CN112701717A - 风电变流器装置 - Google Patents

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Abstract

一种风电变流器装置，包含：多个网侧变流器、多个机侧变流器以及直流母线模块。网侧变流器设置于风电系统的塔下，且各包含电性耦接于电网的网侧输出端口与第一及一第二直流输入端口，且任意两个相邻的网侧变流器分别包含的第二与第一直流输入端口相串联。机侧变流器设置于风电系统的塔上，且各包含电性耦接于发电机装置的机侧输入端口与第一及第二直流输出端口，且任意两个相邻的机侧变流器分别包含的第二及第一直流输出端口相串联。直流母线模块包含多个直流母线，电性耦接于网侧变流器及机侧变流器间。其中多个直流母线包含正、负直流母线及至少一中间直流母线，其中中间直流母线导体的横截面面积小于正或负直流母线导体的横截面面积的30％。

Description

风电变流器装置
技术领域
本发明涉及一种电力技术，且特别涉及一种风电变流器装置。
背景技术
随着可再生能源的不断发展，风电变流器作为风力发电装置的核心部分，也不断作为技术人员改进的重点。在电驱动变频器和发电用变流器的领域，可能会根据系统容量的增加而使用多个变流器。然而，使用多个变流器常需多个长距离的直流母线进行电压的传输，如在直流传输能量部分的成本无法下降，将无法提升整体变流器的效能。另外，当电机和发电机距离较远，亦即，发电机侧的变流器与电机侧的变流器较远的情况下，也会使用多个变流器常需多个长距离的直流母线进行电压的传输，如在直流传输能量部分的成本无法下降，将无法提升整体变流器的效能。再者，由于风力发电装置的使用寿命通常设计为较久，例如二十年，因此若无法提升风力发电的装置内的每一变流器的可靠性，将使得风力发电装置可能常故障而需经常停机进行维修，导致无法降低发电生产成本。另外风力发电装置在使用多个变流器的情况下，若有任一变流器发生故障，则可能导致风力发电装置的发电量不足，使得风力发电装置的稳定性不佳。
因此，如何设计一个新的风电变流器装置，以解决上述的问题，乃为此一业界亟待解决的问题。
发明内容
因此，本发明的一方面是在于提供一种风电变流器装置，包含：多个网侧变流器、多个机侧变流器以及直流母线模块。网侧变流器设置于风电系统的塔下，且各包含电性耦接于电网的多个网侧输出端口、第一直流输入端口以及第二直流输入端口，且任意两个相邻的网侧变流器其中一者的第二直流输入端口与另一者的第一直流输入端口相串联。机侧变流器设置于风电系统的塔上，且各包含电性耦接于发电机装置的机侧输入端口、第一直流输出端口以及第二直流输出端口，且任意两个相邻的机侧变流器其中一者的第二直流输出端口与另一者的第一直流输出端口相串联。直流母线模块包含多个直流母线，电性耦接于网侧变流器及机侧变流器之间。其中多个该直流母线包含正直流母线、负直流母线及介于正直流母线和负直流母线之间的至少一中间直流母线，其中至少一中间直流母线导体的横截面面积小于正直流母线导体或负直流母线导体的横截面面积的30％。
可选地，所述网侧变流器和所述机侧变流器的个数均为n，n≥2；其中第1网侧变流器的第一直流输入端口与第1机侧变流器的第一直流输出端口之间通过正直流母线电性耦接；第n网侧变流器的第二直流输入端口与第n机侧变流器的该第二直流输出端口之间通过负直流母线电性耦接；以及第n-1网侧变流器的第二直流输入端口与第n-1机侧变流器的第二直流输出端口之间均通过中间直流母线电性耦接。
可选地，所述网侧变流器的个数为n以及所述机侧变流器的个数为2n，且所述网侧变流器还包含第一直流中点，其中n≥1；第1网侧变流器的第一直流输入端与第1机侧变流器的第一直流输出端之间通过正直流母线电性耦接；第n网侧变流器的第二直流输入端口与第2n机侧变流器的第二直流输出端口之间通过负直流母线电性耦接；以及第n网侧变流器的第一直流中点与第2n机侧变流器的第一直流输出端口之间，第n-1网侧变流器的第二直流输入端口与第2n-1机侧变流器的第一直流输出端口之间通过中间直流母线电性耦接。
可选地，所述网侧变流器的个数为2n以及所述机侧变流器的个数为n，且所述机侧变流器还包含第二直流中点，其中n≥1；其中，第1网侧变流器的第一直流输入端与第1机侧变流器的第一直流输出端之间通过正直流母线电性耦接；第2n网侧变流器的第二直流输入端口与第n机侧变流器的第二直流输出端口之间通过负直流母线电性耦接；以及第2n网侧变流器的第一直流输入端口与第n机侧变流器的第二直流中点之间，第2n-1网侧变流器的第一直流输入端口与第n机侧变流器的第二直流输出端口之间均通过中间直流母线电性耦接。
本发明的另一方面在于提供一种风电变流器装置，包含：多个网侧变流器、多个机侧变流器、直流母线模块及至少一被动电路保护元件。多个网侧变流器设置于风电系统的塔下，且各包含电性耦接于电网的多个网侧输出端口、第一直流输入端口以及第二直流输入端口，且任意两个相邻的所述网侧变流器其中一者的第二直流输入端口与另一者的第一直流输入端口相串联。多个机侧变流器设置于风电系统的塔上，且各包含电性耦接于发电机装置的机侧输入端口、第一直流输出端口以及第二直流输出端口，且任意两个相邻的所述机侧变流器其中一者的第二直流输出端口与另一者的第一直流输出端口相串联；直流母线模块，包含多个直流母线，电性耦接于所述网侧变流器及所述机侧变流器之间。被动电路保护元件设置于由对应的网侧变流器、对应的机侧变流器和直流母线模块所建立且位于电网及发电机装置之间的至少一电能传输路径中，其中电网及发电机装置之间通过电能传输路径而进行电能的传输，且被动电路保护元件具有预设电流值，当被动电路保护元件所对应设置的电能传输路径上的电流超过该被动电路保护元件的预设电流值时，被动电路保护元件为断路状态。
可选地，被动电路保护元件为熔丝。
可选地，被动电路保护元件设置于对应的直流母线上、或设置于对应的网侧变流器的至少一网侧输出端口与电网的连接线上，或设置于对应的机侧变流器的至少一机侧输出端口与发电机装置的连接线上。
本发明的又一方面在于提供一种风电变流器装置，包含：多个网侧变流器、多个机侧变流器、直流母线模块、至少一主动电路保护元件及至少一检测电路。多个网侧变流器设置于风电系统的塔下，且各包含电性耦接于电网的多个网侧输出端口、第一直流输入端口以及第二直流输入端口，且任意两个相邻的所述网侧变流器其中一者的第二直流输入端口与另一者的第一直流输入端口相串联。多个机侧变流器设置于风电系统的塔上，且各包含电性耦接于发电机装置的机侧输入端口、第一直流输出端口以及第二直流输出端口，且任意两个相邻的所述机侧变流器其中一者的第二直流输出端口与另一者的第一直流输出端口相串联。直流母线模块包含多个直流母线，电性耦接于所述网侧变流器及所述机侧变流器之间。主动电路保护元件设置于由对应的网侧变流器、对应的机侧变流器和直流母线模块所建立且位于电网及发电机装置之间的至少一电能传输路径中，其中电网及发电机装置之间通过电能传输路径而进行电能的传输。检测电路设置于对应的电能传输路径中，检测电路用以检测对应的电能传输路径上的电能是否发生异常，并于检测到发生异常时，输出对应的异常信号，使对应的电能传输路径上的主动电路保护元件根据异常信号而切换为断路状态。
可选地，主动电路保护元件为继电器或开关元件，该检测电路为电流传感器。
可选地，主动电路保护元件设置于对应的直流母线，或设置于对应的网侧变流器的至少一网侧输出端口与电网的连接线上，或设置于对应的机侧变流器的至少一机侧输出端口与发电机装置的连接线上。
可选地，检测电路设置于对应的直流母线上，或设置于对应的网侧变流器的至少一网侧输出端口与电网的连接线上，或设置于对应的机侧变流器的至少一机侧输出端口与发电机装置的连接线上。
本发明的再一方面是在于提供一种风电变流器装置，包含：多个网侧变流器、多个机侧变流器以及直流母线模块。多个网侧变流器设置于风电系统的塔下，且各包含电性耦接于电网的多个网侧输出端口、第一直流输入端口以及第二直流输入端口，且任意两个相邻的所述网侧变流器其中一者的第二直流输入端口与另一者的第一直流输入端口相串联；多个机侧变流器设置于风电系统的塔上，且各包含电性耦接于发电机装置的机侧输入端口、第一直流输出端口以及第二直流输出端口，且任意两个相邻的所述机侧变流器其中一者的第二直流输出端口与另一者的第一直流输出端口相串联。直流母线模块包含多个直流母线，电性耦接于所述网侧变流器及所述机侧变流器之间。以及多个机侧控制模块，多个机侧控制模块相互通信，且分别控制对应的机侧变流器运行，其中每一机侧控制模块预设有保护条件，当机侧控制模块所对应的机侧变流器及/或与对应的机侧变流器电性偶接的网侧变流器的运行情况到达保护条件时，机侧控制模块停止输出三相电压控制信号，以停止对应的机侧变流器运行。
可选地，当任一机侧控制模块停止输出三相电压控制信号时，其它正常运行的机侧控制模块更驱动对应的机侧变流器共同分担停止输出三相电压控制信号的机侧变流器所需的运行。
可选地，所述机侧控制模块更用以接收并根据对应所述机侧变流器的该机侧输入端口的三相输入电流量和第二轴向通用给定电流分量，产生三相电压控制信号控制对应的些机侧变流器运行。
可选地，所述机侧控制模块各包含：电流提取单元，用以提取三相输入电流量；第一转换单元，用以将三相输入电流量转换为第一轴向电流分量与第二轴向电流分量；第一计算单元，用以根据第一轴向电流分量与第一轴向独立给定电流分量计算产生第一轴向差值；第二计算单元，用以根据第二轴向电流分量与第二轴向通用给定电流分量计算产生第二轴向差值；第一电流控制单元，根据第一轴向差值产生第一轴向电压控制信号；第二电流控制单元，根据第二轴向差值产生第二轴向电压控制信号；以及第二转换单元，将第一轴向电压控制信号以及第二轴向电压控制信号转换为三相电压控制信号。
可选地，第一转换单元包含d轴与q轴的dq旋转坐标，第一轴向电流分量对应于d轴上的无功电流分量，第二轴向电流分量对应于q轴上的有功电流分量。
可选地，在前述所述风电变流器装置中，所述网侧变流器和所述机侧变流器的个数均为n，n≥2；并且所述直流母线包括正直流母线、负直流母线和介于该正直流母线和负直流母线支架的至少一中间直流母线；其中第1网侧变流器的第一直流输入端口与第1机侧变流器的第一直流输出端口之间通过正直流母线电性耦接；第n网侧变流器的第二直流输入端口与第n机侧变流器的第二直流输出端口之间通过负直流母线电性耦接；以及第n-1网侧变流器的第二直流输入端口与第n-1机侧变流器的第二直流输出端口之间均通过中间直流母线电性耦接。
可选地，在前述所述风电变流器装置中，还包含多个机侧控制模块，各所述机侧控制模块用以接收并根据对应所述机侧变流器的该机侧输入端口的三相输入电流量和第二轴向通用给定电流分量，产生三相电压控制信号控制对应的所述机侧变流器运行。
可选地，所述机侧控制模块各包含：电流提取单元，用以提取三相输入电流量；第一转换单元，用以将三相输入电流量转换为第一轴向电流分量与第二轴向电流分量；第一计算单元，用以根据第一轴向电流分量与第一轴向独立给定电流分量计算产生第一轴向差值；第二计算单元，用以根据第二轴向电流分量与第二轴向通用给定电流分量计算产生第二轴向差值；第一电流控制单元，根据第一轴向差值产生第一轴向电压控制信号；第二电流控制单元，根据第二轴向差值产生第二轴向电压控制信号；以及第二转换单元，将第一轴向电压控制信号以及第二轴向电压控制信号转换为三相电压控制信号。
可选地，第一转换单元包含d轴与q轴的dq旋转坐标，第一轴向电流分量对应于d轴上的无功电流分量，第二轴向电流分量对应于q轴上的有功电流分量。
可选地，在前述所述风电变流器装置中，直流母线模块包括多个第一母线电容组和多个第二母线电容组，其中所述第一母线电容组与所述网侧变流器一一对应，每一第一母线电容组并联连接于对应的网侧变流器的第一直流输入端口及第二直流输入端口之间；所述第二母线电容组与所述机侧变流器一一对应，每一第二母线电容组并联连接于对应的机侧变流器的第一直流输出端口及第二直流输出端口之间。
可选地，在前述所述风电变流器装置中，发电机装置包含多组绕组，每一组多组绕组电性耦接于对应的机侧变流器的该机侧输入端口。
可选地，所述机侧变流器为两电平变流器，所述网侧变流器为两电平变流器；或者所述机侧变流器为三电平变流器，所述网侧变流器为三电平变流器。
可选地，风电变流器装置还包含多个斩波电路，所述机侧变流器的第一直流输出端口和第二直流输出端口之间均并联连接斩波电路。
可选地，所述机侧控制模块包括主机侧控制模块和至少一从机侧控制模块，主机侧控制模块分别输出第二轴向通用给定电流分量至至少一从机侧控制模块。
可选地，所述机侧控制模块包括主机侧控制模块和至少一从机侧控制模块，该主机侧控制模块产生并分别输出第二轴向通用给定电流分量至至少一从机侧控制模块。
可选地，所述网侧变流器的个数为n以及所述机侧变流器的个数为2n，且所述网侧变流器还包含第一直流中点，其中n≥1；并且所述直流母线包括正直流母线、负直流母线和介于正直流母线和负直流母线支架的至少一中间直流母线；其中，第1网侧变流器的第一直流输入端与第1机侧变流器的第一直流输出端之间通过正直流母线电性耦接；第n网侧变流器的第二直流输入端口与第2n机侧变流器的第二直流输出端口之间通过负直流母线电性耦接；以及第n网侧变流器的第一直流中点与第2n机侧变流器的第一直流输出端口之间，第n-1网侧变流器的第二直流输入端口与第2n-1机侧变流器的第一直流输出端口之间通过中间直流母线电性耦接。
可选地，所述网侧变流器的个数为2n以及所述机侧变流器的个数为n，且所述机侧变流器还包含第二直流中点，其中n≥1；并且所述直流母线包括正直流母线、负直流母线和介于正直流母线和负直流母线支架的至少一中间直流母线；其中，第1网侧变流器的第一直流输入端与第1该机侧变流器的第一直流输出端之间通过正直流母线电性耦接；第2n网侧变流器的第二直流输入端口与第n机侧变流器的第二直流输出端口之间通过负直流母线电性耦接；以及第2n网侧变流器的第一直流输入端口与第n机侧变流器的该第二直流中点之间，第2n-1网侧变流器的第一直流输入端口与第n机侧变流器的该第二直流输出端口之间均通过中间直流母线电性耦接。
应用本发明的优点在于风电变流器装置可通过电性耦接任意两个相邻的网侧变流器间的第一直流输入端口及第二直流输入端口将网侧变流器的直流侧串联连接起来，以及电性耦接任意两个相邻的机侧变流器间的第一直流输出端口及第二直流输出端口将机侧变流器的直流侧串联连接，而轻易地达到上述目的。在其他风电变流器装置中，多个直流母线中包括正直流母线、负直流母线以及介于正直流母线和负直流母线之间的至少一中间直流母线，可通过中间直流母线导体的横截面面积小于正直流母线导体的横截面面积的30％；或者通过中间直流母线导体的横截面面积小于负直流母线导体的横截面的30％，从而更轻易地达到上述目的。在其他风电变流器装置中，可通过正直流母线、负直流母线或中间直流母线可包含部分或全部铜排，或是包含部分或全部铝排，而轻易地达到上述目的。在其他风电变流器装置中，可通过多个机侧控制模块相互通信，且分别预设有保护条件，当机侧控制模块所对应的机侧变流器及/或与对应的机侧变流器电性偶接的该网侧变流器的运行情况到达保护条件时，机侧控制模块停止输出三相电压控制信号，以使对应的机侧变流器停止运行，而轻易地达到上述目的。在其他风电变流器装置中，可通过被动电路保护元件的设置，而轻易地达到上述目的。在其他风电变流器装置中，可通过主动电路保护元件及检测电路的设置，而轻易地达到上述目的。
附图说明
图1为本发明第一实施例中，一种风电变流器装置的电路图；
图2为本发明第二实施例中，一种风电变流器装置的电路图；
图3为本发明第三实施例中，一种风电变流器装置的电路图：
图4为本发明第四实施例中，一种风电变流器装置的电路图：
图5为本发明第五实施例中，一种风电变流器装置的电路图：
图6为本发明第六实施例中，一种风电变流器装置的电路图：
图7为本发明一实施例中，机侧控制模块的方框图：
图8为本发明第七实施例中，一种风电变流器装置的电路图；
图9为本发明第八实施例中，一种风电变流器装置的电路图；
图10为本发明第九实施例中，一种风电变流器装置的电路图；
图11为本发明第十实施例中，一种风电变流器装置的电路图；
图12为本发明第十一实施例中，一种风电变流器装置的电路图。
其中，附图标记说明如下：
1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11：风电变流器装置
10A-10C：网侧变流器
11A、11B：机侧控制模块
12A-12C：机侧变流器
13A-13C：斩波电路
16：电网
160：变压器
18：发电机装置
41A-41C：机侧控制模块
400、402、404、406：直流母线
500：电流提取单元
502：第一转换单元
504：第一计算单元
506：第二计算单元
508：第一电流控制单元
510：第二电流控制单元
512：第二转换单元
6：风电变流器装置
7：风电变流器装置
8：风电变流器装置
80A：网侧变流器
81A-81B：机侧控制模块
82A-82B：机侧变流器
83A-83B：斩波电路
9：风电变流器装置
90A-90B：网侧变流器
92A：机侧变流器
93A-93B：斩波电路
10：风电变流器装置
100A-100B：网侧变流器
101A-101D：机侧控制模块
102A-102D：机侧变流器
103A-103D：斩波电路
1000-1004：直流母线
110A-110D：网侧变流器
1100-1104：直流母线
11：风电变流器装置
110A-110D：网侧变流器
111A-111B：机侧控制模块
112A-112B：机侧变流器
113A-113D：斩波电路
17A-17D、17E、17F：被动电路保护元件
17G-17J：主动电路保护元件
19A-19D、19E、19F：检测电路
具体实施方式
请参照图1。图1为本发明第一实施例中，一种风电变流器装置1的电路图。风电变流器装置1包含：网侧变流器10A-10C、机侧变流器12A-12C以及直流母线模块，网侧变流器与机侧变流器分别设置于风电系统的塔下与塔上部分，其中机侧变流器12A-12C设置于风电系统的塔架顶部的机舱内，网侧变流器10A-10C设置于塔架的底部或者塔架的外部，可降低塔上部分与塔下部分之间传送信号所需的电缆成本，而且还可均衡塔上的承重负荷。
于一实施例中，多个网侧变流器，设置于一风电系统的塔下，且各包含电性耦接于一电网的多个网侧输出端口、一第一直流输入端口以及一第二直流输入端口，且任意两个相邻的所述网侧变流器其中一者的该第二直流输入端口与另一者的该第一直流输入端口相串联；多个机侧变流器，设置于该风电系统的塔上，且各包含电性耦接于一发电机装置的机侧输入端口、一第一直流输出端口以及一第二直流输出端口，且任意两个相邻的所述机侧变流器其中一者的该第二直流输出端口与另一者的该第一直流输出端口相串联，以及一直流母线模块，包括多个直流母线，电性耦接于所述网侧变流器及所述机侧变流器之间；其中，所述直流母线其中至少一者包含部分或全部铜排，或是包含部分或全部铝排。
所述网侧变流器和所述机侧变流器的个数均为n，n≥2；并且所述直流母线包括正直流母线、负直流母线和介于正直流母线和负直流母线之间的至少一中间直流母线；其中第1该网侧变流器的该第一直流输入端口与该第1机侧变流器的该第一直流输出端口之间通过该正直流母线电性耦接；第n该网侧变流器的该第二直流输入端口与第n该机侧变流器的该第二直流输出端口之间通过该负直流母线电性耦接；以及第n-1该网侧变流器的该第二直流输入端口与第n-1该机侧变流器的该第二直流输出端口之间均通过该中间直流母线电性耦接。
于一实施例中，网侧变流器10A-10C可包含相同的元件。以网侧变流器10A为例，于本实施例中网侧变流器为两电平变流器，并具有电性耦接于电网16的多个网侧输出端口(例如3个网侧输出端口)N1-N3、第一直流输入端口IN1以及第二直流输入端口IN2。于一实施例中，网侧输出端口N1-N3通过变压器160电性耦接于电网16。
网侧变流器10A-10C中任意两个相邻的网侧变流器其中一者的第一直流输入端口IN1与另一者的第二直流输入端口IN2相串联。以网侧变流器10A、10B和10C为例，网侧变流器10A的第二直流输入端口IN2与网侧变流器10B的第一直流输入端口IN1相串联，网侧变流器10B的第二直流输入端口IN2与网侧变流器10C的第一直流输入端口IN1相串联。
于一实施例中，机侧变流器12A-12C的数目与网侧变流器10A-10C的数目相等，并且机侧变流器12A-12C可包含相同的元件。以机侧变流器12A为例，于本实施例中机侧变流器为两电平变流器，并具有电性耦接于发电机装置18的机侧输入端口(例如3个机侧输入端)O1-O3、第一直流输出端口OUT1以及第二直流输出端口OUT2。于一实施例中，发电机装置18为多组绕组的永磁同步发电机装置、电励磁同步发电机装置或感应发电机装置，并且发电机装置18包含多组绕组，其中每一组绕组对应一个机侧变流器，并且每组绕组包含3个绕组(图中未示出)，每一组绕组的3个绕组电性耦接于对应的机侧变流器的多个机侧输入端O1-O3。以机侧变流器12A为例，于本实施例中，发电机装置18中的一组绕组的3个绕组分别电性耦接于对应的机侧变流器12A的3个机侧输入端O1-O3。于一实施例中，机侧变流器可以通过电感或电容等滤波电路(图中未示出)耦接于发电机装置。
机侧变流器12A-12C中任意两个相邻的机侧变流器通过第一直流输出端口OUT1以及第二直流输出端口OUT2相串联。以机侧变流器12A、12B和12C为例，机侧变流器12A的第二直流输出端口OUT2与机侧变流器12B的第一直流输出端口OUT1相串联，机侧变流器12B的第二直流输出端口OUT2与机侧变流器12C的第一直流输出端口OUT1相串联。
直流母线模块包含直流母线400、402、404及406。其中，直流母线400电性耦接于网侧变流器10A的第一直流输入端口IN1与机侧变流器12A的第一直流输出端口OUT1，该直流母线400为正直流母线，用以传导正直流电。直流母线402电性耦接于网侧变流器10A的第二直流输入端口IN2与机侧变流器12A的第二直流输出端口OUT2(相当于网侧变流器10B的第一直流输入端口IN1与机侧变流器12B的第一直流输出端口OUT1)。直流母线404电性耦接于网侧变流器10B的第二直流输入端口IN2与机侧变流器12B的第二直流输出端口OUT2(相当于网侧变流器10C的第一直流输入端口IN1与机侧变流器12C的第一直流输出端口OUT1)，该直流母线402及404为中间直流母线。直流母线406电性耦接于网侧变流器10C的第二直流输入端口IN2与机侧变流器12C的第二直流输出端口OUT2，该直流母线406为负直流母线，用以传导负直流电。其中中间直流母线导体的横截面面积可小于正直流母线导体的横截面面积的30％；或者中间直流母线导体的横截面面积可小于负直流母线导体的横截面面积的30％。
于一实施例中，直流母线模块还包含母线电容组C1-C6，分别并联连接于各网侧变流器10A-10C的第一直流输入端口IN1与第二直流输入端口IN2之间，以及各机侧变流器12A-12C的第一直流输出端口OUT1与该第二直流输出端口OUT2之间，以提供这些端口的电压的支撑作用，其中母线电容组C1-C6包括一个电容元件，或者多个相互串联的电容元件。
于一实施例中，风电变流器装置1还包含斩波电路13A、13B和13C，斩波电路13A-13C分别并联连接于机侧变流器12A-12C的第一直流输出端口OUT1及该第二直流输出端口OUT2之间，用以对机侧变流器12A-12C进行均压保护。以斩波电路13A为例，斩波电路13A包括可控型功率半导体开关、电阻以及两个二极管；可控型功率半导体开关的集电极连接于一个二极管的阴极和机侧变流器12A的第一直流输出端口OUT1，可控型功率半导体开关的发射极电性连接于该二极管的阳极；电阻的一端连接于可控型功率半导体开关的发射极，电阻的另一端连接于机侧变流器12A的第二直流输出端口OUT2和另一二极管并联连接于电阻的两端。于其他实施例中，风电变流器装置1还包含斩波电路分别并联连接于各网侧变流器的第一直流输入端口及第二直流输入端口之间，以及并联连接于各机侧变流器的第一直流输出端口及该第二直流输出端口之间，用以对机侧变流器和网侧变流器进行均压保护。
因此，本发明的风电变流器装置1可通过电性耦接任意两个相邻的网侧变流器10A-10C间的第一直流输入端口IN1及第二直流输入端口IN2将网侧变流器10A-10C串联，以及电性耦接任两个相邻的机侧变流器12A-12C间的第一直流输出端口OUT1及第二直流输出端口OUT2将机侧变流器12A-12C串联。
进一步地，。采用机侧变流器串联耦接和网侧变流器串联耦接的结构，使正直流母线与负直流母线之间的直流电压的大小可由串联的网侧变流器和机侧变流器的数目来调整，使得风电变流器装置1的设计更加灵活，且中间直流母线导体的横截面面积更小于正直流母线导体的横截面面积的30％，中间直流母线导体的横截面面积更小于负直流母线导体的横截面面积的30％，在本实施例中，正直流母线导体的横截面面积与负直流母线导体的横截面面积相同，进而使得网侧变流器10A-10C与机侧变流器12A-12C间的直流母线的成本可大幅下降。
另外，于一些实施例中，连接风力系统的塔上的机侧变流器12A-12C与塔下的网侧变流器10A-10C之间的直流母线400、402、404及406中至少一者可包含部分或全部铜排，或是包含部分或全部铝排，例如直流母线400包含铜排或铝排，其他的直流母线402、404以及406为线缆；或者直流母线400、402、404以及406均包含铜排或铝排借此让直流母线的成本可进一步下降。
以下将就机侧变流器12A-12C的控制方式进行更详细的说明。
风电变流器装置1还包含多个机侧控制模块，所述机侧控制模块与所述机侧变流器一一对应，所述机侧控制模块用以接收并根据对应的该机侧变流器的该机侧输入端口的一三相输入电流量和一第二轴向通用给定电流分量，产生一三相电压控制信号控制对应的该机侧变流器运行。
在本实施例中，风电变流器装置1还包含机侧控制模块41A-41C，机侧控制模块41A用以控制机侧变流器12A，机侧控制模块41B用以控制机侧变流器12B，机侧控制模块41C用以控制机侧变流器12C。机侧控制模块41A-41C用以根据对应机侧变流器12A-12C的机侧输入端口O1-O3的三相输入电流量I1-I3和第二轴向通用给定电流分量iq_norm*，产生三相电压控制信号V1-V3控制对应的机侧变流器12A-12C的运行。于一实施例中，所述机侧控制模块包括主机侧控制模块和至少一从机侧控制模块。于一实施例中，机侧控制模块41A-41C可具有相同的架构，选择其中一个机侧控制模块定义为主机侧控制模块，其他的定义为从机侧控制模块，以下将以机侧控制模块41A定义为主机侧控制模块为范例进行说明。
请参照图7。图7为本发明一实施例中，机侧控制模块41A的方框图。机侧控制模块41A包含：电流提取单元500、第一转换单元502、第一计算单元504、第二计算单元506、第一电流控制单元508、第二电流控制单元510以及第二转换单元512。
电流提取单元500电性耦接于机侧变流器12A的机侧输入端口O1-O3，以提取三相输入电流量I1。于一实施例中，三相输入电流量I1包含三个分量ia_i、ib_i及ic_i。
第一转换单元502将三相输入电流量I1的三个分量ia_i、ib_i及ic_i转换为第一轴向电流分量id_i与第二轴向电流分量iq_i。于一实施例中，第一转换单元502包含d轴和q轴的dq旋转坐标，第一轴向电流分量id_i与第二轴向电流分量iq_i分别位于dq旋转坐标的d轴上以及q轴上。于一实施例中，第一轴向电流分量id_i为无功电流分量，第二轴向电流分量iq_i为有功电流分量。于其他实施例中，第一轴向电流分量id_i可以为有功电流分量，第二轴向电流分量iq_i可以为无功电流分量。
第一计算单元504根据第一轴向电流分量id_i与第一轴向独立给定电流分量id_i*计算产生第一轴向差值id_id。
第二计算单元506根据第二轴向电流分量iq_i与第二轴向通用给定电流分量iq_norm*计算第二轴向差值iq_id。于本实施例中，第二轴向通用给定电流分量iq_norm*由主机侧控制模块41A产生，再由主机侧控制模块41A将第二轴向通用给定电流分量iq_norm*分别输出至从机侧控制模块41B-41C。在其他实施例中，第二轴向通用给定电流分量iq_norm*由主控机(图中未示出)所产生并输出至主机侧控制模块41A，再由主机侧控制模块41A将第二轴向通用给定电流分量iq_norm*分别输出至从机侧控制模块41B-41C。于本实施例中，机侧控制模块41A与机侧控制模块41B及41C间相互通信。于其他实施例中，也可以由机侧控制模块41B或41C作为主机侧控制模块从主控机接收第二轴向通用给定电流分量iq_norm*并将其传送给其他的机侧控制模块。
第一电流控制单元508根据第一轴向差值id_id产生第一轴向电压控制信号Vd_i。第二电流控制单元510根据第二轴向差值iq_id产生第二轴向电压控制信号Vq_i。第二转换单元512则进一步将第一轴向电压控制信号Vd_i以及第二轴向电压控制信号Vq_i转换为三相电压控制信号V1。于一实施例中，三相电压控制信号V1包含三个分量Va_i、Vb_i及Vc_i。
因此，通过三相电压控制信号V1控制对应的机侧变流器12A中的功率半导体开关元件使得机侧变流器运行，例如工作于整流状态或逆变状态或者停机状态。因此，本发明的风电变流器装置1可通过上述的方式，通过机侧控制模块41A-41C对机侧变流器12A-12C进行有效的控制。
于本实施例中，除了机侧控制模块41A、机侧控制模块41B及机侧控制模块41C之间可相互通信外，机侧控制模块41A、机侧控制模块41B及机侧控制模块41C更各自预设有一保护条件，其中当机侧控制模块41A所对应的机侧变流器12A及/或与对应的机侧变流器12A电性偶接的网侧变流器10A的运行情况到达保护条件时，例如检测到网侧变流器10A与电网16的耦接路径上的直流故障，或者直流母线400和直流母线402上的直流故障，或者机侧变流器12A与发电机装置18的耦接路径上的直流故障，机侧控制模块41A便停止输出三相电压控制信号V1，以停止对应机侧变流器12A运行。相同地，当机侧控制模块41B所对应的机侧变流器12B及/或与对应的机侧变流器12B电性偶接的网侧变流器10B的运行情况到达保护条件时，机侧控制模块41B便停止输出三相电压控制信号V2，以停止对应的机侧变流器12B运行，当机侧控制模块41C所对应的机侧变流器12C及/或与对应的机侧变流器12C电性偶接的网侧变流器10C的运行情况到达保护条件时，机侧控制模块41C便停止输出三相电压控制信号V3，以停止对应的机侧变流器12C运行。此外，由于机侧控制模块41A、机侧控制模块41B及机侧控制模块41C之间可相互通信，故当任一机侧控制模块停止运行时，其它正常运行的机侧控制模块可驱动对应的机侧变流器共同分担由停止运行的机侧变流器所需的运行。如此一来，风电变流器装置1便存在冗余操作功能，可在任一变流器发生故障时，由其它可正常运行的变流器来共同分担故障的变流器所需的运行，故可提升风力发电装置1的稳定性和可靠性。其中，于其它实施例中，保护条件可设定为过电流发生及/或过电压等情况发生。
为了提升风电变流器装置的可靠性，于一些实施例中，风电变流器装置还可包含至少一被动电路保护元件，设置于由对应的网侧变流器、对应的机侧变流器和直流母线模块所建立且位于电网16及发电机装置18之间的至少一电能传输路径中，其中电网及发电机装置之间通过电能传输路径而进行电能的传输，且被动电路保护元件具有预设电流值，当被动电路保护元件所对应设置的电能传输路径上的电流超过被动电路保护元件的预设电流值时，被动电路保护元件便为断路状态，进而保护存在于对应的电能传输路径上的网侧变流器及机侧变流器内的元件遭遇过电流，借此提升风电变流器装置的可靠性。其中被动电路保护元件可为熔丝等。以下将以图1-图3进一步说明被动电路保护元件的不同设置位置的可能实施方式。如图1所示，风电变流器装置1可包含至少一个被动电路保护元件，例如四个被动电路保护元件17A、17B、17C、17D，其中被动电路保护元件17A设置于直流母线400上而与网侧变流器10A的第一直流输入端口IN1与机侧变流器12A的第一直流输出端口OUT1电性耦接，被动电路保护元件17B设置于直流母线402上而与网侧变流器10A的第二直流输入端口IN2与机侧变流器12A的第二直流输出端口OUT2电性耦接，被动电路保护元件17C设置于直流母线404上而与网侧变流器10B的第二直流输入端口IN2与机侧变流器12B的第二直流输出端口OUT2电性耦接，被动电路保护元件17D设置于直流母线406上而与网侧变流器10C的第二直流输入端口IN2与机侧变流器12C的第二直流输出端口OUT2电性耦接。
请参照图2。图2为本发明第二实施例中，一种风电变流器装置的电路图。风电变流器装置2可包含至少一个被动电路保护元件，例如多个被动电路保护元件17E，其中每一被动电路保护元件17E分别设置于网侧变流器10A-10C的至少一网侧输出端口(例如3个网侧输出端口N1-N3)与电网16的连接线上，例如3个网侧输出端口N1-N3与电网16的连接线上都设置有被动保护元件17E；或者3个网侧输出端口N1-N3其中一者或者两者与电网16的连接线上设置有被动保护元件17E。请参照图3。图3为本发明第三实施例中，一种风电变流器装置的电路图。风电变流器装置3可包含至少一个被动电路保护元件，例如多个被动电路保护元件17F，其中每一被动电路保护元件17F分别设置于机侧变流器12A-12C的机侧输入端口(例如3个机侧输入端O1-O3)与发电机装置18的连接线上，例如3个机侧输入端O1-O3与发电机装置18的连接线上都设置有被动电路保护元件17F；或者3个机侧输入端O1-O3与发电机装置18其中一者或者两者与发电机装置18的连接线上设置有被动电路保护元件17F。
于一实施例中，机侧控制模块41A、机侧控制模块41B及机侧控制模块41C的保护条件可设定为对应的被动电路保护元件切换为断路状态的情况发生。
当然，于其它实施例中，图1至图3所示的风电变流器装置中的被动电路保护元件可改为主动电路保护元件，例如继电器或开关元件等，而对应于主动电路保护元件的设置，风电变流器装置更需包含至少一检测电路，检测电路的个数与主动电路保护元件的个数相对应，且每一检测电路与对应的主动电路保护元件同样设置于由对应的网侧变流器、对应的机侧变流器和直流母线模块所建立且位于电网及发电机装置之间的电能传输路径中，每一检测电路用以检测对应的电能传输路径上的电能是否发生异常，例如直流故障，并于检测到发生异常时，输出对应的一异常信号，而对应的主动电路保护元件便根据异常信号而切换为断路状态，其中检测电路可为电流传感器等。以下将以图4-6进一步说明检测电路的不同设置位置的可能实施方式，其中由于主动电路保护元件的设置位置可类似于图1至图3所示的风电变流器装置中的被动电路保护元件，故图4-6仅例示主动电路保护元件的其中一种设置位置。请参照图4。图4为本发明第四实施例中，一种风电变流器装置的电路图。风电变流器装置4可包含至少一个主动电路保护元件及至少一检测电路，例如四个主动电路保护元件17G、17H、17I、17J与四个检测电路19A、19B、19C、19D。主动电路保护元件17G设置于直流母线400上而与网侧变流器10A的第一直流输入端口IN1与机侧变流器12A的第一直流输出端口OUT1电性耦接。主动电路保护元件17H设置于直流母线402上而与网侧变流器10A的第二直流输入端口IN2与机侧变流器12A的第二直流输出端口OUT2电性耦接(相当于与网侧变流器10B的第一直流输入端口IN1与机侧变流器12B的第一直流输出端口OUT1电性耦接)。主动电路保护元件17I设置于直流母线404上而与网侧变流器10B的第二直流输入端口IN2与机侧变流器12B的第二直流输出端口OUT2电性耦接(相当于与网侧变流器10C的第一直流输入端口IN1与机侧变流器12C的第一直流输出端口OUT1电性耦接)。主动电路保护元件17J设置于直流母线406上而与网侧变流器10C的第二直流输入端口IN2与机侧变流器12C的第二直流输出端口OUT2电性耦接。检测电路19A同样设置于直流母线400上，检测电路19A用以检测存在于对应的电能传输路径的直流母线400上的电能是否发生异常，并于检测到发生异常时，输出对应的异常信号，而对应的主动电路保护元件17G便根据检测电路19A所输出的异常信号而切换为断路状态。检测电路19B同样设置于直流母线402上，检测电路19B用以检测存在于对应电能传输路径的直流母线402上的电能是否发生异常，并于检测到发生异常时，输出对应的异常信号，而对应的主动电路保护元件17H便根据检测电路19B所输出的异常信号而切换为断路状态。检测电路19C同样设置于直流母线404上，检测电路19C用以检测存在于对应的电能传输路径的直流母线404上的电能是否发生异常，并于检测到发生异常时，输出对应的异常信号，而对应的主动电路保护元件17I便根据检测电路19C所输出的异常信号而切换为断路状态。检测电路19D同样设置于直流母线406上，检测电路19D用以检测存在于对应的电能传输路径的直流母线406上的电能是否发生异常，并于检测到发生异常时，输出对应的异常信号，而对应的主动电路保护元件17J便根据检测电路19D所输出的异常信号而切换为断路状态。在其他实施例中，检测电路的个数可以与主动电路保护元件的个数不对应，例如，一个检测电路对应多个主动电路保护元件，检测电路设置于由对应的网侧变流器、对应的机侧变流器和直流母线模块所建立且位于电网及发电机装置之间的电能传输路径中，检测电路用以检测对应的电能传输路径上的电能是否发生异常，并于检测到发生异常时，输出对应的一异常信号，而主动电路保护元件便根据异常信号而切换为断路状态。
请参照图5。图5为本发明第五实施例中，一种风电变流器装置的电路图。风电变流器装置5可包含至少一个检测电路，例如多个检测电路19E，其中每一检测电路19E分别设置于网侧变流器10A-10C的至少一网侧输出端口(例如3个网侧输出端口N1-N3)与电网16的连接线上，与电网16的连接线上，例如3个网侧输出端口N1-N3与电网16的连接线上均设置有检测电路19E，或者3个网侧输出端口N1-N3其中一者或者两者与电网16的连接线上设置有检测电路19E，每一检测电路19E用以检测存在于对应的电能传输路径的网侧输出端口上的电能是否发生异常，并于检测到发生异常时，输出对应的异常信号，而对应的主动电路保护元件便根据对应的检测电路所输出的异常信号而切换为断路状态。请参照图6。图6为本发明第六实施例中，一种风电变流器装置的电路图。风电变流器装置6可包含至少一个检测电路，例如多个检测电路19F，其中每一检测电路19F分别设置于机侧变流器12A-12C的机侧输入端口(例如3个机侧输入端O1-O3)与发电机装置18的连接线上，例如3个机侧输入端O1-O3与发电机装置18的连接线上均设置有检测电路19F，或者3个机侧输入端O1-O3其中一者或者两者与发电机装置18的连接线上设置有检测电路19F，每一检测电路19F用以检测存在于对应的电能传输路径的网侧输出端口上的电能是否发生异常，并于检测到发生异常时，输出对应的异常信号，而对应的主动电路保护元件便根据对应的检测电路所输出的异常信号而切换为断路状态。
于一实施例中，机侧控制模块41A、机侧控制模块41B及机侧控制模块41C的保护条件可设定为收到对应的检测电路所输出的异常信号的情况发生。
以下将再说明网侧变流器及机侧变流器的不同个数的可能实施方式及网侧变流器及机侧变流器的不同架构的可能实施方式，其中上述所公开的多个技术特点，例如中间直流母线导体的横截面面积小于正直流母线导体的横截面面积的30％，或者中间直流母线导体的横截面面积小于负直流母线导体的横截面面积的30％、至少一直流母线可包含部分或全部铜排，或是包含部分或全部铝排、风电变流器装置1的冗余操作功能、被动电路保护元件的设置与应用、主动电路保护元件及检测电路的设置与应用等皆可至少择一应用于下列附图中，故下列附图或说明并不绘出或赘述前述的技术特点。
请参照图8。图8为本发明第七实施例中，一种风电变流器装置7的电路图。风电变流器装置7包含：网侧变流器10A-10B、机侧变流器12A-12B以及直流母线模块。类似于图1所示的风电变流器装置1，风电变流器装置7的网侧变流器10A-10B之间互相串联，且机侧变流器12A-12B之间亦互相串联。风电变流器装置7所包含的元件大部分与图1的风电变流器装置1为相同，唯网侧变流器10A-10B及机侧变流器12A-12B的数目为两个。
需注意的是，除图1及图8所示网侧变流器10A-10B及机侧变流器12A-12B分别为三个及两个的范例外，风电变流器装置于其他实施例中亦可包含更多数目的网侧变流器及机侧变流器，并可通过上述的机制达到有效率的控制。
当然，于其它实施例中，风电变流器装置的网侧变流器及机侧变流器亦可分别为三电平变流器。类似地，三电平的架构亦可适用于图1的风电变流器装置1中。
请参照图9。图9为本发明第八实施例中，一种风电变流器装置8的电路图。
风电变流器装置8包含网侧变流器80A、机侧变流器82A-82B及直流母线模块，其中风电变流器装置8所包含的机侧变流器82A-82B之间互相串联。然而，风电变流器装置8的网侧变流器80A是三电平变流器，而机侧变流器为两电平变流器。机侧变流器82A的第二直流输出端口OUT2与机侧变流器82B的第一直流输出端口OUT1相串联。于本实施例，直流母线模块包含三个直流母线800、801及802。其中直流母线800电性耦接于网侧变流器80A的第一直流输入端口IN1与机侧变流器82A的第一直流输出端口OUT1间，该直流母线800为正直流母线，用以传导正直流电。直流母线801电性耦接于网侧变流器80A的第一直流中点IN0与机侧变流器82A的第二直流输出端口OUT2与机侧变流器82B的第一直流输出端口OUT1之间，该直流母线801为中间直流母线。直流母线802电性耦接于网侧变流器80A的第二直流输入端口IN2与机侧变流器82B的第二直流输出端口OUT2之间，该直流母线802为负直流母线，用以传导负直流电。于本实施例中，机侧控制模块81A与81B则可以采用前述图7的机制对机侧变流器82A及82B进行控制。
于一实施例中，直流母线模块还包含母线电容组C1-C4，分别电性耦接于网侧变流器80A的第一直流输入端口IN1与第一直流中点IN0之间，以及网侧变流器的第一直流中点IN0与第二直流输入端口IN2之间，以及机侧变流器82A及82B的第一直流输出端口OUT1及第二直流输出端口OUT2间，以提供所述端口的电压的支撑作用。
于一实施例中，风电变流器装置1还包含斩波电路83A和83B，斩波电路83A和83B分别并联连接于机侧变流器82A的第一直流输出端口OUT1和第二直流输出端口OUT2之间以及机侧变流器82B的第一直流输出端口OUT1和第二直流输出端口OUT2之间，用以对机侧变流器82A和82B进行均压保护。
类似地，此不对称的架构亦可适用于图1的风电变流器装置1中。
请参照图10。图10为本发明第九实施例中，一种风电变流器装置9的电路图。
风电变流器装置9包含网侧变流器90A-90B、机侧变流器92A及直流母线模块，其中风电变流器装置9所包含的网侧变流器90A-90B之间互相串联。然而，风电变流器装置9的机侧变流器92A是三电平变流器，网侧变流器90A-90B是两电平变流器。于本实施例中，直流母线模块包含直流母线900、901及902。其中直流母线900电性耦接于网侧变流器90A的第一直流输入端口IN1与机侧变流器92A的第一直流输出端口OUT1之间，该直流母线900为正直流母线。直流母线901电性耦接于网侧变流器90A的第二直流输入端口IN2与网侧变流器90B的第一直流输入端口IN1与机侧变流器92A的第二直流中点OUT0之间，该直流母线901为中间直流母线。直流母线902电性耦接于网侧变流器90B的第二直流输入端口IN2与机侧变流器92A的第二直流输出端口OUT2之间，该直流母线902为负直流母线。
于一实施例中，直流母线模块还包含母线电容组C1-C4，分别电性耦接于网侧变流器90A的第一直流输入端口IN1与第二直流输入端口IN2之间，以及网侧变流器90B的第一直流输入端口IN1与第二直流输入端口IN2之间，以及机侧变流器92A的第一直流输出端口OUT1、第二直流中点OUT0以及第二直流输出端口OUT2之间，以提供所述端口的电压的支撑作用。
于一实施例中，风电变流器装置9还包含斩波电路93A和93B，斩波电路93A和93B分别并联连接于机侧变流器92A的第一直流输出端口OUT1和第二直流中点OUT0之间以及第二直流中点OUT0和第二直流输出端口OUT2之间，用以对机侧变流器92A进行均压保护。
类似地，此不对称的架构亦可适用于图1的风电变流器装置1中。
在一实施例中，所述网侧变流器的个数为n以及所述机侧变流器的个数为2n，且所述网侧变流器还包含第一直流中点，其中n≥1；并且所述直流母线包括正直流母线、负直流母线和介于该正直流母线和负直流母线支架的至少一中间直流母线；其中，第1该网侧变流器的第一直流输入端与第1该机侧变流器的第一直流输出端之间通过该正直流母线电性耦接；第n该网侧变流器的该第二直流输入端口与第2n该机侧变流器的该第二直流输出端口之间通过该负直流母线电性耦接；以及第n该网侧变流器的该第一直流中点与第2n该机侧变流器的该第一直流输出端口之间，第n-1该网侧变流器的该第二直流输入端口与第2n-1该机侧变流器的该第一直流输出端口之间通过该中间直流母线电性耦接。
图11为本发明第十实施例中，一种风电变流器装置10的电路图。风电变流器装置10包含：网侧变流器100A-100B、机侧变流器102A-102D以及直流母线模块。于一实施例中，网侧变流器100A-100B可以为三电平变流器，且包含相同的元件。网侧变流器电性耦接于电网16，且网侧变流器100A-100B相串联。网侧变流器100A的第二直流输入端口IN2与网侧变流器100B的第一直流输入端口IN1相串联。
于一实施例中，机侧变流器102A-102D可包含相同的元件，可以为两电平变换器。机侧变流器电性耦接于发电机装置18。机侧变流器102A-102D中任意两个相邻的机侧变流器通过第一直流输出端口OUT1以及第二直流输出端口OUT2相串联。
以机侧变流器102A及102B为例，机侧变流器102A的第二直流输出端口OUT2与机侧变流器102B的第一直流输出端口OUT1相串联。类似地，机侧变流器102B的第二直流输出端口OUT2与机侧变流器102C的第一直流输出端口OUT1相串联。类似地，机侧变流器102C的第二直流输出端口OUT2与机侧变流器102D的第一直流输出端口OUT1相串联。
直流母线模块包括直流母线1000-1004。其中，直流母线1000电性耦接网侧变流器100A的第一直流输入端口IN1与机侧变流器102A的第一直流输出端口OUT1之间，该直流母线1000为正直流母线。直流母线1002电性耦接网侧变流器100B的第二直流输入端口IN2与机侧变流器102D的第二直流输出端口OUT2之间，该直流母线1002为负直流母线。直流母线1001电性耦接网侧变流器100A的第一直流中点IN0与机侧变流器102B的第一直流输出端口OUT1之间，直流母线1003电性耦接于网侧变流器100A的第二直流输入端口IN2与机侧变流器102B的第二直流输出端口OUT2之间，以及直流母线1004电性耦接于网侧变流器100B的第一直流中点IN0与机侧变流器102D的第一直流输出端口OUT1之间。其中直流母线1001、1003以及1004为中间直流母线。
因此，风电变流器装置10所包含的机侧控制模块101A-101D可以采用图7的机制对机侧变流器102A-102D进行控制。
于一实施例中，直流母线模块还包含母线电容组C1-C8，分别电性连接于网侧变流器100A-100B的第一直流输入端口IN1与第一直流中点IN0与第一直流中点IN0与第二直流输入端口IN2之间，以及各机侧变流器102A-102D的第一直流输出端口OUT1与第二直流输出端口OUT2之间，以提供这些端口的电压支撑作用。
于一实施例中，风电变流器装置10还包含斩波电路103A至103D，斩波电路103A至103D分别并联连接于机侧变流器102A至102D的第一直流输出端口OUT1和第二直流输出端口OUT2之间，用以对机侧变流器102A、102B、102C及102D进行均压保护。
在一实施例中，所述网侧变流器的个数为2n以及所述机侧变流器的个数为n，且所述机侧变流器还包含第二直流中点，其中n≥1；并且所述直流母线包括正直流母线、负直流母线和介于该正直流母线和负直流母线支架的至少一中间直流母线；其中，第1该网侧变流器的第一直流输入端与第1该机侧变流器的第一直流输出端之间通过该正直流母线电性耦接；第2n该网侧变流器的该第二直流输入端口与第n该机侧变流器的该第二直流输出端口之间通过该负直流母线电性耦接；以及第2n该网侧变流器的该第一直流输入端口与第n该机侧变流器的该第二直流中点之间，第2n-1该网侧变流器的该第一直流输入端口与第n该机侧变流器的该第二直流输出端口之间均通过该中间直流母线电性耦接。
图12为本发明第十一实施例中，一种风电变流器装置11的电路图。
风电变流器装置11包含：网侧变流器110A-110D、机侧变流器112A-112B以及直流母线模块。于一实施例中，网侧变流器110A-110D包含相同的元件，且网侧变流器可以为两电平变流器。网侧变流器110A-110D电性耦接于电网16，且任意两个相邻的网侧变流器通过第一直流输入端口IN1以及第二直流输入端口IN2相串联。以网侧变流器110A及110B为例，网侧变流器110A的第二直流输入端口IN2与网侧变流器110B的第一直流输入端口IN1想串联。
类似地，网侧变流器110B的第二直流输入端口IN2与网侧变流器110C的第一直流输入端口IN1相串联。类似地，网侧变流器110C的第二直流输入端口IN2与网侧变流器110D的第一直流输入端口IN1相串联。
于一实施例中，机侧变流器112A-112B可包含相同的元件，且机侧变流器可以为三电平变换器。机侧变流器电性耦接于发电机装置18。机侧变流器112A的第二直流输出端口OUT2与机侧变流器112B的第一直流输出端口OUT1相串联。
直流母线模块包括直流母线1100、1101、1102、1103及1104。其中，直流母线1100电性耦接于网侧变流器110A的第一直流输入端口IN1与机侧变流器112A的第一直流输出端口OUT1之间，该直流母线1100为正直流母线。直流母线1102电性耦接网侧变流器110D的第二直流输入端口IN2与机侧变流器112B的第二直流输出端口OUT2之间，该直流母线1102为负直流母线。而直流母线1101电性耦接于机侧变流器112A的第二直流中点OUT0与网侧变流器110B的第一直流输入端口IN1之间，直流母线1103电性耦接于机侧变流器112A的第二直流输出端口OUT2与网侧变流器110B的第二直流输入端口IN2之间，以及直流母线1104电性耦接于机侧变流器112B的第二直流中点OUT0与网侧变流器110D的第一直流输入端口IN1之间。其中直流母线1101、1103以及1104为中间直流母线。
因此，风电变流器装置11所包含的机侧控制模块111A-111B可以采用图7的机制对机侧变流器112A-112B进行控制。
于一实施例中，风电变流器装置1还包含斩波电路113A至113D，斩波电路113A至113D分别并联连接于机侧变流器112A的第一直流输出端口OUT1和第二直流中点OUT0之间、机侧变流器112A的第二直流输出端口OUT2和第二直流中点OUT0之间、机侧变流器112B的第一直流输出端口OUT1和第二直流中点OUT0之间、机侧变流器112B的第二直流输出端口OUT2和第二直流中点OUT0之间，用以对机侧变流器112A及112B进行均压保护。
因此，由图8至图12的实施例可知，风电变流器装置的设计可随实际应用的需求，进行弹性的调整，不为一特定的结构所限。
虽然本公开内容已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本公开内容，任何本领域技术人员，在不脱离本公开内容的构思和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本公开内容的保护范围当视权利要求所界定的范围为准。

Claims (28)

1.一种风电变流器装置，包含：
多个网侧变流器，设置于一风电系统的塔下，且各包含电性耦接于一电网的多个网侧输出端口、一第一直流输入端口以及一第二直流输入端口，且任意两个相邻的所述网侧变流器其中一者的该第二直流输入端口与另一者的该第一直流输入端口相串联；
多个机侧变流器，设置于该风电系统的塔上，且各包含电性耦接于一发电机装置的机侧输入端口、一第一直流输出端口以及一第二直流输出端口，且任意两个相邻的所述机侧变流器其中一者的该第二直流输出端口与另一者的该第一直流输出端口相串联；以及
一直流母线模块，包含多个直流母线，电性耦接于所述网侧变流器及所述机侧变流器之间；
其中多个该直流母线包含正直流母线、负直流母线以及介于该正直流母线和该负直流母线之间的至少一中间直流母线，其中该至少一中间直流母线导体的横截面面积小于该正直流母线导体或负直流母线导体的横截面面积的30％。
2.如权利要求1所述的风电变流器装置，其中所述网侧变流器和所述机侧变流器的个数均为n，n≥2；
其中第1该网侧变流器的该第一直流输入端口与该第1机侧变流器的该第一直流输出端口之间通过该正直流母线电性耦接；第n该网侧变流器的该第二直流输入端口与第n该机侧变流器的该第二直流输出端口之间通过该负直流母线电性耦接；以及第n-1该网侧变流器的该第二直流输入端口与第n-1该机侧变流器的该第二直流输出端口之间均通过该中间直流母线电性耦接。
3.如权利要求1所述的风电变流器装置，其中所述网侧变流器的个数为n以及所述机侧变流器的个数为2n，且所述网侧变流器还包含第一直流中点，其中n≥1；
其中，第1该网侧变流器的第一直流输入端与第1该机侧变流器的第一直流输出端之间通过该正直流母线电性耦接；第n该网侧变流器的该第二直流输入端口与第2n该机侧变流器的该第二直流输出端口之间通过该负直流母线电性耦接；以及第n该网侧变流器的该第一直流中点与第2n该机侧变流器的该第一直流输出端口之间，第n-1该网侧变流器的该第二直流输入端口与第2n-1该机侧变流器的该第一直流输出端口之间通过该中间直流母线电性耦接。
4.如权利要求1所述的风电变流器装置，其中所述网侧变流器的个数为2n以及所述机侧变流器的个数为n，且所述机侧变流器还包含第二直流中点，其中n≥1；
其中，第1该网侧变流器的该第一直流输入端与第1该机侧变流器的该第一直流输出端之间通过该正直流母线电性耦接；第2n该网侧变流器的该第二直流输入端口与第n该机侧变流器的该第二直流输出端口之间通过该负直流母线电性耦接；以及第2n该网侧变流器的该第一直流输入端口与第n该机侧变流器的该第二直流中点之间，第2n-1该网侧变流器的该第一直流输入端口与第n该机侧变流器的该第二直流输出端口之间均通过该中间直流母线电性耦接。
5.一种风电变流器装置，包含：
多个网侧变流器，设置于一风电系统的塔下，且各包含电性耦接于一电网的多个网侧输出端口、一第一直流输入端口以及一第二直流输入端口，且任意两个相邻的所述网侧变流器其中一者的该第二直流输入端口与另一者的该第一直流输入端口相串联；
多个机侧变流器，设置于该风电系统的塔上，且各包含电性耦接于一发电机装置的机侧输入端口、一第一直流输出端口以及一第二直流输出端口，且任意两个相邻的所述机侧变流器其中一者的该第二直流输出端口与另一者的该第一直流输出端口相串联；
一直流母线模块，包含多个直流母线，电性耦接于所述网侧变流器及所述机侧变流器之间；以及
至少一被动电路保护元件，设置于由对应的该网侧变流器、对应的该机侧变流器和该直流母线模块所建立且位于该电网及该发电机装置之间的至少一电能传输路径中，其中该电网及该发电机装置之间通过该电能传输路径而进行电能的传输，且该被动电路保护元件具有一预设电流值，当该被动电路保护元件所对应设置的该电能传输路径上的电流超过该被动电路保护元件的预设电流值时，该被动电路保护元件为断路状态。
6.如权利要求5所述的风电变流器装置，其中该被动电路保护元件为熔丝。
7.如权利要求5所述的风电变流器装置，其中该被动电路保护元件设置于对应的该直流母线上、或设置于对应的该网侧变流器的至少一该网侧输出端口与该电网的连接线上，或设置于对应的该机侧变流器的至少一该机侧输出端口与该发电机装置的连接线上。
8.一种风电变流器装置，包含：
多个网侧变流器，设置于一风电系统的塔下，且各包含电性耦接于一电网的多个网侧输出端口、一第一直流输入端口以及一第二直流输入端口，且任意两个相邻的所述网侧变流器其中一者的该第二直流输入端口与另一者的该第一直流输入端口相串联；
多个机侧变流器，设置于该风电系统的塔上，且各包含电性耦接于一发电机装置的机侧输入端口、一第一直流输出端口以及一第二直流输出端口，且任意两个相邻的所述机侧变流器其中一者的该第二直流输出端口与另一者的该第一直流输出端口相串联；以及
一直流母线模块，包含多个直流母线，电性耦接于所述网侧变流器及所述机侧变流器之间；
至少一主动电路保护元件，设置于由对应的该网侧变流器、对应的该机侧变流器和该直流母线模块所建立且位于该电网及该发电机装置之间的至少一电能传输路径中，其中该电网及该发电机装置之间通过该电能传输路径而进行电能的传输；以及
至少一检测电路，设置于对应的该电能传输路径中，该检测电路用以检测对应的该电能传输路径上的电能是否发生异常，并于检测到发生异常时，输出对应的一异常信号，使对应的该电能传输路径上的该主动电路保护元件根据该异常信号而切换为断路状态。
9.如权利要求8所述的风电变流器装置，其中该主动电路保护元件为继电器或开关元件，该检测电路为电流传感器。
10.如权利要求8所述的风电变流器装置，其中该主动电路保护元件设置于对应的该直流母线，或设置于对应的该网侧变流器的至少一该网侧输出端口与该电网的连接线上，或设置于对应的该机侧变流器的至少一该机侧输出端口与该发电机装置的连接线上。
11.如权利要求10所述的风电变流器装置，其中该检测电路设置于对应的该直流母线上，或设置于对应的该网侧变流器的至少一该网侧输出端口与该电网的连接线上，或设置于对应的该机侧变流器的至少一该机侧输出端口与该发电机装置的连接线上。
12.一种风电变流器装置，包含：
多个网侧变流器，设置于一风电系统的塔下，且各包含电性耦接于一电网的多个网侧输出端口、一第一直流输入端口以及一第二直流输入端口，且任意两个相邻的所述网侧变流器其中一者的该第二直流输入端口与另一者的该第一直流输入端口相串联；
多个机侧变流器，设置于一风电系统的塔上，且各包含电性耦接于一发电机装置的机侧输入端口、一第一直流输出端口以及一第二直流输出端口，且任意两个相邻的所述机侧变流器其中一者的该第二直流输出端口与另一者的该第一直流输出端口相串联；
一直流母线模块，包含多个直流母线，电性耦接于所述网侧变流器及所述机侧变流器之间；以及
多个机侧控制模块，多个该机侧控制模块相互通信，且分别控制对应的该机侧变流器运行，其中每一该机侧控制模块预设有一保护条件，当该机侧控制模块所对应的该机侧变流器及/或与对应的该机侧变流器电性偶接的该网侧变流器的运行情况到达该保护条件时，该机侧控制模块停止输出三相电压控制信号，以停止对应的该机侧变流器运行。
13.如权利要求12所述的风电变流器装置，其中当任一该机侧控制模块停止输出该三相电压控制信号时，其它正常运行的该机侧控制模块更驱动对应的该机侧变流器共同分担停止输出该三相电压控制信号的该机侧变流器所需的运行。
14.如权利要求12所述的风电变流器装置，其中各所述机侧控制模块更用以接收并根据对应所述机侧变流器的该机侧输入端口的一三相输入电流量和一第二轴向通用给定电流分量，产生该三相电压控制信号控制对应的所述机侧变流器运行。
15.如权利要求14所述的风电变流器装置，其中所述机侧控制模块各包含：
一电流提取单元，用以提取该三相输入电流量；
一第一转换单元，用以将该三相输入电流量转换为一第一轴向电流分量与一第二轴向电流分量；
一第一计算单元，用以根据该第一轴向电流分量与一第一轴向独立给定电流分量计算产生一第一轴向差值；
一第二计算单元，用以根据该第二轴向电流分量与该第二轴向通用给定电流分量计算产生一第二轴向差值；
一第一电流控制单元，根据该第一轴向差值产生一第一轴向电压控制信号；
一第二电流控制单元，根据该第二轴向差值产生一第二轴向电压控制信号；以及
一第二转换单元，将该第一轴向电压控制信号以及该第二轴向电压控制信号转换为该三相电压控制信号。
16.如权利要求15所述的风电变流器装置，其中该第一转换单元包含一d轴与一q轴的一dq旋转坐标，该第一轴向电流分量对应于该d轴上的一无功电流分量，该第二轴向电流分量对应于该q轴上的一有功电流分量。
17.如权利要求5或8或12所述的风电变流器装置，其中所述网侧变流器和所述机侧变流器的个数均为n，n≥2；并且所述直流母线包括正直流母线、负直流母线和介于该正直流母线和负直流母线支架的至少一中间直流母线；
其中第1该网侧变流器的该第一直流输入端口与该第1机侧变流器的该第一直流输出端口之间通过该正直流母线电性耦接；第n该网侧变流器的该第二直流输入端口与第n该机侧变流器的该第二直流输出端口之间通过该负直流母线电性耦接；以及第n-1该网侧变流器的该第二直流输入端口与第n-1该机侧变流器的该第二直流输出端口之间均通过该中间直流母线电性耦接。
18.如权利要求1或5或8所述的风电变流器装置，还包含多个机侧控制模块，各所述机侧控制模块用以接收并根据对应所述机侧变流器的该机侧输入端口的一三相输入电流量和一第二轴向通用给定电流分量，产生一三相电压控制信号控制对应的所述机侧变流器运行。
19.如权利要求18所述的风电变流器装置，其中所述机侧控制模块各包含：
一电流提取单元，用以提取该三相输入电流量；
一第一转换单元，用以将该三相输入电流量转换为一第一轴向电流分量与一第二轴向电流分量；
一第一计算单元，用以根据该第一轴向电流分量与一第一轴向独立给定电流分量计算产生一第一轴向差值；
一第二计算单元，用以根据该第二轴向电流分量与该第二轴向通用给定电流分量计算产生一第二轴向差值；
一第一电流控制单元，根据该第一轴向差值产生一第一轴向电压控制信号；
一第二电流控制单元，根据该第二轴向差值产生一第二轴向电压控制信号；以及
一第二转换单元，将该第一轴向电压控制信号以及该第二轴向电压控制信号转换为该三相电压控制信号。
20.如权利要求19所述的风电变流器装置，其中该第一转换单元包含一d轴与一q轴的一dq旋转坐标，该第一轴向电流分量对应于该d轴上的一无功电流分量，该第二轴向电流分量对应于该q轴上的一有功电流分量。
21.如权利要求1或5或8或12所述的风电变流器装置，其中该直流母线模块包括多个第一母线电容组和多个第二母线电容组，其中所述第一母线电容组与所述网侧变流器一一对应，每一该第一母线电容组并联连接于对应的该网侧变流器的该第一直流输入端口及该第二直流输入端口之间；所述第二母线电容组与所述机侧变流器一一对应，每一该第二母线电容组并联连接于对应的该机侧变流器的该第一直流输出端口及该第二直流输出端口之间。
22.如权利要求1或5或8或12所述的风电变流器装置，其中该发电机装置包含多组绕组，每一组该多组绕组电性耦接于对应的该机侧变流器的该机侧输入端口。
23.如权利要求1或5或8或12所述的风电变流器装置，其中所述机侧变流器为两电平变流器，所述网侧变流器为两电平变流器；或者所述机侧变流器为三电平变流器，所述网侧变流器为三电平变流器。
24.如权利要求23所述的风电变流器装置，还包含多个斩波电路，所述机侧变流器的该第一直流输出端口和该第二直流输出端口之间均并联连接该斩波电路。
25.如权利要求12所述的风电变流器装置，其中所述机侧控制模块包括主机侧控制模块和至少一从机侧控制模块，该主机侧控制模块分别输出该第二轴向通用给定电流分量至该至少一从机侧控制模块。
26.如权利要求16所述的风电变流器装置，其中所述机侧控制模块包括主机侧控制模块和至少一从机侧控制模块，该主机侧控制模块产生并分别输出该第二轴向通用给定电流分量至该至少一从机侧控制模块。
27.如权利要求5或8或12所述的风电变流器装置，其中所述网侧变流器的个数为n以及所述机侧变流器的个数为2n，且所述网侧变流器还包含第一直流中点，其中n≥1；并且所述直流母线包括正直流母线、负直流母线和介于该正直流母线和负直流母线支架的至少一中间直流母线；
其中，第1该网侧变流器的第一直流输入端与第1该机侧变流器的第一直流输出端之间通过该正直流母线电性耦接；第n该网侧变流器的该第二直流输入端口与第2n该机侧变流器的该第二直流输出端口之间通过该负直流母线电性耦接；以及第n该网侧变流器的该第一直流中点与第2n该机侧变流器的该第一直流输出端口之间，第n-1该网侧变流器的该第二直流输入端口与第2n-1该机侧变流器的该第一直流输出端口之间通过该中间直流母线电性耦接。
28.如权利要求5或8或12所述的风电变流器装置，其中所述网侧变流器的个数为2n以及所述机侧变流器的个数为n，且所述机侧变流器还包含第二直流中点，其中n≥1；并且所述直流母线包括正直流母线、负直流母线和介于该正直流母线和该负直流母线支架的至少一中间直流母线；
其中，第1该网侧变流器的第一直流输入端与第1该机侧变流器的该第一直流输出端之间通过该正直流母线电性耦接；第2n该网侧变流器的该第二直流输入端口与第n该机侧变流器的该第二直流输出端口之间通过该负直流母线电性耦接；以及第2n该网侧变流器的该第一直流输入端口与第n该机侧变流器的该第二直流中点之间，第2n-1该网侧变流器的该第一直流输入端口与第n该机侧变流器的该第二直流输出端口之间均通过该中间直流母线电性耦接。
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