[发明专利]一种励磁控制电路、控制方法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、控制方法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，本发明提供了一种新颖的励磁控制电路、控制方法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：

至少一变流器，设置在一交流电网和一风机之间，用于将所述风机产生的交流电转换为与所述交流电网同步的交流电；以及

至少一AC/DC变换模块，其输入侧电连接至所述变流器与所述风机之间，其输出侧耦接至一励磁装置，所述AC/DC变换模块用于将所述风机产生的交流电转换为一直流电压，藉由所述直流电压提供所述风机在励磁时所需的励磁电流。

在一实施例中，所述变流器包括：一机侧变流器，用于将所述风机产生的交流电整流为一直流电；以及一网侧变流器，用于将所述直流电逆变为与所述交流电网同步的交流电，其中，所述网侧变流器藉由一直流母线电容器电连接至所述机侧变流器。

在一实施例中，所述AC/DC变换模块包括一整流电路和一DC/DC变换器，所述DC/DC变换器用于对所述整流电路输出的整流电压进行DC/DC变换处理。

在一具体实施例中，所述变流器和所述风机藉由一第一滤波单元电连接至所述整流电路，以对所述风机产生的交流电进行滤波。此外，所述整流电路与所述DC/DC变换器之间还包括一第一缓冲单元，所述第一缓冲单元由一缓冲电阻和一开关元件并联构成。

在另一具体实施例中，所述整流电路藉由一第二滤波单元电连接至所述DC/DC变换器，以对整流输出电压进行滤波。此外，所述整流电路与所述DC/DC变换器之间还包括一第二缓冲单元，所述第二缓冲单元由一缓冲电阻和一开关元件并联构成。

在一实施例中，所述励磁控制电路还包括一DC/DC变换模块，用于对所述AC/DC变换模块输出的所述直流电压进行升压或降压处理，以获得与所述励磁电流相对应的一励磁电压。

在一实施例中，所述至少一变流器包括一第一和第二变流器，所述至少一AC/DC变换模块包括一第一和第二AC/DC变换模块，其中，所述第一变流器电连接所述第一AC/DC变换模块，所述第二变流器电连接所述第二AC/DC变换模块，并且所述第一和所述第二AC/DC变换模块互为冗余。

此外，所述变流器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。