[发明专利]一种同步发电机用大功率等级的全功率风电并网变流器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种同步发电机用大功率等级的全功率风电并网变流器，属于风电新能源技术领域。

背景技术：

近十年来人类社会的发展已经步入了飞速发展的新时期，全球经济一体化的趋势日益明显。信息、能源和材料三大支柱产业是二十一世纪人类走向新文明的重要基石，而其中能源产业对经济的快速发展起着至关重要的作用。风力发电是目前新能源中技术比较成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式，具有占地少、无污染、建设周期短、装机规模灵活等优点，受到世界各国的广泛关注，在整个世界电力市场上呈现出强劲的发展势头。为了推动并网型风力发电的发展，国家发改委组织制定的《可再生能源中长期发展规划》中明确要求，2020年全国风电装机容量达到3000万千瓦。我们知道，并网型风力发电系统主要包括直驱式风力发电系统和非直驱式风力发电系统两种形式。其中，变速恒频交流励磁双馈式风力发电系统和直驱多极永磁电机风力发电系统是这两种风力发电系统的典型代表，也是最有前景的风力发电方案，目前已经成为大功率风电机组的首选方案，同时也是我国风电设备制造业进军大功率风电市场的主攻方向。

非直驱式风力发电系统的风轮通过增速齿轮箱接发电机，然后通过变压器并入电网。而直驱式风力发电系统中风轮直接连接发电机，然后通过变流器并入电网。很显然，直驱式风力发电系统与非直驱式风力发电系统相比，省去了增速齿轮箱，这样不但减少了风力发电机的体积和重量，而且减少了对齿轮箱的日常维护工作，降低了风电系统的噪声、提高了机组寿命和低风速时高效率等多种优点，所以直驱式风力发电系统成了现代风力发电系统的发展趋势，而作为其并网核心部件的并网变流器性能的好坏对整个系统的正常运行起着至关重要的作用，因此直驱式并网变流器的研究成为了风电科技领域的研究热点。

直驱式风力发电机组的并网变流器的功率等级与发电机组相当，发电机发出的电能全部通过变流器转换为频率、电压恒定的交流电馈入电网，并通过对电机侧变流器电流的控制而控制电磁转矩，使之实现最大功率输出。与非直驱式风力发电系统相比，变流器在发电机组与电网之间使用，实现了发电机组与电网的隔离，转速与电网频率之间的耦合问题获得了很好的解决，也在一定程度上避免了因电网波动对发电机组稳定运行所带来的不利影响，同时，也减轻对电网得冲击，保障风电机组并网后电网可靠性和安全性。与双馈型机组（变流器容量通常为1/2～1/3风电机组的额定功率）相比，全功率变流器更容易实现低电压穿越等功能，更容易满足电网对风电并网日益严格的要求。

目前，直驱式风电机组中采用的发电机多为永磁同步发电机，图1是典型的永磁直驱式变速恒频风力发电系统的结构图，包括永磁同步发电机和全功率背靠背双PWM变流器。虽然，近年来随着永磁材料性能的不断提高，价格的下降，永磁同步电机的价格已经大大降低，逐渐变得被大众所接受，但是由于永磁材料本身的局限性，特别是，理论上永磁体在高温时存在失磁的风险，同时永磁材料的寿命问题也限制的其在风电领域的应用，因目前风电机组的设计寿命基本为20年，而目前永磁电机的使用寿命基本在10年左右。针对上述问题，利用电励磁同步发电机、直驱环形发电机来代替永磁发电机是本领域技术研发的重要方向。

发明内容：

本发明目的是提供一种同步发电机用大功率等级的全功率风电并网变流器，电路结构简单，降低风电设备的成本，解决背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种同步发电机用大功率等级的全功率风电并网变流器，它包含电机侧三相滤波电容单元、整流单元、升压斩波单元、逆变单元、电机励磁单元、网侧三相滤波电容单元，各单元之间依次匹配连接，其特别之处是：所述的整流单元由至少一个三相不控二极管整流单元构成或多个三相不控二极管整流单元并联连接构成；所述的升压斩波单元由至少一个升压斩波单元构成或多个升压斩波单元并联连接构成；所述逆变单元由至少一个三相全控逆变单元构成或多个三相全控逆变单元并联连接构成；所述的电机励磁单元由至少一个降压斩波单元或多个降压斩波单元并联构成。

风力机、同步发电机连接三相滤波电容单元，三相滤波电容单元连接整流单元，整流单元连接升压斩波单元，升压斩波单元同时连接逆变单元和电机励磁单元，其中逆变单元连接三相滤波电容单元，三相滤波电容单元连接并网变压器，并网变压器连接工频电网；电机励磁单元连接到同步发电机的转子端进行励磁。

先将六个二极管两两一组，然后将每组中的两个器件首尾相连成一相桥臂，最后将三相桥臂并联组成整流单元；组成中有多个整流单元，把多个桥臂的两端并联。