[发明专利]一种励磁控制电路及其电励磁风电系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种励磁控制电路以及包含该励磁控制电路的电励磁风电系统。

背景技术

当前，随着能源危机与环境问题的日益突出，世界各国都在大力发展风力发电、太阳能发电等可再生能源事业。以风力发电为例，从失速型风电系统到变速恒频风电系统，从有齿轮箱的风电系统到无需齿轮箱的直驱型风电系统，我国风电的装机容量也在快速增长。尤其是，随着目前风力发电机的单机容量不断增大，变速恒频技术逐渐占据了主导地位。由于齿轮箱是目前兆瓦级风电机组中损坏率较高的部件，无齿轮箱的直驱式风电系统因噪音低、机组运行时间长、运行维护成本较低等优势受到了更多的关注和发展。

一般来说，直驱式风电系统主要包括永磁和电励磁两种方式。然而，当前稀土材料的价格昂贵，直接导致了永磁式风电系统的制造成本增加。相比之下，电励磁式风电系统逐渐成为专业技术人员研发的主流趋势。

现有技术中，一种电励磁式风电系统结构是在于，藉由单组的背靠背变流器(由机侧变流器和网侧变流器构成)的直流母线来提供一DC-DC转换器的输入电压，并由该DC-DC转换器经降压处理来输出一合适的直流电压从而对励磁装置进行供电。然而，当该DC-DC转换器出现运行故障时，风机很可能会突然失磁以致造成转矩消失，变流器无法提供制动转矩给风机，使风电系统中的组件损坏。另一种电励磁式风电系统结构是在于，藉由电网的交流电压，依次设置励磁主开关、工频变压器和可控整流桥来输出一整流后的直流电压直接提供励磁绕组或者给DC-DC转换器，再由该DC-DC转换器经降压处理来输出一合适的直流电压从而对励磁装置进行供电。然而，工频变压器的体积庞大，成本较高。更严重的是，当电网电压跌落或电网掉电时，DC-DC转换器的直流输入电压消失，风机也会突然失磁以致造成转矩突变。

由上述可知，现有的电励磁式风电系统或多或少地存在风机突然失磁而导致转矩丢失的情形，大大降低了电励磁的可靠性和系统运行的稳定性。有鉴于此，如何设计一种可靠的励磁控制电路，以提升励磁装置的工作稳定性，确保磁场不会立即消失，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

针对现有技术中的电励磁风电系统所存在的上述缺陷，本发明提供了一种励磁控制电路以及包含该励磁控制电路的电励磁风电系统。

依据本发明的一个方面，提供了一种用于电励磁风电系统的励磁控制电路，包括：

多个全功率变换器，每一全功率变换器包括：

一机侧变流器，具有一交流侧和一直流侧，所述交流侧电性连接至一风机，所述直流侧并联连接至一母线电容；以及

一网侧变流器，具有一交流侧和一直流侧，所述交流侧电性连接至一交流电网，所述直流侧并联连接至所述母线电容；

一直流励磁模块，包括多个DC-DC转换器，每一DC-DC转换器的输入接口电性耦接至相应全功率变换器的所述母线电容，每一DC-DC转换器的输出接口彼此并联且电性耦接至一励磁装置，并藉由所述励磁装置提供所述风机在励磁时所需的励磁电流；以及

一控制模块，用于控制或切换所述多个DC-DC转换器中的任一DC-DC转换器正常工作。

优选地，所述励磁控制电路还包括一交流励磁模块，具有彼此串联连接的一励磁开关和一相控整流桥，所述励磁开关连接至所述交流电网，所述相控整流桥的输出端与所述直流励磁模块的输出端并联连接，所述控制模块控制所述励磁开关的闭合与断开。更优选地，交流励磁模块和直流励磁模块互为冗余，以及所述多个DC-DC转换器中的任意两个DC-DC转换器互为冗余。

在一具体实施例中，当交流电网的电压跌落或掉电时，所述励磁控制电路利用所述直流励磁模块对所述励磁装置进行供电。

在一具体实施例中，当多个DC-DC转换器中的一DC-DC转换器出现运行故障时，控制模块输出一切换控制信号，以便多个DC-DC转换器中的另一DC-DC转换器对所述励磁装置进行供电。可替换地，当所述多个DC-DC转换器中的一DC-DC转换器出现运行故障时，所述控制模块输出一开关控制信号，以闭合所述励磁开关从而利用所述交流励磁模块对所述励磁装置进行供电。

优选地，每一DC-DC转换器的输入接口与对应的母线电容之间还包括反向连接的二极管。

优选地，每一DC-DC转换器的输入端具有一滤波单元，以滤除所述母线电容至所述输入端之间的电缆上的电压干扰。

优选地，所述网侧变流器的交流侧与所述交流电网之间还包括一第一共模抑制单元，以抑制共模电流。