[发明专利]适用于双馈风力发电系统的混合变流设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种适用于双馈风力发电机组的变流设备及方法。

背景技术

对双馈风力发电机组而言，由于其转子能量的双向流动性，需要转子侧变流器为双向变流器。目前可用于双馈风力发电系统的变流器拓扑结构主要是交直交变流器(AC-DC-AC Converter)，根据其中间直流储能环节的不同可分为电压源型交直交变流器(Voltage Source Converter，简称VSC)和电流源型交直交变流器(Current Source Converter，简称CSC)。

VSC的特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，系统的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压源型交直交变流器，其输出电压波形为矩形波而电流波形近似正弦波；CSC特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型交直交变流器，其输出电流波形为矩形波而电压波形近似正弦波。

由于VSC具有结构简单，损耗较低和控制方便等特点，并且储能元件电容相对于电感而言，储能效率和储能器件的体积、价格等都具有明显的优势，因此一直成为变频器的研究重点，但VSC的开关器件在导通过程中会在在交流端产生较大的电压应力，交流侧电压变化率大，这会影响到电机的绝缘性能，通常需要在其交流端增加滤波器以抑制较大的电压变化率。随着高温超导技术突破性的应用与发展，CSC在超导储能中取得了成功应用。由于超导线圈损耗极低，并且可以直接作为CSC的直流侧储能电感，同时由于超导系统中储能线圈具有良好的电流保护性能，相对于VSC而言，CSC更为适合用于交直交变流器中。在故障情况下，尤其在电网电压跌落或者恢复过程中，CSC的直流电感能够限制流过功率器件的电流变化率，保持直流电流稳定，从而起到保护功率器件的作用；但CSC也存在不足之处，当采用方波调制时变流器的输出含有较丰富的低次谐波，并且由于双馈电机转子漏感的作用能够产生威胁到电机绝缘安全的尖峰电压，为此在大多数此类变换器中在其输出端装有并联电容器，用于吸收尖峰电压，当采用PWM调制时也需要在其输出端并联电容器用于吸收纹波电流。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于双馈风力发电机组的变流设备。

本发明的另一目的是提供一种适用于双馈风力发电机组的变流方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种适用于双馈风力发电系统的混合变流设备，包括：

双馈风电机组；

主变压器；

连接在发电机转子侧与主变压器低压侧之间的电压源型交直交变流器VSC；

连接在发电机转子侧与主变压器低压侧之间的电流源型交直交变流器CSC；

其中利用所述CSC和VSC进行混合变流，其CSC作为主变流器承载大部分流通电流，其VSC作为辅助变流器承载小部分流通电流。

本发明的设备利用电压源型变流器和电流源型变流器的优点，既降低开关损耗，又减少了低次谐波含量，同时还加快了系统响应时间和抑制了交流侧电流的震荡。

优选地，所述CSC的调制频率低于所述VSC的调制频率。

优选地，所述CSC采用方波调制，所述VSC采用PWM调制。

优选地，所述VSC并联连接所述CSC，用于旁通低次谐波成分。

优选地，所述VSC承载的流通电流为CSC承载的流通电流的25％至15％。

优选地，所述CSC包括：

其交流侧连接发电机转子侧的电流源型机侧变流器；

其交流侧连接主变压器低压侧的电流源型网侧变流器；以及

串联在电流源型机侧变流器直流侧与电流源型网侧变流器直流侧之间电流通道上的直流电感器。

优选地，所述VSC包括：

其交流侧连接发电机转子侧的电压源型机侧变流器；

连接电压源型网侧变流器交流侧与主变压器低压侧间的交流电感器；

电压源型网侧变流器，其交流侧经由交流电感器连接主变压器低压侧，其直流侧两端连接电压源型机侧变流器直流侧两端；以及

并联连接电压源型机侧变流器直流侧两端和电压源型网侧变流器直流侧两端的电容器。

根据本发明第二方面，提供了一种适用于双馈风力发电系统的混合变流方法，所述双馈风力发电系统包括双馈风电机组和主变压器，所述方法包括以下步骤：

将电压源型交直交变流器VSC连接在发电机转子侧与主变压器低压侧之间；