CN111614123A - 风电变流器的功率装置、风电变流器以及风力发电系统 - Google Patents

风电变流器的功率装置、风电变流器以及风力发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种风电变流器的功率装置、风电变流器以及风力发电系统，包括控制模块、相互独立设置且分别连接控制模块的各相电压的功率驱动模块，和分别连接对应功率驱动模块的第一IGBT模块和第二IGBT模块；控制模块，用于根据获取到的配电侧的发电频率输出对应的正弦脉宽调制信号至功率驱动模块；功率驱动模块，用于根据接收到对应的正弦脉宽调制信号控制第一IGBT模块和第二IGBT模块通断，和用于在判断接收到对应的正弦脉宽调制信号在相邻时刻的电平信号等幅值时，则向控制模块发送故障信息；控制模块，还用于在接收到故障信息时向各功率驱动模块发送停止驱动信号。本发明优化了风电变流器的功率装置。

Description

风电变流器的功率装置、风电变流器以及风力发电系统
技术领域
本发明涉及风电变流器技术领域，特别涉及一种风电变流器的功率装置、风电变流器以及风力发电系统。
背景技术
目前，风电变流器是风力电发电机组的核心部件之一。然而，传统技术中的风电变流器中的三相功率驱动模块之间导通时间有差异，且功能不够完善。因此，传统技术中的风电变流器的功率驱动模块布局不够合理，可靠性不高。
发明内容
本发明的目的在于针对传统技术的不足，提供了一种风电变流器的功率装置、风电变流器以及风力发电系统。
在一个实施例中，本发明提供了一种风电变流器的功率装置，包括控制模块、相互独立设置且分别连接控制模块的各相电压的功率驱动模块，和分别连接对应功率驱动模块的第一IGBT模块和第二IGBT模块；
第一IGBT模块和第二IGBT模块，用于连接至配电侧；
控制模块，用于根据获取到的配电侧的发电频率输出对应的正弦脉宽调制信号至功率驱动模块；
功率驱动模块，用于根据接收到对应的正弦脉宽调制信号控制第一IGBT模块和第二IGBT模块通断，以及用于在判断接收到对应的正弦脉宽调制信号在相邻时刻的电平信号等幅值时，则向控制模块发送故障信息；
控制模块，还用于在接收到故障信息时向各功率驱动模块发送停止驱动信号。
在其中一个实施例中，功率装置设于风电变流器的机侧组件时，配电侧为机侧组件所连接的发电机侧；发电频率为发电机侧的转子频率；控制模块为机侧控制器。
在其中一个实施例中，功率装置设于风电变流器的网侧组件时，配电侧为风电变流器网侧组件所连接的电网侧；发电频率为电网侧的电网频率；控制模块为网侧控制器。
在其中一个实施例中，第一IGBT模块和第二IGBT模块以功率驱动模块的中心线为准对称排列于中心线两侧，且分别连接至功率驱动模块的线束等长。
在其中一个实施例中，还包括连接控制模块并与功率驱动模块相互独立设置的信息采集模块，用于采集第一IGBT模块和第二IGBT模块的运行工况信息并传输给控制模块。
在其中一个实施例中，信息采集模块包括用于采集第一IGBT模块的第一温度传感器，和用于采集第二IGBT模块的第二温度传感器。
在其中一个实施例中，功率驱动模块和对应所连接的第一IGBT模块、第二IGBT模块相互独立设置。
在一个实施例中，本发明提供了一种风电变流器，风电变流器的机侧组件和网侧组件分别包括风电变流器的功率装置。
在其中一个实施例中，还包括连接在机侧组件和网侧组件之间的直流母线单元，用于将机侧组件的功率装置整流发电机侧的交流电得到的直流电，通过网侧组件的功率装置逆变成交流电至电网侧；或，用于将网侧组件的功率装置整流电网侧的交流电得到的直流电，通过机侧组件的功率装置逆变为交流电至发电机侧。
在一个实施例中，本发明还提供了一种风力发电系统，包括风电变流器。
本发明的风电变流器的功率装置、风电变流器以及风力发电系统，具有以下技术效果：
本发明的风电变流器的功率装置、风电变流器以及风力发电系统，包括控制模块、相互独立设置且分别连接控制模块的各相电压的功率驱动模块，和分别连接功率驱动模块的第一IGBT模块和第二IGBT模块。控制模块可根据配电侧的发电频率输出对应的正弦脉宽调制信号至功率驱动模块，进而各IGBT模块可通过功率驱动模块独立接收对应的正弦脉宽调制信号，能够在驱动各相电压的IGBT模块时达到较为同步的通断，减少驱动不同步造成的隐患。同时，功率驱动模块能够判断正弦脉宽调制信号是否异常，当存在异常时将故障信息反馈给控制模块。本发明各实施例能够有效防止信号异常引起的设备故障和安全事故。同时，本发明还提高了风电变流器的功率装置的智能化程度，以及抗干扰能力，进一步优化了风电变流器在风力发电过程中的作用，有助于使得发电机侧和电网侧稳定高效地进行电能输送。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本发明一个实施例中风电变流器的功率装置的结构示意图；
图2示出了本发明一个实施例中风电变流器的功率装置的另一结构示意图；
图3示出了本发明一个实施例中风电变流器的结构示意图；
图4示出了本发明一个实施例中风电变流器的另一结构示意图；
图5示出了本发明一个实施例中风力发电系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
参见图1，在一个实施例中，本发明提供了一种风电变流器的功率装置，包括控制模块110、相互独立设置且分别连接控制模块的各相电压的功率驱动模块120，和分别连接对应功率驱动模块120的第一IGBT模块130和第二IGBT模块140。
第一IGBT模块130和第二IGBT模块140，用于连接至配电侧150。
控制模块110，用于根据获取到的配电侧的发电频率输出对应的正弦脉宽调制信号至功率驱动模块120。
功率驱动模块120，用于根据接收到对应的正弦脉宽调制信号控制第一IGBT模块130和第二IGBT模块140通断，以及用于在判断接收到对应的正弦脉宽调制信号在相邻时刻的电平信号等幅值时，则向控制模块110发送故障信息。
控制模块110，还用于在接收到故障信息时向各功率驱动模块120发送停止驱动信号。
各相电压的功率驱动模块120包括U相的功率驱动模块、V相的功率驱动模块和W相的功率驱动模块。每一功率驱动模块120分别连接第一IGBT模块130和第二IGBT模块140，从而根据接收到的控制模块110发送的正弦脉宽调制信号驱动第一IGBT模块130和第二IGBT模块140导通或截止，以通过第一IGBT模块130和第二IGBT模块140如将风电变流器中的直流母线单元的直流电逆变为三相交流电输出至配电侧150，或将配电侧150的交流电整流为直流电输送至直流母线单元。具体地，控制模块110根据获取到的配电侧150的发电频率基于SPWM机制向功率驱动模块120输出对应的正弦脉宽调制信号，以通过功率驱动模块120轮流控制第一IGBT模块130和第二IGBT模块140导通或截止，实现将直流电逆变成三相交流电至配电侧150，或实现将配电侧150的交流电经PWM整流成直流电至直流母线单元。其中，功率驱动模块120和所连接的第一IGBT模块130和第二IGBT模块140可一体化集成于一电路板，或相互独立设置于不同的电路板上。其中，停止驱动信号是使得功率驱动模块129停止控制IGBT模块通断的指令信号。
本发明实施例各相电压的功率驱动模块120相互独立设置，从而可防止集成驱动板造成的电气干扰，同时第一IGBT模块130和第二IGBT模块140分别连接功率驱动模块120，进一步地防止IGBT模块串联导致通断时间有差异，造成安全隐患，以及影响系统的正常运行等情况。
进一步地，正弦脉宽调制信号在相邻时刻的电平信号等幅值时则表示驱动信号异常。此时，当正弦脉宽调制信号异常时，功率驱动模块120可向控制模块110发送故障信息，表示正弦脉宽调制信号异常，以使控制模块110向各功率驱动模块120发送停止驱动信号，以停止控制各第一IGBT模块130和第二IGBT模块140的通断。若正弦脉宽调制信号无异常则功率驱动模块120根据对应的正弦脉宽调制信号驱动第一IGBT模块130和第二IGBT模块140。
其中，本发明实施例的功率驱动模块120可采用数字驱动模块例如DSP(DigitalSignal Processing)驱动模块。DSP驱动模块可进行编程设置，内部可做滤波，适应复杂的EMC环境。从而实现硬件滤波和数字软件算法，保证信号的一致性和防止设备系统误动作等。
本发明的风电变流器的功率装置，包括控制模块110、相互独立设置且分别连接控制模块110的各相电压的功率驱动模块120，和分别连接功率驱动模块120的第一IGBT模块130和第二IGBT模块140。控制模块110可根据配电侧的发电频率输出对应的正弦脉宽调制信号至功率驱动模块120，进而各IGBT模块可通过功率驱动模块120独立接收对应的正弦脉宽调制信号，能够在驱动各相电压的IGBT模块时达到较为同步的通断，减少驱动不同步造成的隐患。同时，功率驱动模块120能够判断正弦脉宽调制信号是否异常，当存在异常时将故障信息反馈给控制模块110。本发明实施例能够有效防止信号异常引起的设备故障和安全事故。同时，本发明还提高了风电变流器的功率装置的智能化程度，以及抗干扰能力，进一步优化了风电变流器在风力发电过程中的作用，有助于使得发电机侧和电网侧稳定高效地进行电能输送。
在一个具体的实施例中，功率装置设于风电变流器的机侧组件时，配电为机侧组件所连接的发电机侧；发电频率为发电机侧的转子频率，控制模块为机侧控制器。
风电变流器包括机侧组件和网侧组件，本发明实施例的功率装置可设于风电变流器的机侧组件，此时配电侧为机侧组件所连接的发电机侧，控制模块为机侧控制器。由于发电机侧的发电功率是可变的，因而发电机侧的转子频率也随之可变。控制模块基于SPWM机制，根据获取到的发电机侧的转子频率得到对应频率的调制波，并根据该对应频率的调制波和预设频率的载波输出第一IGBT模块对应的正弦脉宽调制信号，和第二IGBT模块对应的正弦脉宽调制信号，以通过功率驱动模块分别控制第一IGBT模块和第二IGBT模块的通断。进而当机侧组件处于逆变状态时，可通过直流母线单元将网侧组件对电网侧的交流电整流后的直流电逆变为交流电输送给发电机侧，或当机侧组件处于整流状态时，可将发电机侧的交流电整流后的直流电通过直流母线单元输送给网侧组件进行逆变，实现直流电逆变为三相交流电，以及三相交流电经PWM整流为直流电的转换。
本发明实施例的风电变流器的功率装置，便于将机侧组件和网侧组件功能独立控制，减少信号干扰提高可靠性，有助于使得发电机侧和电网侧稳定高效地进行电能输送。
在一个具体的实施例中，功率装置设于风电变流器的网侧组件时，配电侧为风电变流器网侧组件所连接的电网侧；发电频率为电网侧的电网频率；控制模块为网侧控制器。
本发明实施例的功率装置可设于风电变流器的网侧组件，此时配电侧为网侧组件所连接的电网侧，控制模块为电网控制器。由于电网侧的电网频率是固定不变的，控制模块基于SPWM机制，根据获取到的电网频率得到对应频率的调制波，并根据该对应频率的调制波以及预设频率的载波输出第一IGBT模块对应的正弦脉宽调制信号，和第二IGBT模块对应的正弦脉宽调制信号，以通过功率驱动模块分别控制第一IGBT模块和第二IGBT模块的通断。从而当网侧组件处于逆变状态时，可通过直流母线单元将机侧组件对发电机侧的交流电整流后的直流电逆变为交流电输送给电网侧，或当网侧组件处于整流状态时，可将电网侧的交流电整流后的直流电通过直流母线单元输送给机侧组件进行逆变，实现直流电逆变为三相交流电，以及三相交流电经PWM整流为直流电的转换。
本发明实施例的风电变流器的功率装置，便于将机侧组件和网侧组件功能独立控制，减少信号干扰提高可靠性，有助于使得发电机侧和电网侧稳定高效地进行电能输送。
在一个具体的实施例中，第一IGBT模块和第二IGBT模块以功率驱动模块的中心线为准对称排列于中心线两侧，且分别连接至功率驱动模块的线束等长。
本发明实施例的风电变流器的功率装置，第一IGBT模块和第二IGBT模块对称排列于功率驱动模块中心线两侧，且连接功率驱动模块的驱动线束等长。从而可保证对应的正弦脉宽调制信号通过功率驱动模块较为一致传输至第一IGBT模块和第二IGBT模块，减少各相电压的IGBT模块的通断差异时间。从而能够在驱动各相电压的IGBT模块时达到较为同步的驱动导通，减少驱动不同步造成的隐患。
进一步地，第一IGBT模块和第二IGBT模块分别连接至功率驱动模块的线束可垂直于功率驱动模块，从而本发明实施例可减少回路电感，同时使得线束最短化。
参见图2，在一个具体的实施例中，还包括连接控制模块110并与功率驱动模块120相互独立设置的信息采集模块160，用于采集第一IGBT模块130和第二IGBT模块140的运行工况信息并传输给控制模块110。
第一IGBT模块130和第二IGBT模块140的运行工况信息包括温度信息和电压信息中的一种或组合。较优地，本发明实施例的运行工况信息为温度信息。信息采集模块160将采集到的第一IGBT模块130和第二IGBT模块140的例如温度信息传输给控制模块110。其中，信息采集模块160包括信息采集端口，用于连接采集IGBT模块的运行工况信息的检测模块，例如温度采集端口，用于连接采集IGBT模块的温度信息的温度传感器
本发明实施例的风电变流器的功率装置，信息采集模块160与功率驱动模块120相互独立设置，从而可防止信息采集模块160集成到功率驱动模块上因受高压回路影响导致输出的低压信号被干扰的问题发生。本发明实施例可使得信息采集模块160与功率驱动模块120物理隔离，提高了可靠性，使得硬件布局更加合理化。
参见图2，在一个具体的实施例中，信息采集模块160包括用于采集第一IGBT模块130的第一温度传感器，和用于采集第二IGBT模块140的第二温度传感器。
本发明实施例的风电变流器的功率装置，信息采集模块160具备六路独立的温度采集电路，第一温度传感器和第二温度传感器分别连接信息采集模块160。进而可通过第一温度传感器和第二温度传感器采集对应的IGBT模块的温度信息，并反馈给信息采集模块160。本发明实施例电路结构较为完善，有助于提高风电变流器的功率装置的可靠性。
进一步地，信息采集模块还包括用于采集直流母线单元的电压的电压采集端口，用于采集发电机定子电压的电压采集端口，用于采集发电机转子电压的电压采集端口，以及用于采集电网侧三相电压的电压采集端口。
本发明实施例的风电变流器的功率装置，信息采集模块与功率驱动模块相互独立设置，从而起到了物理隔离的作用，提高了抗干扰能力。有助于提高智能化程度，进一步优化风电变流器在风力发电过程中的作用。
在一个具体的实施例中，功率驱动模块和对应所连接的第一IGBT模块、第二IGBT模块相互独立设置。
本发明实施例的风电变流器的功率装置，第一IGBT模块、第二IGBT模块与功率驱动模块相互独立设置，可减少电气干扰，提高功率装置的可靠性，有助于使得发电机侧和电网侧稳定高效地进行电能输送。
参见图3，在一个实施例中，本发明还提供了一种风电变流器，风电变流器的机侧组件10和网侧组件20分别包括风电变流器的功率装置30。
需要说明的是，本发明实施例的风电变流器的功率装置30的限定说明可参照上文对风电变流器的功率装置的限定说明，在此不再赘述。
本发明实施例的风电变流器，机侧组件10和网侧组件20可对称排列，从而使得硬件布局上更加整齐合理化，进一步地可减少电气干扰，提高可靠性，有助于使得风力发电机组稳定发电。
参见图4，在一个具体的实施例中，还包括连接在机侧组件10和网侧组件20之间的直流母线单元40，用于将机侧组件10的功率装置整流发电机侧50的交流电得到的直流电，通过网侧组件20的功率装置逆变成交流电至电网侧60；或，用于将网侧组件20的功率装置整流电网侧60的交流电得到的直流电，通过机侧组件10的功率装置逆变为交流电至发电机侧50。
本发明实施例的风电变流器，直流母线单元40连接在机侧组件10和网侧组件20之间，具体连接在机侧组件10的功率装置的第一IGBT模块130和第二IGBT模块140，和网侧组件20的功率装置的第一IGBT模块130和第二IGBT模块140之间。进一步地，风电变流器的机侧组件10和网侧组件20分别具有逆变和整流的功能。
当机侧组件10处于逆变状态时，可通过直流母线单元40将网侧组件20对电网侧60的交流电整流后的直流电逆变为交流电输送给发电机侧50，或当机侧组件10处于整流状态时，将发电机侧50的交流电整流后的直流电通过直流母线单元40输送给网侧组件20进行逆变。当网侧组件20处于逆变状态时，通过直流母线单元40将机侧组件10对发电机侧50的交流电整流后的直流电逆变为交流电输送给电网侧60，或当网侧组件20处于整流状态时，将电网侧60的交流电整流后的直流电通过直流母线单元40输送给机侧组件10进行逆变。
本发明实施例的风电变流器，功能较为齐全，便于将机侧组件10和网侧组件20功能独立控制的同时，可节约能源降低能耗，有助于使得发电机侧50和电网侧60稳定高效地进行电能输送。
参见图4，机侧组件10中功率装置的控制模块为机侧控制器110a，网侧组件20中功率装置的控制模块为网侧控制器110b。
参见图5，在一个实施例中，本发明还提供了一种风力发电系统，包括风电变流器510。
需要说明的是，本发明实施例的风电变流器510的限定说明可参照上文对风电变流器的限定说明，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电变流器的功率装置，其特征在于，包括控制模块、相互独立设置且分别连接所述控制模块的各相电压的功率驱动模块，和分别连接对应所述功率驱动模块的第一IGBT模块和第二IGBT模块；
所述第一IGBT模块和所述第二IGBT模块，用于连接至配电侧；
所述控制模块，用于根据获取到的所述配电侧的发电频率输出对应的正弦脉宽调制信号至所述功率驱动模块；
所述功率驱动模块，用于根据接收到对应的所述正弦脉宽调制信号控制所述第一IGBT模块和所述第二IGBT模块通断，以及用于在判断接收到对应的所述正弦脉宽调制信号在相邻时刻的电平信号等幅值时，则向所述控制模块发送故障信息；
所述控制模块，还用于在接收到所述故障信息时向各所述功率驱动模块发送停止驱动信号。
2.根据权利要求1所述的风电变流器的功率装置，其特征在于，所述功率装置设于所述风电变流器的机侧组件时，所述配电侧为所述机侧组件所连接的发电机侧；所述发电频率为发电机侧的转子频率；所述控制模块为机侧控制器。
3.根据权利要求1所述的风电变流器的功率装置，其特征在于，所述功率装置设于所述风电变流器的网侧组件时，所述配电侧为风电变流器网侧组件所连接的电网侧；所述发电频率为电网侧的电网频率；所述控制模块为网侧控制器。
4.根据权利要求1所述的风电变流器的功率装置，其特征在于，所述第一IGBT模块和所述第二IGBT模块以所述功率驱动模块的中心线为准对称排列于所述中心线两侧，且分别连接至所述功率驱动模块的线束等长。
5.根据权利要求1所述的风电变流器的功率装置，其特征在于，还包括连接所述控制模块并与所述功率驱动模块相互独立设置的信息采集模块，用于采集所述第一IGBT模块和所述第二IGBT模块的运行工况信息并传输给所述控制模块。
6.根据权利要求5所述的风电变流器的功率装置，其特征在于，所述信息采集模块包括用于采集所述第一IGBT模块的第一温度传感器，和用于采集所述第二IGBT模块的第二温度传感器。
7.根据权利要求1所述的风电变流器的功率装置，其特征在于，所述功率驱动模块和对应所连接的所述第一IGBT模块、所述第二IGBT模块相互独立设置。
8.一种风电变流器，其特征在于，风电变流器的机侧组件和网侧组件分别包括权利要求1至7任意一项所述的风电变流器的功率装置。
9.根据权利要求8所述的风电变流器，其特征在于，还包括连接在所述机侧组件和所述网侧组件之间的直流母线单元，用于将所述机侧组件的功率装置整流发电机侧的交流电得到的直流电，通过所述网侧组件的功率装置逆变成交流电至电网侧；或，用于将所述网侧组件的功率装置整流所述电网侧的交流电得到的直流电，通过所述机侧组件的功率装置逆变为交流电至所述发电机侧。
10.一种风力发电系统，其特征在于，包括权利要求8或9任意一项所述的风电变流器。
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