CN2391370Y - 风力发电用的交直流功率变换器 - Google Patents

Abstract

一种风力发电用的交直流功率变换器,它包含有驱动器,电流传感器及控制电源在内的直流斩波电路,其特征是:将风力发电送来的交流电,直接经过由二极管组成的三相不可控整流桥整流成直流电压后输往直流斩波电路。其特点是:改善了交流侧功率因数,从而提高了出力;另外降低了可运行的交流电压下限值,从而拓宽了发电运行范围,这两者所带来效果都是使发电量增加。

Description

风力发电用的交直流功率变换器

本实用新型涉及一种交直流功率变换器技术，特别是一种风力发电用的交直流功率变换器。

在现有功率不大的风力发电站中，对于受风力机驱动的永磁发电机所发出的交流电，采取先经过一台降压变压器后再由三相晶闸管半控桥整流成直流电压的方法，以供用户负载及与其相并联的蓄电池使用；但晶闸管移相控制所带来的交流侧功率因数低劣会迫使永磁发电机的出力严重下降，降压变压器的存在又抬高了可以运行的交流电压下限值，这两者所造成的后果都是使发电量减少。

本实用新型的目的是：提供一种交流侧功率因数得到改善，且可运行的交流电压下限值更低的风力发电用的交直流功率变换器。

在包括含有驱动器、电流传感器及控制电源在内的直流斩波电路的前提下，本实用新型的技术方案按层次分述如下(参见图1)：

将风力发电送来的交流电，直接经过由二极管组成的三相不可控整流桥21整流成直流电压后输往直流斩波电路22：设有控制电路，控制电路含有第一电路31。

控制电路由第一电路31、第二电路32和第三电路35组成；第一电路31的输出L1送往第二电路32，第一电路31的第一输入L5来自第三电路35，第一电路31的第二输入L6来自电流传感器07，第二电路32的输出L2送往驱动器06。

第二电路32由第四电路33和第五电路34组成；第四电路33的第一输入即是第二电路32的输入L1，第四电路33的第二输入L4来自第五电路，第四电路33的第一输出即是第二电路32的输出L2，第四电路33的第二输出L3送往第五电路34。

下面结合附图对本实用新型进一步作详细说明。

图1是电路方框图。

图2是主电路。

图3是主电路波形图。

图4是控制电路结构图。

在图1的电路方框图中，有关标记的含义及连接情况均已在前面进行了说明。

在图2中，风力发电送来的交流电，经过二极管18A～18F组成的三相不可控整流桥21整流成直流电压V1后输往直流斩波电路22。

在直流斩波电路22中：器件01为自关断功率器件，如IGBT绝缘栅双极晶体管或IGCT集成门极换流晶闸管，此处选用IGBT绝缘栅双极晶体管。驱动器06为富士公司产品EXB841型，脚14接公共地，脚15的输入L2则来自图4o电流传感器07为北京莱姆公司产品BLT型，脚M经电阻13接公共地，脚M的输出L6则送往图4。输入滤波电容04跨接在器件01集电极与电源负端即公共地之间。当器件01导通时，输入电流i1流经器件01，电感03，电流传感器07和由用户负载19、蓄电流组20及输出滤波电容08并联组成的负载到公共地而构成回路，此时输出电流i2等于输入电流i1；当器件01截止时，输入电流i1为零，而输出电流i2经返流二极管02继续流通，负载端电压为V2，并在其正端引出L7到图4中。阻容缓冲电路如下构成，器件01的集电极经二极管10、电容器11到器件01的发射极，另有电阻12与二极管10相并联。由蓄电池组20中抽出一18～26伏端头与稳压器08(μA7812型)的脚I相接，而其脚C接公共地，其脚0输出正电源V+并送往图4中，另脚I与脚0分别经滤波电容09A和09B接公共地。

在图3中示出了输入电流i1及输出电流i2的时间t波形，并有下列关系式成立。 $\frac{T1}{T1+T2}=\frac{V2}{V1}....\left(1\right)$ $T2=\frac{\mathrm{L\Δi}}{V2}......\left(2\right)$

有关以上符号的补充说明：T1为器件01的导通时间；T2为器件01的截止时间；Δi为电流脉动量；iP为峰值电流；L为电感03的电感值。

在图4中：器件41为LM339型比较器；器件46为NE555型时基器；器件70为LM324型运算放大器。

在第一电路31内，器件41的脚3与来自图2的正电源V+相接；脚12接公共地；脚6经电阻43与第一电路31第一输入L5相接；脚7经电阻45与第一电路31第二输入L6(来自图2)相接；脚7另经电阻44与公共地相接；脚1经电阻42与正电源V+相接，脚1即第一电路31的输出L1。

在第二电路32内的第四电路33中的器件46上，脚8与正电源V+相接；脚4经电阻49与正电源V+相接，脚4另经电容51接公共地，开关50则与电容51并连，当开关50分开时器件46进入工作，当开关50闭合时，器件46停止工作；脚1接公共地；脚5经电容47接公共地；脚7经电阻48接正电源V+，脚7同时即是第四电路33的第一输出也就是第二电路32的输出L2；脚3为第四电路33的第二输出L3；脚2为第四电路33的第二输入L4。

在第二电路32内的第五电路34中，来自第四电路33的第二输出L3经二极管52的阳极和阴极及电容54接公共地；二极管52的阴极向外引出作为：第四电路的第二输入L4；此外有可调电阻53与二极管52相并接。

在第三电路35内，当采用第一给定电路时，正电源V+经电阻55，电位计56和电阻57后接公共地，电位计56中间抽头与端子N1相接，端子N1并经电容58接公共地；端子NO仅与端子N1相连；由端子NO向外引出L5作为第一电路的第一输入。

当器件46的脚7为高电位时，使图2中器件01导通，输入电流i1开始上升，此时器件46的脚3也为高电位使电容54充满电，因之器件46的脚2也为高电位；一旦输入电流i1上升到峰值电流ip时，器件41的脚7电位高于脚6电位使器件41的脚1电位迅即变高，传到器件46的脚6后使其翻转，使器件46的脚7与脚3均变成低电位，导致器件01截止，同时电容54经可调电阻53放电，一旦器件46的脚2电压下降到动作阀值时，这段时间称作截止时间T2，器件46又翻转到开始状态即脚7与脚3又变成高电位，如此一个个工作周期反复逐波进行。截止时间T2的长短可通过可调电阻53进行调整。

当采用第二给定电路时端子NO仅与N2连通，在器件70中：脚1与端子N2相接；脚4接正电源V+；脚11接公共地；脚1与脚2之间接有电阻59与电容60相并联的回路；脚3经电阻64，电阻61下端和电阻61上端接正电源V+，另电阻61下端又经稳压管62阴极和阳极接公共地，另有电容63与稳压管62并联；脚2经电阻69接电位计66中间抽头，电位计66中间抽头又经电容68接公共地，电位计66下端经电阻67接公共地，电位计66上端经电阻65接来自图2中的L7。如此构成输出电压V2闭环比例积分PI控制。

当采用第三给定电路时，端子NO仅与N8连通，N8端子备用户接上位机来的信号之用。

用户可在第一给定电路、第二给定电路与第三给定电路等三种给定电路中，任选一种给定电路作第三电路使用。

与现有技术比较，本实用新型的优点如下：

(1)由于采用三相不可控整流桥，从而交流侧功率因数得到了显著改善，提高了出力，增加了发电量；

(2)由于取消了降压变压器，从而降低了可运行的交流电电压下限值，拓宽了发电运行范围，即从另一个方面来增加了发电量；

(3)实行电流峰值的逐波控制，从而增强了工作可靠性；

(4)工作频率高，可由数千赫芝到上万赫芝，控制快速，从而为实现高性能控制铺平了道路。

Claims (7)

1、一种风力发电用的交直流功率变换器，它包括含有驱动器、电流传感器及控制电源在内的直流斩波电路，其特征在于：将风力发电送来的交流电，直接经过由二极管组成的三相不可控整流桥整流成直流电压后输往直流斩波电路；设有控制电路，控制电路含有第一电路。

2、根据权利要求1所述的交直流功率变换器，其特征在于：

所说的控制电路由第一电路、第二电路和第三电路组成；第一电路的输出送往第二电路，第一电路的第一输入来自第三电路，第一电路的第二输入来自电流传感器；第二电路的输出送往驱动器。

3、根据权利要求2所述的交直流功率变换器，其特征在于：所说的第二电路由第四电路和第五电路组成；第四电路的第一输入即是第二电路的输入，第四电路的第二输入来自第五电路，第四电路电路的第一输出即是第二电路的输出，第四电路的第二输出送往第五电路。

4、根据权利要求2所述的交直流功率变换器，其特征是，在所说的第一电路内：器件(41)的脚3与正电源(V+)相接，脚12接公共地，脚6经电阻(43)与第一电路的第一输入相接，脚7经电阻(44)与公共地相接，脚1经电阻(42)与正电(V+)相接，脚1即第一电路的输出，脚7经电阻(45)与第一电路的第二输入相接。

5、根据权利要求3所述的交直流功率变换器，其特征在于，在所说的第四电路中：器件(46)的脚8与正电源(V+)相接，脚4经电阻(49)与正电源(V+)相接，脚4另经电容(51)接公共地，开关(50)与电容(51)并连，脚1接公共地，脚5与经电容(47)接公共地，脚7经电阻(48)接正电源(V+)，脚7同时即是第四电路的第一输出也就是第二电路的输出，脚3为第四电路的第二输出，脚2为第四电路的第二输入。

6、根据权利要求3所述的交直流功率变换器，其特征在于，在所说的第五电路中：来自第四电路的第二输出经二极管(52)的阳极和阴极及电容(54)接公共地，二极管(52)的阴极向外引出作为第四电路的第二输入，此外有可调电阻(53)与二极管(52)相并接。

7、根据权利要求2所述的交直流功率变换器，其特征在于，所说的第三电路是第一给定电路或第二给定电路或第三给定电路。

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