CN202085088U - 永磁同步直驱海流发电机组的功率变流器装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了永磁同步直驱海流发电机组的功率变流器装置，涉及海流发电领域，包括与永磁同步发电机连接的发电机侧变流器单元、与电网连接的电网侧变流器单元及连接在二者之间的直流斩波单元；在所述直流斩波单元及电网侧变流器单元之间还并联有直流电容。该装置可减少可控电力电子器件的数量、直流侧无需并联蓄电池，可实现对发电机电磁转矩的调节，在合适的控制策略下，可满足电网的并网要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及海流发电领域，具体地，涉及永磁同步直驱海流发电机组的功率变流器装置。
背景技术
永磁同步发电机被用于海流发电系统时，需要功率变流器对发电机的输出功率进行调节，同时发电机输出的电能质量需要满足电网的要求。我国东部沿海地区海流资源蕴藏量大，开发潜力巨大，但我国在海流发电技术研究方面尚处于起步阶段，已有的小功率样机设计为离网型，在变流器直流侧加入蓄电池，无法实现并网。永磁同步发电机在海流发电系统中需要变流器进行全功率变流，目前采用的三相半桥式全控电路结构，需要的可控电力电子器件较多，致使系统成本较高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种既能够实现永磁同步发电机输出功率可控，又能够满足电网并网要求，并且可控功率器件较少的海流发电变流器装置。
实现上述目的的技术方案如下：
永磁同步直驱海流发电机组的功率变流器装置，包括与永磁同步发电机连接的发电机侧变流器单元、与电网连接的电网侧变流器单元及连接在二者之间的直流斩波单元；在所述直流斩波单元及电网侧变流器单元之间还并联有直流电容。
进一步地，所述直流斩波单元为由一个电感、一个IGBT和一个二极管组成的升压电路；所述电感一端与二极管的阳极连接，二极管的阴极与直流电容的正端连接，IGBT的集电极同二极管的阳极连接，IGBT的发射极同直流电容的负端连接；所述发电机侧变流器单元包括与发电机定子相数相等的多个并联的桥臂，每个桥臂均包括两个首尾相接的二极管；其中每个桥臂上端的二极管的阴极均与所述电感的另一端连接，每个桥臂下端的二极管的阳极均与所述IGBT的发射极连接。
进一步地，所述电网侧变流器单元包括三个并联的桥臂；其中每个桥臂均由两个首尾相接串联的IGBT模块组成；每个IGBT模块由一个IGBT与一个反向二极管并联组成；且每个桥臂中的上端的IGBT的集电极与所述直流电容的正端连接；每个桥臂中的下端的IGBT的发射极与所述直流电容的负端连接。
进一步地，所述电网侧变流器单元还包括第一电抗器、第二电抗器；所述第一电抗器与每个桥臂中的上端IGBT的发射极相连；所述第二电抗器与电网相连；第一电抗器与第二电抗器之间还连接有三相交流滤波电容器。
进一步地，所述三相交流滤波电容器采用三角或星型接法连接在第一电抗器与第二电抗器之间。
本实用新型的永磁同步直驱海流发电机组的功率变流器装置，直流侧无需并联蓄电池，可实现发电机向电网输送电能；发电机侧变流器无需IGBT，降低了系统成本；利用直流斩波单元的IGBT控制，可实现对发电机功率的调节；电网侧变流器单元通过合适的控制策略和滤波器参数设计，可使并网电流达到电网的要求。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的永磁同步直驱海流发电机组的功率变流器装置电路结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的永磁同步直驱海流发电机组的功率变流器装置，包括与永磁同步发电机连接的发电机侧变流器单元100、与电网连接的电网侧变流器单元300及连接在二者之间的直流斩波单元200；在直流斩波单元200及电网侧变流器单元300之间还并联有直流电容10。
直流斩波单元200为由一个电感7、一个IGBT9和一个二极管8组成的升压电路；电感7一端与二极管8的阳极连接，二极管8的阴极与直流电容10的正端连接，IGBT9的集电极同二极管8的阳极连接，IGBT9的发射极同直流电容10的负端连接。
发电机侧变流器单元100包括与发电机定子相数(以定子相数为三相为例)相等的多个并联的桥臂；每个桥臂均包括两个二极管(不可控的电力电子器件)；其中每个桥臂上端的二极管1(2、3)的阳极同每个桥臂下端的二极管4(5、6)的阴极连接，每个桥臂上端的二极管1(2、3)的阴极同直流斩波单元200的电感7的另一端连接；每个桥臂下端的二极管4(5、6)的阳极同直流斩波单元200的IGBT9的发射极连接。
电网侧变流器单元300包括三个并联的桥臂；每个桥臂均由两个首尾相接串联的IGBT模块(11、14；12、15；13、16)组成；每个IGBT模块11、12、13、14、15、16均由一个IGBT与一个反向二极管并联组成；每个桥臂中的上端的IGBT11(12、13)的集电极与直流电容10的正端连接；每个桥臂中的下端的IGBT14(15、16)的发射极与直流电容10的负端连接。
电网侧变流器单元300还包括第一电抗器17、第二电抗器18；第一电抗器17与每个桥臂中的上端IGBT11(12、13)的发射极相连；第二电抗器18与电网或变压器相连；第一电抗器17与第二电抗器18之间还连接有三相交流滤波电容器19；三相交流滤波电容器19采用三角或星型接法连接在第一电抗器17与第二电抗器18之间。
在永磁同步发电机并网运行时，可采用上述变流器装置，但在发电机输出功率较大时，由于电力电子器件的容量限制，可对图1中变流器单元进行并联，以满足大功率的需求；同时，直流斩波单元与电网侧变流器单元间直流电容的容量需要足够大，以满足直流电压的稳定。
永磁同步发电机并网用功率变流器的基本要求是能够对发电机输出的能量进行全功率变流，满足电网对电能质量的要求，同时能够对发电机转速进行调节。为此，在发电机侧变流器单元与电网侧变流器单元之间加入了直流斩波单元，通过控制IGBT可实现对发电机电磁转矩和转速的调节；电网侧变流器单元开关器件均由快速可控的IGBT组成；直流斩波单元与电网侧变流器单元之间并联直流电容，为能量的变换环节。
本装置的工作原理是：在永磁同步发电机输出电能前，电网侧变流器单元将电网的三相交流电变为直流电能，稳定直流电容两端的直流电压；发电机处于发电状态后，发电机定子输出电能通过发电机侧变流器单元输送到直流斩波单元，由直流斩波单元调节发电机的电磁转矩，并将不控整流出的直流电压升压，最后电能由电网侧变流器单元输送到电网，电感-电容-电感三阶滤波器可滤除电网侧变流器单元电流的高次谐波，使并网电流满足电网的谐波标准。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.永磁同步直驱海流发电机组的功率变流器装置，其特征在于，包括与永磁同步发电机连接的发电机侧变流器单元、与电网连接的电网侧变流器单元及连接在二者之间的直流斩波单元；在所述直流斩波单元及电网侧变流器单元之间还并联有直流电容。
2.根据权利要求1所述的功率变流器装置，其特征在于，所述直流斩波单元为由一个电感、一个IGBT和一个二极管组成的升压电路；所述电感一端与二极管的阳极连接，二极管的阴极与直流电容的正端连接，IGBT的集电极同二极管的阳极连接，IGBT的发射极同直流电容的负端连接；
所述发电机侧变流器单元包括与发电机定子相数相等的多个并联的桥臂，每个桥臂均包括两个首尾相接的二极管；其中每个桥臂上端的二极管的阴极均与所述电感的另一端连接，每个桥臂下端的二极管的阳极均与所述IGBT的发射极连接。
3.根据权利要求1或2所述的功率变流器装置，其特征在于，所述电网侧变流器单元包括三个并联的桥臂；
其中每个桥臂均由两个首尾相接串联的IGBT模块组成；每个IGBT模块由一个IGBT与一个反向二极管并联组成；且每个桥臂中的上端的IGBT的集电极与所述直流电容的正端连接；每个桥臂中的下端的IGBT的发射极与所述直流电容的负端连接。
4.根据权利要求3所述的功率变流器装置，其特征在于，所述电网侧变流器单元还包括第一电抗器、第二电抗器；所述第一电抗器与每个桥臂中的上端IGBT的发射极相连；所述第二电抗器与电网相连；第一电抗器与第二电抗器之间还连接有三相交流滤波电容器。
5.根据权利要求4所述的功率变流器装置，其特征在于，所述三相交流滤波电容器采用三角或星型接法连接在第一电抗器与第二电抗器之间。
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| CN2011202094486U CN202085088U (zh) | 2011-06-21 | 2011-06-21 | 永磁同步直驱海流发电机组的功率变流器装置 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN102769303A (zh) * | 2012-07-10 | 2012-11-07 | 华北电力大学 | 独立式海岛供电系统 |
| CN108988395A (zh) * | 2018-10-13 | 2018-12-11 | 曲阜师范大学 | 一种垂直轴永磁直驱风电变流器的拓扑结构和控制方法 |
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2011
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102769303A (zh) * | 2012-07-10 | 2012-11-07 | 华北电力大学 | 独立式海岛供电系统 |
| CN102769303B (zh) * | 2012-07-10 | 2014-10-08 | 华北电力大学 | 独立式海岛供电系统 |
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