[发明专利]变流器、直驱风力发电机组和输电系统

说明书

本发明实施例提供了一种变流器、直驱风力发电机组和输电系统。该变流器包括三个级联功率串，每个级联功率串包括N个RMC，N≥3；每个RMC包括一组三相输入端、第一交流输出端子和第二交流输出端子，每个级联功率串中相邻两个RMC中的上一个RMC的第二交流输出端子与下一个RMC的第一交流输出端子连接，每个级联功率串的第一个RMC的第一交流输出端子作为每个级联功率串的第一输出端，每个级联功率串的最后一个的第二交流输出端子作为每个级联功率串的第二输出端；三个级联功率串的第一输出端之间形成星点连接，三个级联功率串的第二输出端构成变流器的三相输出端。根据本发明实施例，可提升变流器的输出电压，减少能量转换级数，提高能量转化效率。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种变流器、直驱风力发电机组和输电系统。

背景技术

随着能源危机的加剧，新能源的开发与利用已成为研究的热点，风电是目前具有大规模开发潜能的可再生能源。风力发电机组是将风能转换为机械能，机械能带动发电机转子旋转，最终输出交流电的电力设备。由于我国风资源分布比较集中，风电开发采用了大规模、高度集中接入和远距离传输的模式。

为了保证风力发电机组输出的低压交流电的电压稳定性，通常将风力发电机组输出的低压交流电能先通过变流器的整流转变成直流电能，再经过变流器的逆变电路将直流电能转变成交流电后，再经过升压变压器升压转换成较高电压等级的中压交流电压。由于现有变流器的能量转换级数多、开关数量多，造成整个风力发电机组输电系统的电能转换效率低、可靠性差。此外，由于低压变流器输出的电压较低，电流较大，需要使用大量电缆进行传输，造成整机系统的损耗较大。

发明内容

本发明实施例提供了一种变流器、直驱风力发电机组和输电系统，提高了变流器的输出电压，降低了输出电流，减少了能量转换级数，提升了风力发电机组的电能转换效率和可靠性。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种变流器，该变流器包括三个级联功率串，每个级联功率串包括N个精简矩阵变换器(reduced matrix converter，RMC)，N≥3；每个RMC包括一组三相输入端、第一交流输出端子和第二交流输出端子，每个级联功率串中相邻两个RMC中的上一个RMC的第二交流输出端子与下一个RMC的第一交流输出端子连接，每个级联功率串的第一个RMC的第一交流输出端子作为每个级联功率串的第一输出端，每个级联功率串的最后一个RMC的第二交流输出端子作为每个级联功率串的第二输出端；三个级联功率串的第一输出端之间形成星点连接，三个级联功率串的第二输出端构成变流器的三相输出端。

根据本发明实施例的一个方面，每个RMC为三相六桥臂结构，每个桥臂包括两个绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，两个IGBT的发射极连接，每相的上桥臂的一个集电极与下桥臂的一个集电极连接，构成RMC的一组三相输入端中的一相输入端；三相的上桥臂的另一个集电极相互连接构成RMC的第一交流输出端子，三相的下桥臂的另一个集电极相连接构成RMC的第二交流输出端子。

根据本发明实施例的一个方面，每个RMC的一组三相输入端与直驱风力发电机的一组三相输出端对应连接。

根据本发明实施例的一个方面，直驱风力发电机包括转子和定子，定子上设置有3N个绕组，每三个绕组构成直驱风力发电机的一组三相输出端，直驱风力发电机的N组三相输出端分别与每个级联功率串的N个RMC的三相输入端对应连接。

根据本发明实施例的一个方面，变流器的三相输出端与升压变压器的低压端连接。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种直驱风力发电机组，直驱风力发电机组包括直驱风力发电机、本发明一个方面中任一实施例的变流器、升压变压器和整流器；