CN108011527A - 变流器、直驱风力发电机组和输电系统 - Google Patents

变流器、直驱风力发电机组和输电系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种变流器、直驱风力发电机组和输电系统。该变流器包括三个级联功率串,每个级联功率串包括N个RMC,N≥3;每个RMC包括一组三相输入端、第一交流输出端子和第二交流输出端子,每个级联功率串中相邻两个RMC中的上一个RMC的第二交流输出端子与下一个RMC的第一交流输出端子连接,每个级联功率串的第一个RMC的第一交流输出端子作为每个级联功率串的第一输出端,每个级联功率串的最后一个的第二交流输出端子作为每个级联功率串的第二输出端;三个级联功率串的第一输出端之间形成星点连接,三个级联功率串的第二输出端构成变流器的三相输出端。根据本发明实施例,可提升变流器的输出电压,减少能量转换级数,提高能量转化效率。

Description

变流器、直驱风力发电机组和输电系统
技术领域
[0001]本发明涉及风力发电技术领域,具体涉及一种变流器、直驱风力发电机组和输电 系统。
背景技术
[0002]随着能源危机的加剧,新能源的开发与利用已成为研宄的热点,风电是目前具有 大规模开发潜能的可再生能源。风力发电机组是将风能转换为机械能,机械能带动发电机 转子旋转,最终输出交流电的电力设备。由于我国风资源分布比较集中,风电开发采用了大 规模、高度集中接入和远距离传输的模式。
[0003]为了保证风力发电机组输出的低压交流电的电压稳定性,通常将风力发电机组输 出的低压交流电能先通过变流器的整流转变成直流电能,再经过变流器的逆变电路将直流 电能转变成交流电后,再经过升压变压器升压转换成较高电压等级的中压交流电压。由于 现有变流器的能量转换级数多、开关数量多,造成整个风力发电机组输电系统的电能转换 效率低、可靠性差。此外,由于低压变流器输出的电压较低,电流较大,需要使用大量电缆进 行传输,造成整机系统的损耗较大。
发明内容
[0004] 本发明实施例提供了一种变流器、直驱风力发电机组和输电系统,提高了变流器 的输出电压,降低了输出电流,减少了能量转换级数,提升了风力发电机组的电能转换效率 和可靠性。
[0005] 根据本发明实施例的一个方面,提供了一种变流器,该变流器包括三个级联功率 串,每个级联功率串包括N个精简矩阵变换器(reduced matrix converter,RMC),N彡3;每 个RMC包括一组三相输入端、第一交流输出端子和第二交流输出端子,每个级联功率串中相 邻两个RMC中的上一个RMC的第二交流输出端子与下一个RMC的第一交流输出端子连接,每 个级联功率串的第一个RMC的第一交流输出端子作为每个级联功率串的第一输出端,每个 级联功率串的最后一个RMC的第二交流输出端子作为每个级联功率串的第二输出端;三个 级联功率串的第一输出端之间形成星点连接,三个级联功率串的第二输出端构成变流器的 三相输出端。
[0006] 根据本发明实施例的一个方面,每个RMC为三相六桥臂结构,每个桥臂包括两个绝 缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT),两个IGBT的发射极连 接,每相的上桥臂的一个集电极与下桥臂的一个集电极连接,构成RMC的一组三相输入端中 的一相输入端;三相的上桥臂的另一个集电极相互连接构成RMC的第一交流输出端子,三相 的下桥臂的另一个集电极相连接构成RMC的第二交流输出端子。
[0007] 根据本发明实施例的一个方面,每个RMC的一组三相输入端与直驱风力发电机的 一组三相输出端对应连接。
[0008] 根据本发明实施例的一个方面,直驱风力发电机包括转子和定子,定子上设置有 3N个绕组,每三个绕组构成直驱风力发电机的一组三相输出端,直驱风力发电机的N组三相 输出端分别与每个级联功率串的N个RMC的三相输入端对应连接。
[0009] 根据本发明实施例的一个方面,变流器的三相输出端与升压变压器的低压端连 接。
[0010] 根据本发明实施例的另一个方面,提供了一种直驱风力发电机组,直驱风力发电 机组包括直驱风力发电机、本发明一个方面中任一实施例的变流器、升压变压器和整流器;
[0011] 直驱风力发电机包括转子和定子,定子上设置有3N个绕组,每三个绕组构成直驱 风力发电机的一组三相输出端,直驱风力发电机的N组三相输出端分别与变流器的每个级 联功率串的N个RMC的三相输入端对应连接,变流器的三相输出端与升压变压器的低压端连 接,升压变压器的高压端与整流器的输入端连接,整流器包括正极输出端和负极输出端。
[0012] 根据本发明的再一个方面,提供了一种直驱风力发电机组输电系统,该输电系统 包括直流母线和本发明实施例的直驱风力发电机组;直流母线包括正极直流母线和负极直 流母线,直驱风力发电机组的整流器的正极输出端与正极直流母线连接,整流器的负极输 出端与负极直流母线连接。
[0013] 根据本发明的再一个方面,该输电系统包括多个直驱风力发电机组,每个直驱风 力发电机组的整流器的正极输出端连接于正极直流母线,每个直驱风力发电机组的整流器 的负极输出端分别连接于负极直流母线。
[0014] 根据本发明的再一个方面整流器为三相不控整流器,或者,整流器为三相脉冲宽 度调制(Pulse Width Modulation,PWM)可控整流器。
[0015]根据本发明的再一个方面,三相不控整流器为三相六桥臂结构,每个桥臂包括一 个二极管功率串,二极管功率串包括多个串联的二极管,且多个二极管的反向耐压值之和 与直流母线的电压值之差大于第一设定值;每相的上桥臂的二极管功率串与下桥臂的二极 管功率串串联。
[0016] 根据本发明的再一个方面,三相PWM可控整流器为三相六桥臂结构,每个桥臂包括 一个IGBT功率串,IGBT功率串包括多个串联的IGBT,且多个IGBT的耐压值之和与直流母线 的电压值之差大于第二设定值;每相的上桥臂的IGBT功率串与下桥臂的IGBT功率串串联。
[0017] 本发明实施例中的变流器、直驱风力发电机组和输电系统,基于RMC的模块化级联 的方式实现了一种新型的变流器,与现有的变流器相比,通过该基于RMC的级联功率串的变 流器,可以叠加输出很高的电压,有效提高变流器的输出电压,降低输出电流,因此可以减 少了传输电缆的使用,从而降低整机系统的损耗。同时,通过本发明实施例的变流器,减少 了能量转换级数和开关数量,提升了整个风电系统的转化效率和可靠性。
[0018] 本发明实施例的变流器,RMC可以由6组反向串联的IGBT组成,实现了能量的双向 流动的功能,能够有效较少输出电流中的谐波含量。
[0019] 本发明实施例的直驱风力发电机组,变流器的输出电压升高,因此可以通过升高 电压等级实现扩容,能够有效避免均流和环流的问题。此外,直驱风力发电机和变流器可集 中设置在机舱内,减小发电机和变流器之间的传输距离,减少电缆的使用量,从而减少风力 发电机组的塔筒内的电缆,大大减小了风力发电机组的解缆压力。
[0020] 本发明实施例的输电系统,整流器将变流器输出的三相交流电整流为直流电,因 此直流母线只需要正极直流母线和负极直流母线即可完成输电工作,降低了输电线路的成 本,且直流输电相对于交流输电来说,电压可控性高,且无需无功补偿,传输距离远,提升了 输电距离。
附图说明
[0021] 通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显,其中,相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
[0022] 图1示出了现有一种风电场的输电系统的结构示意图;
[0023]图2示出了现有一种风力发电机组的部分结构示意图;
[0024]图3示出了现有一种低压变流器的结构示意图;
[0025]图4示出了根据本发明一实施例提供的变流器的结构示意图;
[0026]图5示出了根据本发明实施例的RMC级联的结构示意图;
[0027]图6示出了根据本发明实施例的RMC级联的详细结构示意图;
[0028]图7示出了根据本发明实施例的RMC的一个桥臂中的电流流动路径示意图;
[0029]图8示出了根据本发明实施例的直驱风力发电机组的结构示意图;
[0030]图9示出了根据本发明实施例的输电系统的结构示意图;
[0031]图10示出了根据本发明一实施例的整流器的结构示意图;
[0032]图11示出了根据本发明另一实施例的整流器的结构示意图。
[0033] 附图标记说明:
[0034] 100、低压直驱交流风力发电机组;200、交流母线;300、直驱风力发电机组;400、直 流母线;
[0035] 110、叶轮;120、直驱风力发电机;130、低压变流器;140、变压器;
[0036] 131、直驱变流器;
[0037] 1311、三相PWM机侧整流器;1312、母线电容及放电电阻;
[0038] 1313、斩波器组件及卸能电阻;1314、三相PWM网侧逆变器;
[0039] 310、直驱风力发电机;32〇、变流器;330、升压变压器;340、整流器;
[0040] 321、级联功率串;3210、RMC;
[0041] 341、二极管功率串;342、IGBT功率串。
具体实施方式
[0042]下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例,为了使本发明的目 的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细描 述。应理解,此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明,并不被配置为限定本发明。 对于本领域技术人员来说,本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实 施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。 [0043]需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实 体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存 在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要 素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者^备 所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括……”限定的要素,并不排除在包括 所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0044]图1示出了目前常规的一种风电场的输电系统拓扑结构示意图。如图1所示,传统 的风电场输电系统包括多组低压直驱交流风力发电机组100和35KV汇流交流母线200。其 中,低压直驱交流风力发电机组1〇〇包括叶轮110、直驱风力发电机120、低压变流器130和升 压变压器140,低压变流器130通过变压器140,把690V低电压大电流的电能,转换成35KV较 高电压等级的中压交流电压,由于变压器140输出的是三相交流电,所以交流母线200需要 包括三相母线,如图1中所示的A母线、B母线和C母线。
[0045]图2示出了常规低压直驱交流风力发电机组100的部分结构示意图。如图2所示,低 压变流器130可以由直驱变流器131直接构成。直驱变流器131可以为一个或多个。当直驱变 流器131为一个时,此时机侧变流器的三相通过电感连接直驱风力发电机120的定子的三相 绕组,网侧变流器的三相通过电感连接变压器140的低压侧。直驱变流器131为多个时,多个 直驱变流器131可以并联形成,图2中示出了两个直驱变流器131,两个直驱变流器131并联 时,并联机侧变流器的三相通过电感连接直驱风力发电机120的定子的三相绕组。多个直驱 变流器131的机侧部分,也可以分别通过电感连接直驱风力发电机120的定子的多组三相绕 组,多个直驱变流器131网侧交流输出并联,连接至变压器140的低压侧。
[0046]图3示出了常规直驱变流器131的一种结构示意图。如图3中所示,直驱变流器131 包括PWM机侧整流器1311、母线电容及放电电阻1312、斩波器(chopper)组件及卸能电阻 1313和三相网侧逆变器1314。其中,chopper组件及卸能电阻1313在风电出现低电压穿 越的工况时,通过电阻将母线泵升的能量泄放掉,以防止母线过压。
[0047]图1所示的风电场的输电系统结构中,由于低压变流器130的能量转换级数多、所 需的开关数量多,整个风电系统的转换效率低、可靠性差。目前风力发电机通常位于风力发 电机组的塔顶的机舱,而变流器一般位于风力发电机组的塔底的塔筒内,需要大量的低压 电缆通过高塔筒传输到塔底的变流器,对风机系统的解缆造成很大的压力。低压变流器130 输出的电压较低,电流较大,需要大量的贵金属低压电缆的使用,造成整机系统的损耗较 大。且随着风力发电机组容量的越来越大,变流器的容量越来越大,低压变流器130需要通 过并联扩大容量,此时会造成均流及环流等技术问题,对风力发电机组的可靠性造成影响。 此外,由于变压器140输出的为三相交流电,输电线路为三相线缆输电,输电线路造价高,输 电距离近。且风速的变化会造成电网电压的波动,因此变压器140和交流母线200之间还需 要设置无功补偿装置。
[0048]基于上述原因,本发明实施例提供了一种变流器,该变流器减少了能量转换级数 和开关数量,能够有效提高整个风电系统的能量转换效率和可靠性。且变流器的输出电压 高,输出电流小,因此在传输过程中只需要数量极少的中压电缆,减少了电缆的使用量,减 少了整机系统的损耗,降低了系统成本。
[0049]图4示出了本发明实施例提供的一种变流器的结构示意图。如图4所示,该变流器 320包括三个级联功率串321,每个级联功率串321包括N个精简矩阵变换器(reduced matrix converter,RMC) 210,其中,N^3。
[0050] 本发明实施例中,每个RMC 3210包括一组三相输入端、第一交流输出端子和第二 交流输出端子,每个级联功率串32丨中相邻两个RMC 3210中的上一个RMC 3210的第二交流 输出端子与下一个RMC 3210的第一交流输出端子连接,每个级联功率串321的第一个RMC 321〇的第一交流输出端子作为每个级联功率串321的第一输出端,每个级联功率串321的最 后一个RMC 3210的第二交流输出端子作为每个级联功率串321的第二输出端。
[0051]三个级联功率串321的第一输出端之间形成星点连接,三个级联功率串321的第二 输出端构成变流器320的三相输出端,如图4中所示的三个悬空的输出端。
[0052] 本发明实施例中,每个RMC 3210用于实现交流(AC)到交流(AC)的转换。如图4中所 示,每个AC/AC即表示一个RMC 3210,图中AC/AC_al、AC/AC_a2、……、AC/AC_aN级联形成了 变流器320—个级联功率串321,AC/AC_bl、AC/AC_b2、……、AC/AC_bN级联形成了另一个级 联功率串321、AC/AC_cl、AC/AC_c2、……、AC/AC_cN级联形成了又一个级联功率串321。
[0053] 本发明实施例的变流器,由基于RMC级联的三个级联功率串构成了三相系统。每个 级联功率串通过多RMC级联的方式形成三相系统的一相输出,实现了模块化多电平中压变 流器。通过本发明实施例的变流器,可以叠加输出很高的电压,并且还具有输出谐波少、模 块化程度高等特点。因此,可大大提高变流器的输出电压,降低输出电流,可大批量减少电 缆的使用,减小了传输损耗。
[0054] 本发明实施例的变流器,每个RMC作为一个一体化的功率单元,由多RMC级联形成 级联功率串,减少了电压变换过程中的能量转换级数和开关的数量,可大大提高了电能的 转换效率和可靠性。
[0055]图5示出了本发明实施例的相邻的两个RMC级联的结构示意图。由图5可以看出,相 邻的两个RMC 3210中,对于图中所示的下一个RMC 3210而言,其第一交流输出端子dl和与 其相邻的上一个RMC 3210的第二交流输出端子d2相连。而对于两个RMC 3210中的上一个 RMC 3210而言,其第二交流输出端子d2和与其相邻的下一个RMC 3210的第一交流输出端子 dl相连。
[0056] 本发明实施例的级联功率串321,每个RMC 3210作为各自级联功率串321中的一个 一体化的功率单元,通过多个功率单元级联的方式,明显提高了每个级联功率串321的输出 电压,进而提升了变流器320的电压输出,更好的满足风力发电机组容量变大的扩容需求, 与现有的通过多个低电压变流器并联来满足风力发电机组容量变量的方式相比,避免了多 变流器并联所引起的均流及环流等技术问题,提升了风力发电机组的可靠性。
[0057]图6示出了本发明实施例的相邻的两个RMC级联的详细电气结构示意图。由图6可 以看出,本发明实施例的每个RMC 3210为三相六桥臂结构,每个桥臂3211 (是上桥臂或下桥 臂)包括两个IGBT,两个IGBT的发射极即E端口连接,每相的上桥臂的一个集电极(g卩C端口) 与下桥臂的一个集电极连接,构成RMC 3210的一组三相输入端中的一相输入端。其中,三相 的上桥臂的另一个集电极相连接构成了RMC 3210的第一交流输出端子,三相的下桥臂的另 一个集电极相连接构成了RMC 3210的第二交流输出端子。
[0058] 可以看出,级联功率串321的每个功率单元即RMC 3210包括12个IGBT,共6组,每4 个IGBT形成一相全桥,每2个反向串联形成一个桥臂,12个IGBT形成RMC 3210的三相全桥结 构,每相全桥的上桥臂和下桥臂分别由两个反向串联的IGBT组成。
[0059] 例如,对于图6中所示的A相桥臂而言,RMC 3210的上桥臂的功率开关管由两个反 向串联的IGBT组成,上桥臂的功率开关管的第一个IGBT的E端口连接第二个IGBT的E端口, 下桥臂的功率开关管由两个反向串联的IGBT组成,功率开关管的第一个IGBT的E端口连接 第二IGBT的E端口,上桥臂的第二个IGBT的C端口与下桥臂的第一个IGBT的C端口相连接,即 上桥臂和下桥臂共集电极,形成RMC 3210的A相输入端。
[0060] 对于B相桥臂和C相桥臂的结构与A相桥臂相同。同时,三相桥臂上桥臂的功率开关 管的第一个IGBT的C端口相互连接起来,作为RMC 3210的第一交流输出端子,三相桥臂下桥 臂的功率开关管的第二个IGBT的C端口相互连接起来,作为RMC3210的第二交流输出端子。 [0061] 本发明实施例,RMC 3210作为级联功率串321的功率单元,能够实现功率电流的双 向流动,减少了输出电流中的谐波含量。
[0062]图7示出了本发明实施例中RMC 3210的一个桥臂中的电流双向流动路径的示意 图。如图7中的带箭头的虚线所示,当功率电流从功率开关管的上管流向下管时,触发第一 个IGBT (图7中所示的上方的IGBT)的驱动脉冲,则第一个IGBT开通,功率电流通过第一个 IGBT和与第二个IGBT (图7中所示的下方的IGBT)并联的二极管,形成电流回路。当功率电流 从功率开关管的下管流向上管时,触发第二个IGBT的驱动脉冲,则第二个IGBT开通,功率电 流通过第二个IGBT和与第一个IGBT并联的二极管,形成电流回路。
[0063] 本发明实施例的变流器,在应用于风力发电机组中时,如图8所示,每个RMC 3210 的一组三相输入端与直驱风力发电机310的一组三相输出端对应连接。
[0064]基于本发明实施例的变流器的风力发电机组,可以有效提高风力发电机组的输出 电压,减小电流输出,从而减少了所需电缆的数量,减小了风力发电机组的损耗,且由于能 量转换级数减少,可有效提高风力发电机组的能量转换效率和可靠性。
[0065]可继续参考图8,基于本发明实施例的变流器320,直驱风力发电机310为多绕组直 驱风力发电机,其包括转子和定子,定子上设置有3N个绕组,每三个绕组构成直驱风力发电 机310的一组三相输出端,直驱风力发电机310的N组三相输出端分别与每个级联功率串321 的N个RMC 3210的三相输入端对应连接。
[0066]可继续参考图8,变流器320的三相输出端可以与升压变压器330的低压端连接,通 过升压变压器330提升变流器320的输出电压。
[0067] 本发明实施例的变流器320实现了中压变流器,升压变压器330对应为中压升压变 压器,进一步提升了输出电压。
[0068]对于本领域技术人员来说清楚的是,1000V-35KV之间的电网称为中压电网。本发 明实施例的中压指的是即是1000V-35KV之间的电压。
[0069]基于图4至图7中所示的变流器,本发明实施例还提供了一种直驱风力发电机组。 图8示出了本发明实施例的一种直驱风力发电机组的结构示意图。如图8所示,直驱风力发 电机组3〇〇包括叶轮110、直驱风力发电机310、变流器320、升压变压器330和整流器340。其 中,变流器320为本发明上述任一实施例中的变流器。
[0070] 其中,直驱风力发电机310包括转子和定子,定子上设置有3N个绕组,每三个绕组 构成直驱风力发电机310的一组三相输出端,直驱风力发电机310的N组三相输出端分别与 变流器320的每个级联功率串321的N个RMC 3210的三相输入端对应连接,变流器320的三相 输出端与升压变压器330的低压端连接,升压变压器330的高压端与整流器340的输入端连 接,整流器340包括正极输出端和负极输出端。
[0071]本发明实施例的直驱风力发电机组,变流器的输出电压升高,可以通过升高电压 等级实现扩容,从而有效避免了均流和环流的问题。此外,直驱风力发电机和变流器可以都 安装于风力发电机组的塔顶部分,以减小发电机和变流器之间的传输距离,减少传输电缆 的使用量,从而减少风力发电机组的塔筒内的电缆,大大减小了风力发电机组的解缆压力。
[0072] 可以理解的是,直驱风力发电机和变流器都安装于风力发电机组的塔顶部分时, 直驱风力发电机和变流器的具体安装位置不受限定。例如,直驱风力发电机和变流器可以 集中设置于机舱内,直驱风力发电机和/或变流器也可以设置在机舱外。
[0073] 基于图S中所示的直驱风力发电机组300,本发明实施例还提供了一种直驱风力发 电机组的输电系统。如图9所示,该输电系统包括直流母线400和本发明实施例图8中所示的 直驱风力发电机组300。
[0074] 直流母线400包括正极直流母线410和负极直流母线420,直驱风力发电机组300的 整流器340的正极输出端与正极直流母线410连接,整流器340的负极输出端与负极直流母 线420连接。
[0075]本发明实施例的输电系统,实现了直流电压输出,因此直流母线只需要正极直流 母线和负极直流母线即可完成输电工作,大大降低了输电线路的造价成本,且直流输电相 对于交流输电来说,无需无功补偿,传输距离远,提升了输电距离,同时降低了输电线路的 造价,节约了成本。此外,直流输电相对于交流输电来说,直流母线电压可控性更好,能够解 决风速变化时所引起的电网电压波动的问题。
[0076]可继续参考图9,本发明实施例中,输电系统可以包括多个直驱风力发电机组300, 每个直驱风力发电机组300的整流器340的正极输出端连接于正极直流母线410,每个直驱 风力发电机组3〇〇的整流器340的负极输出端分别连接于负极直流母线420。
[0077]本发明实施例的输电系统,可以通过多个直驱风力发电机组并联提供输电系统的 发电量,实现系统的扩容,更好的满足实际供电需求。
[0078]本发明实施例中,整流器340可以为三相不控整流器,或者,整流器340为PWM可控 整流器。
[0079]本发明实施例中,整流器340可以为中压整流器。
[00S0]图10示出了本发明一实施例中的三相不控整流器的结构示意图。如图10所示,该 三相不控整流器为三相六桥臂结构,每个桥臂包括一个二极管功率串341,二极管功率串 341包括多个串联的二极管,且多个二极管的反向耐压值之和与直流母线400的电压值之差 大于第一设定值;每相的上桥臂的二极管功率串341与下桥臂的二极管功率串341串联。 [0081]可以理解的是,本发明实施例中每个二极管功率串341中所包括的二极管的数量M 是根据实际中所使用的每个二极管的耐压值与直流母线电压4〇〇的电压值确定的,需要保 证M个二极管的耐压值之和大于直流母线电压400的电压值,且具有一定的安全裕量,以防 止二极管被击穿。在二极管功率串341的数量为M时,如图10所示,整流器340中单相全桥的 二极管的数量则为观,三相全桥二极管的数量对应为6M。
[0082]图11示出了本发明一实施例中的三相PWM可控整流器的结构示意图。如图丨丨所示, 该三相PWM可控整流器为三相六桥臂结构,每个桥臂包括一个IGBT功率串342,IGBT功率串 342包括多个串联的IGBT,且多个IGBT的耐压值之和与直流母线的电压值之差大于第二设 定值;每相的上桥臂的IGBT功率串342与下桥臂的IGBT功率串342串联。
[0083]同样的,每个IGBT功率串342中所包括的IGBT的具体数量P也是需要根据实际所使 用的每个IGBT的耐压值与直流母线电压400的电压值确定的,需要保证p个二极管的耐压值 之和、P个IGBT的耐压值之和大于直流母线电压400的电压值,且具有一定的安全裕量,以防 止IGBT被击穿。如图11所示,单个IGBT功率串342中IGBT的数量为P时,三相PWM可控整流器 的单相全桥的IGBT的数量为2P,三相全桥IGBT的数量为6P。
[0084] 本发明实施例中,可以基于二极管功率串341或IGBT功率串342实现三相整流器, 通过确保二极管功率串341中所有二极管的反向耐压值之和大于直流母线400的电压值或 者确保IGBT功率串342大于直流母线400的电压值,保证了二极管不会被击穿,从而保障了 整流器340的正常工作。通过保证二极管功率串341或IGBT功率串342相对于直流母线400保 留一定的安全裕量,即二极管功率串341中所有二极管的反向耐压值之和与直流母线400的 电压值之差大于第一设定值,或者IGBT功率串341中所有IGBT的反向耐压值之和与直流母 线400的电压值之差大于第二设定值,避免了电压波动造成二极管或IGBT击穿现象的发生, 提高整流器340的安全可靠性。
[0085] 可以理解的是,上述第一设定值和第二设定值均为正数,第一设定值和第二设定 值是可以基于经验值和/或实际应用场景等各种因素进行设置的、且可以根据实际需要进 行调整。
[0086]以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组 合。当以硬件方式实现时,其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插 件、功能卡等等。当以软件方式实现时,本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代 码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中,或者通过载波中携带的数据信号在传 输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。 机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、R0M、闪存、可擦除ROM (EROM)、软 盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路,等等。代码段可以经由诸如因特网、内联 网等的计算机网络被下载。
[0087]需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实 体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存 在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要 素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备 所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括……”限定的要素,并不排除在包括 所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0088] 还需要说明的是,本发明中提及的示例性实施例,基于一系列的步骤或者装置描 述一些方法或系统。但是,本发明不局限于上述步骤的顺序,也就是说,可以按照实施例中 提及的顺序执行步骤,也可以不同于实施例中的顺序或者若干步骤同时执行。
[0089] 本发明可以以其他的具体形式实现,而不脱离其精神和本质特征。因此,当前的实 施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的,本发明的范围由所附权利要求而非上 述描述定义,并且,落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本 发明的范围之中。

Claims (11)

1.一种变流器,其特征在于,所述变流器(320)包括三个级联功率串(321),每个级联功 率串(321)包括N个精简矩阵变换器RMC (3210),N彡3; 每个RMC(3210)包括一组三相输入端、第一交流输出端子和第二交流输出端子,每个级 联功率串(321)中相邻两个RMC (3210)中的上一个RMC (3210)的第二交流输出端子与下一个 RMC的第一交流输出端子连接,每个级联功率串(321)的第一个RMC (3210)的第一交流输出 端子作为每个级联功率串C321)的第一输出端,每个级联功率串(Ml)的最后一个RMC (3210)的第二交流输出端子作为每个级联功率串(321)的第二输出端; 三个级联功率串(321)的第一输出端之间形成星点连接,三个级联功率串(321)的第二 输出端构成所述变流器(320)的三相输出端。
2. 根据权利要求1所述的变压器,其特征在于,每个RMC(3210)为三相六桥臂结构,每个 桥臂(3211)包括两个绝缘栅双极型晶体管IGBT,两个IGBT的发射极连接,每相的上桥臂的 一个集电极与下桥臂的一个集电极连接,构成RMC (3210)的一组三相输入端中的一相输入 端; 三相的上桥臂的另一个集电极相连接构成RMC (3210)的第一交流输出端子,三相的下 桥臂的另一个集电极相连接构成RMC(3210)的第二交流输出端子。
3. 根据权利要求1所述的变流器,其特征在于,每个RMC (3210)的一组三相输入端与直 驱风力发电机(310)的一组三相输出端对应连接。
4. 根据权利要求3所述的变流器,其特征在于,所述直驱风力发电机(310)包括转子和 定子,所述定子上设置有3N个绕组,每三个绕组构成所述直驱风力发电机(310)的一组三相 输出端,所述直驱风力发电机(310)的N组三相输出端分别与每个级联功率串(321)的N个 RMC (3210)的三相输入端对应连接。
5. 根据权利要求1所述的变流器,其特征在于,所述变流器(320)的三相输出端与升压 变压器(330)的低压端连接。
6.—种直驱风力发电机组,其特征在于,所述直驱风力发电机组(3〇〇)包括直驱风力发 电机(310)、权利要求1至5中任一项所述的变流器(320)、升压变压器(330)和整流器(340); 所述直驱风力发电机(310)包括转子和定子,所述定子上设置有3N个绕组,每三个绕组 构成所述直驱风力发电机(310)的一组三相输出端,所述直驱风力发电机(310)的N组三相 输出端分别与所述变流器(320)的每个级联功率串(321)的N个RMC (3210)的三相输入端对 应连接,所述变流器(320)的三相输出端与所述升压变压器(33〇)的低压端连接,所述升压 变压器(330)的高压端与所述整流器(340)的输入端连接,所述整流器C340)包括正极输出 端和负极输出端,3。
7. —种直驱风力发电机组输电系统,其特征在于,所述输电系统包括直流母线(4〇〇)和 权利要求6中所述的直驱风力发电机组(300); 所述直流母线(400)包括正极直流母线(410)和负极直流母线(420),所述直驱风力发 电机组(300)的整流器(340)的正极输出端与所述正极直流母线(410)连接,所述整流器 (340)的负极输出端与所述负极直流母线(420)连接。
8. 根据权利要求7所述的输电系统,其特征在于,所述输电系统包括多个所述直驱风力 发电机组(300),每个所述直驱风力发电机组(300)的所述整流器(340)的正极输出端连接 于所述正极直流母线(410),每个所述直驱风力发电机组(3〇〇)的所述整流器(34〇)的负极 输出端分别连接于所述负极直流母线(42〇)。 、 —
9. 根据权利要求7所述的输电系统,其特征在于,所述整流器(340)为三相不控整流器, 或者,所述整流器(340)为三相脉冲宽度调制PWM可控整流器二
10. 根据权利要求9所述的输电系统,其特征在于,所述三相不控整流器为三相六桥臂 结构,每个桥臂包括一个二极管功率串(34丨),所述二极管功率串(341)包括多个串联的二 极管,且多个二极管的反向耐压值之和与所述直流母线的电压值之差大于第一设定值; 每相的上桥臂的所述二极管功率串(3虹)与下桥臂的所述二极管功率串(341)串联。
11. 根据权利要求9所述的输电系统,其特征在于,所述三相PWM可控整流器为三相六桥 臂结构,每个桥臂包括一个IGBT功率串(34¾,所述IGBT功率串(¾2)包括多个串联的IGBT, 且多个IGBT的耐压值之和与所述直流母线的电压值之差大于第二设定值; 每相的上桥臂的所述IGBT功率串(342)与下桥臂的所述IGBT功率串(342)串联。
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