[发明专利]一种变流器功率模块复用系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种变流器功率模块复用系统，包括变流器及机网侧复用模块，机网侧复用模块的直流端与直流母线连接；机网侧复用模块的交流端通过第一开关K1与电网相连，通过第二开关K2与机侧变换器并联，当机网侧复用模块与网侧变换器并联，增加网侧变换器的输出能力；当机网侧复用模块与机侧变换器并联，增加所述机侧变换器的输出能力；该变流器功率模块复用系统可降低变流器配置容量，降低成本，实现在某些机网侧容量需求不相等的情况下，在线配置机网侧复用模块容量，增加变流器模块的输出能力，使机网侧复用模块可以根据不同工况的需要，灵活选择出力点，实现方法简单。

技术领域

本发明及电力电子控制技术领域，尤其涉及一种变流器功率模块复用系统及控制方法。

背景技术

随着化石能源的减小，新能源发电迅速崛起，风力发电因其用之不竭、污染小、基建周期短，分布范围广，装机规模灵活，运行维护成本低等，而在发电端已经占有一席之地。而转子绕组接交流器并网的双馈感应发电机(Doubly-Feed Induction Generator,DFIG)又因其容量小，成本低，具有可变速恒频发电等优势而得到了快速的发展。

DFIG的电路结构：定子绕组接工频电网，转子绕组接交(网侧变换器)-直(母线)-交(机侧变换器)双向变流器的机侧变换器；DFIG变流器的工作原理：在转速变化的情况下，该变流器根据电机转差率s对转子绕组的频率、幅值、相位或相序等进行合理控制，可以使定子输出频率保持一定不变，即使定子频率和电网频率保持一致。

随着风力发电平价时代的到来，DFIG在各个转速短发电量的提升将是一个必然的趋势，而发电机在同步速工况下，功率发太大会对双馈变流器的稳定运行带来极大的风险，其主要原因还是由于机侧变换器模块在这种工况下极易造成硬件失效。

双馈风机在同步转速下功率发太大的风险主要在于：在同步转速下，定子电压频率即为电网频率，满足并网需求，机侧变换器需给双馈电机转子侧提供直流电流，机侧变换器工作在降压式变换电路模式下，此时，机侧变换器上桥臂或下桥臂在整个同步转速状态中都一直处于开通或关断的状态，导致IGBT器件承受了更大的应力。

针对上述问题，目前常用的方法主要包括：同步转速下运行时，降低功率输出，从而减小对机侧变换器的影响。但该方法会减小发电量；也可通过对同步转速下电流进行合算，再根据计算结果增加机侧变换器容量，这样会造成成本增加。

除上述所述问题外，现有双馈网侧容量只有机组额定容量的1/3，因此，在需要网侧静态无功支持时，就会产生网侧扩容需求。

上述问题，不仅仅局限于双馈变流器，包括全功率或其他变流器在低频时也会遇到该问题。

因此亟需一种可降低机网侧变换器配置容量、降低成本、减小损耗、提高效率、输出更加灵活，并且可实现在低频时，增加变流器模块的输出能力，实现低频不降额运行或者超额运行的新型电路。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明要解决的技术问题是提出一种变流器功率模块复用系统，该变流器功率模块复用系统及控制方法可降低机网侧电流配置容量、降低成本；也可实现在低频时增加变流器模块的电流输出能力；可实现网侧静态无功支持时，增加网侧变换器的输出能力；机网侧复用模块可根据不同工况的需要，灵活选择出力点，实现方法简单，减小了损耗，提高了效率，灵活输出。

本发明提供一种变流器功率模块复用系统，包括变流器，所述变流器包括网侧变换器及机侧变换器以及将网侧变换器及机侧变换器连接的直流母线；还包括机网侧复用模块，所述机网侧复用模块的直流端与直流母线连接；所述机网侧复用模块的交流端通过第一开关K1与电网相连，通过第二开关K2与机侧变换器并联后连接发电机转子侧，所述发电机的定子侧与电网相连；在不同工况下，所述机网侧复用模块通过控制第一开关K1及第二开关K2的通断，当所述机网侧复用模块与所述网侧变换器并联，增加所述网侧变换器的输出能力；当所述机网侧复用模块与所述机侧变换器并联，增加所述机侧变换器的输出能力。