由此也可以使转差率很低，从而使机侧变流器1的额定功率更小，进一步降低了成本。
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器拓扑结构，包括定子侧变流器、机侧变流器、网侧DC-DC变换器；其特征在于：所述定子侧变流器一端与风力发电机的定子连接，另一端分别与所述机侧变流器、所述网侧DC-DC变换器连接；所述机侧变流器另一端与风力发电机的转子连接；所述网侧DC-DC变换器的另一端通过高压直流电缆与高压直流母线连接，实现双馈型风电机组柔性直流输电并网发电。
2.根据权利要求1所述用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器拓扑结构，其特征在于：所述定子侧变流器由整流器和Boost斩波器组成，实现整流、升压、最大功率点跟踪和功率因数校正功能。
3.根据权利要求1所述用于柔性直流输电系统的双馈型风电机组变流器拓扑结构，其特征在于：所述网侧DC-DC变换器为双向变换器，包括1级或1级以上的升降压回路，实现直流升压和降压以及稳压功能。
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