[发明专利]直驱型永磁同步电机风力发电功率变换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种直驱型永磁同步电机风力发电系统。特别是涉及一种可以为电网提供高质量电能的直驱型永磁同步电机风力发电功率变换装置。

背景技术

随着常规化石类能源的日益短缺以及大众环保意识的提高，风能作为一种最重要的可再生能源已经被广泛的用于发电。风力发电机向大型化方向发展的过程中，风机与发电机直接联接驱动链结构越来越受到人们的重视，为提高系统效率，通常使用直驱型永磁同步风力发电机。直驱型永磁同步风力发电机虽然成本较高，但是它放弃了传统的高速风力发电机中的升速齿轮箱，可靠性增高，维修量减小，它已成为倍受青睐的发展方向之一。

直驱型永磁同步风力发电机输出电压的幅值和频率都随风速的变化而变化，直驱型永磁同步电机风力发电系统就要在尽量最大限度地捕获风能的情况下，将永磁同步发电机发出的电压和频率都随风速不断变化的交流电能变换成电压和频率都恒定的三相交流电输送到电网。这就需要一套性能良好的功率变换装置，希望其具有安全、可靠、高效、经济等特点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以为电网提供高质量电能的直驱型永磁同步电机风力发电功率变换装置。

本发明所采用的技术方案是：一种直驱型永磁同步电机风力发电功率变换装置，是由主电路和控制主电路的控制单元构成，所述的主电路包括有：风机，通过联轴器与风机同轴相连的永磁同步发电机，与永磁同步发电机相连的二极管整流器，与二极管整流器相并联的升压斩波电路，与升压斩波电路相并联的滤波储能电容器C和三相逆变器，与三相逆变器相连的三相变压器或三相滤波储能电感，以及与三相变压器或三相滤波储能电感相连的断路器；所述的升压斩波电路是由电路结构完全相同的第一升压斩波电路和第二升压斩波电路构成，所述的第一升压斩波电路和第二升压斩波电路的输入端和输出端分别并联在一起。

所述的控制单元包括有，通过电压传感器和电流传感器分别与第一升压斩波电路和第二升压斩波电路相连、接收其电压信号和电流信号的模拟信号滤波放大电路；以及通过电压传感器和电流传感器与三相逆变器输出相连、接收其电压信号和电流信号的模拟信号滤波放大电路；分别与模拟信号滤波放大电路和模拟信号滤波放大电路相连的含有模/数转换器、编写有特定的功率控制软件和PWM控制信号输出接口的数字信号处理器，输入端与数字信号处理器的PWM控制信号输出接口相连而输出端分别与第一升压斩波电路和第二升压斩波电路、三相逆变器相连的PWM驱动信号放大隔离电路。

所述的第一升压斩波电路和第二升压斩波电路的构成是：电感L1/L2的一端连接二极管整流器的正输出端，另一端分别连接二极管D1/D2的阳极及功率开关管VT1/VT2的集电极，二极管D1/D2的阴极连接电容器C的一端；功率开关管VT1/VT2的发射极接地，功率开关管VT1/VT2的基极连接控制单元的PWM驱动信号放大隔离电路。

所述的驱动第一升压斩波电路中的功率开关管VT1和第二升压斩波电路中的功率开关管VT2的PWM脉宽调制信号是由两个电流闭环控制生成的，在时间上互差二分之一周期，即在相位上互差180°。

所述的主电路中的升压斩波电路还可以是由大于等于2的N个相同的升压斩波电路相并联构成，驱动N个并联升压斩波电路中的N个功率开关管的PWM脉宽调制信号是由N个电流闭环控制生成的，在时间上互差N分之一周期，即在相位上互差360°/N。

本发明的直驱型永磁同步电机风力发电功率变换装置，两个升压斩波电路中驱动每只功率开关管的PWM脉宽调制信号是由两个电流闭环控制生成的，两个PWM脉宽调制信号在时间上互差二分之一周期，即在相位上互差180°。由于降低了升压斩波电路中功率开关器件的容量，便于功率开关器件的选型、安装和散热；同时，在不增加升压电路功率开关器件开关频率的情况下，降低整流器输出电流和发电机定子电流纹波，发电机的附加损耗低，电磁转矩脉动小，振动噪音低，系统效率高。

附图说明

图1是本发明的系统构成与主电路原理示意图；

图2是图1中控制单元的构成框图；

图3是两个并联的升压斩波电路控制驱动信号形成原理示意图；

图4是两个并联的升压斩波电路功率开关管驱动信号的波形图；

图5是三相逆变器输出功率控制原理的示意框图。

其中：

1：第一升压斩波电路     2：第二升压斩波电路

3：数字信号处理器       4：模拟信号滤波放大电路

5：模拟信号滤波放大电路 6：PWM驱动信号放大隔离电路

具体实施方式