CN202034793U - 基于h桥的无变压器风力发电并网拓扑结构 - Google Patents

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张跃平
胡涛
李太峰
魏西平
杨洋
赵淑玉
张坤
王振
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Abstract

本实用新型涉及一种基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构，包括风力发电机组、整流模块、逆变模块，风力发电机组的输出连接整流模块的输入，整流模块的输出连接逆变模块的输入，逆变模块的输出连接缓冲电感，缓冲电感连接到电网。优点是：省掉了通用风力发电并网时的升压变压器，节约了大量成本。另外，由于采用多单元串联功率单元输出高压，可以通过调制算法输出多电平电压波形，减少输出谐波含量，减少风力发电对电网的污染。

Description

基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构
技术领域
本实用新型涉及风力发电机并网技术，特别是一种基于H桥的无变压器的风力发电并网。 
背景技术
作为节能环保的新能源，风电产业赢得历史性发展机遇，在金融危机肆虐的不利环境中逆市上扬，发展势头迅猛，截止到2009年底，全国累计风电装机容量达到25800兆瓦。 
但在我国风力发电场中，风力发电机基本上都是通过通用变频器，使本身相位与电网相同。最后再用升压变压器与电网并网。这样不但导致每个风力发电机都需要一个升压变压器，成本巨大，而且使每个风力发电机只有3电平，谐波含量很大，多电网污染严重。 
在大型风力发电场，有很多的电机，对于每个风力发电机都需要单独控制，控制难度大，控制繁琐，不易形成集中风力发电控制。 
风力发电输出的都是两电平或三电平，谐波含量大，升压后不能直接并入电网，需要加输出滤波装置。 
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构，通过单元串联的方法，输出高压；省掉了通用风力发电并网时的升压变压器，节约了大量成本。另外，由于采用多单元串联功率单元输出高压，可以通过调制算法输出多电平电压波形，减少输出谐波含量，减少风力发电对电网的污染。 
为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现： 
基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构，包括风力发电机组、整流模块、逆变模块，风力发电机组的输出连接整流模块的输入，整流模块的输出连接逆变模块的输入，逆变模块的输出连接缓冲电感，缓冲电感连接到电网。 
所述的逆变模块由三相功率单元组成，每相由n个功率子单元串联而成，三相功率单元的一端接在一起，另一端通过缓冲电感接入电网。 
所述的功率子单元为H桥结构，由四个IGBT开关器件组成，每个IGBT开关器件反并 联一个二极管，每两个IGBT开关器件相串联后，再与直流电容C并联。 
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是： 
1)输入端无变压器，进而使风电并网拓扑体积减小，占地减少，重量减轻，成本降低；同时可以降低变压器能耗，使制造工艺简单化，生产周期减少。 
2)风力发电机直接连接到功率单元整流侧，对风力发电机无特殊要求，减少电机成本； 
3)调制方法采用载波移相的方法，可以产生多阶梯正弦波，以较小的开关频率获得较好的输出电压波形； 
4)可以把整个风力发电场串联成交流高压，直接从交流侧输出； 
5)在大功率，多电机中应用前景广泛； 
6)有利于集中控制多台风力发电机。 
附图说明
图1是基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构图； 
图2是基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑的功率子单元结构图。 
图3-1、图3-2、图3-3、图3-4是H桥功率子单元内电流流向图。 
具体实施方式
见图1，基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构，包括风力发电机组、整流模块、逆变模块，风力发电机组M产生低压交流电，经三相全桥整流后得到直流电压，此直流电压作为逆变模块中各个单元的直流侧电压供电电源；逆变模块将直流电压转换为交流电压后，经多个功率单元直接串联，交流高压输出，经缓冲电感后并入电网。 
逆变模块由三相功率单元组成，每相由n个功率子单元串联而成，共3n个功率子单元。每个功率子单元由一个风力发电机M通过三相全桥整流给功率子单元电容供电。三相功率单元的一端接在一起，另一端通过缓冲电感LA、LB、LC接入电网。 
见图2，功率子单元为H桥结构，每个功率子单元由四个开关器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4及直流侧电容C组成，开关器件IGBT1和IGBT2相串联，开关器件IGBT3和IGBT4相串联，再和直流电容C并联。并且四个开关器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4分别并联一个反接二极管D11、D22、D33、D44。IGBT1与IGBT2的公共端、IGBT3与IGBT4的公 共端为该功率子单元与其它功率子单元相连接的输入、输出端。整流模块为由二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的不可控全桥结构。 
本拓扑结构利用风电作为能源中继池，给功率单元直流母线供电，结合一定的调制方法，产生需要的多电平可变正弦波。逆变模块主要由三相组成，每相由n个功率子单元串联而成。串联功率子单元的个数称为单元级数，三相功率单元的一端接到一起，另一端通过缓冲电感接入电网。由于采用多电平输出，串联功率子单元输出的交流高压含有更少的谐波，对电网污染更小，也不需要装LC滤波装置。 
控制IGBT的栅极电压使其导通或者关断，可以使单元具有不同的电路状态。 
见图3-1，电流经IGBT2、直流侧电容C、IGBT3，从B流向A，或电流经续流二极管D3、直流侧电容C、续流二极管D2，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率子单元输出电平“1”。 
见图3-2，电流经续流二极管D1、IGBT3，从B流向A，或电流经续流二极管D3、IGBT1，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率子单元输出电平“0”。 
见图3-3，电流经IGBT2、续流二极管D4，从B流向A，或电流经IGBT4、续流二极管D2，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率子单元输出电平“0”。 
见图3-4，电流经续流二极管D1、直流侧电容C、续流二极管D4，从B流向A，或电流经IGBT4、直流侧电容C、IGBT1，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率子单元输出电平“-1”。 
若功率单元级数选择适当，功率子单元叠加输出电压可达到电网级别，将根据电网电压发出与电网同步的电压波形，并且输出谐波满足要求，则可以直接并网发电。 

Claims (3)

1.基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构，其特征在于，包括风力发电机组、整流模块、逆变模块，风力发电机组的输出连接整流模块的输入，整流模块的输出连接逆变模块的输入，逆变模块的输出连接缓冲电感，缓冲电感连接到电网。
2.根据权利要求1所述的基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构，其特征在于，所述的逆变模块由三相功率单元组成，每相由n个功率子单元串联而成，三相功率单元的一端接在一起，另一端通过缓冲电感接入电网。
3.根据权利要求2所述的基于H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构，其特征在于，所述的功率子单元为H桥结构，由四个IGBT开关器件组成，每个IGBT开关器件反并联一个二极管，每两个IGBT开关器件相串联后，再与直流电容C并联。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102624031A (zh) * 2012-04-06 2012-08-01 上海电机学院 风力发电机并网逆变控制装置
CN104821602A (zh) * 2015-05-07 2015-08-05 沈阳远大电力电子科技有限公司 一种同步并网系统及方法

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