[发明专利]大功率风电变流器储能电容充电电路

说明书

技术领域

本发明属于风力发电设备，涉及一种大功率风电变流器储能电容充电电路。

背景技术

在风力发电系统的电压型PWM大功率整流器(VSR)主电路中，如附图1所示，直流侧包括由IGBT功率单元构成的机侧整流电路01，机侧整流电路经过机侧开关连接发电机02，交流侧则包括由IGBT功率单元构成的网侧逆变电路03，网侧逆变电路经过LCL滤波电路04和网侧开关连接电网05。在直流侧通常会采用储能电容06进行直流储能，储能电容既可以缓冲交流侧与直流侧负载间的能量转换，稳定VSR直流侧电压，也可以抑制直流侧谐波电压。但是在大功率MW级风电变流器中，直流侧电压达到1000VDC，如果变流器开始工作时将这种阶跃电压将直接加载在储能电容两端，将严重损害储能电容寿命，尤其是对于电解电容作为储能电容的场合。所以在大功率MW级变流器工作前通常会对储能电容进行预充电，以保护储能电容。

由于直驱风力发电变流器所接电网额定线电压690V，通常考虑储能电容的预充电问题时都会利用电网电压对电容进行充电，现有的变流器储能电容预充电方案是对两相电网电压进行整流对电容充电，如附图2所示。其在变流器开始工作前，先开通充电回路07，对储能电容进行预充电，然后关断充电回路，使变流器开始正常工作，这种充电回路属于单相桥式不可控整流电路。该电路和方法是目前MW级变流器主流充电方法，其缺陷是：1、充电时间长；2、充电电流中谐波电流成分很大，虽然不会影响储能电容的性能，但是会产生附加的谐波损耗，降低设备的效率，并且有可能使储能电容两端的电压、电流传感器出现计量不准确的现象；3、由于设置单独的整流模块，因而其充电回路成本较高。

发明内容

本发明所要解决技术问题是，提供一种电路结构简单、储能电容谐波电流小、充电时间短的大功率风电变流器储能电容充电电路。

本发明的大功率风电变流器储能电容充电电路包括有由连接在发电机和电网之间的机侧整流电路和网侧逆变电路；机侧整流电路由IGBT功率单元构成，并经过机侧开关连接发电机；网侧逆变电路由IGBT功率单元构成，并依次经过LCL滤波电路和网侧开关连接电网；机侧整流电路功率单元和网侧逆变电路功率单元之间的一对连接接点之间连接有储能电容；其特征是，在网侧开关处并联充电电阻，充电电阻由与其串联的充电开关控制其通断。

本发明在变流器未工作前，接通充电电阻，利用IGBT功率单元中IGBT开关管桥臂上原有的续流二极管对储能电容进行预充电，可以确保直流母线电压在变流器开始工作前，预先达到一个电容安全电压范围，延长电容使用寿命；其不仅电路结构简单、成本低，并且充电速度快、充电电压高、谐波抑制效果好。

附图说明

图1是现有的风电变流器电路原理图；

图2是现有的风电变流器储能电容充电电路原理图；

图3是本发明的风电变流器储能电容充电电路原理图。

具体实施方式

如图3所示，本发明的风电变流器储能电容充电电路具有与传统风电变流器系统相同的由IGBT功率单元构成的机侧整流电路11和网侧逆变电路13、机侧开关（图中未给出）、LCL滤波电路14、网侧开关18、储能电容16，此外，网侧开关处并联充电电阻19，充电电阻由与其串联的充电开关17控制其通断。

本发明工作过程中，在变流器未工作前，即机侧开关和网侧开关均断开时，接通充电电阻，通过电网电压，利用IGBT功率单元中IGBT开关管桥臂上原有的续流二极管对储能电容进行预充电，使直流母线电压在变流器开始工作前预先达到一个电容安全电压范围，然后再断开充电开关、启动变流器。