[实用新型]电能转换器系统及风力机发电系统

说明书

技术领域

本实用新型总体上涉及一种转换器系统，确切地说，涉及包括变压器的替代电能转换器系统，所述变压器带有用于共模电流生成的磁通量的单独通路。 

背景技术

由于世界广泛关注使用化石燃料产生能量的不利结果，替代或可再生能量技术正不断发展。风能就是一个广受欢迎的可再生能量。风能的使用包括将风能转换成更为实用的能量形式，例如电能。 

在风力机中，通过风推动与转子相连的多片叶片来发电。风致使叶片旋转，并进而推动转子轴旋转，转子轴连接到用于发电的发电机。转子可以安装在外壳或机舱内，所述外壳或机舱置于构架或管状塔筒（有时高达300英尺）的顶部。公用级风力机（例如，被设计成向公用电网供电的风力机）可以包括大型转子（例如，直径为100或以上英尺）。这些转子的叶片可以将风能转换成驱动一个或多个发电机的旋转扭矩或力，所述发电机以旋转方式通过齿轮箱连接到转子。齿轮箱可以用于为发电机加快风力机转子固有的低旋转速度，以便有效地将机械能转换为电能，然后提供到公用电网。一些风力机所使用的发电机直接连接到转子而不使用齿轮箱。风力机中可以使用各种类型的发电机。 

风力机可以包括电能转换器系统。电能转换器系统通常用于将输入电流转换为所需的输出频率和电压电平，所述输入电流可以是固定频率交流电、可变频率交流电，或者直流电。转换器系统通常包括若干功率半导体开关，例如绝缘栅双极晶体管（IGBT）、集成栅换向晶 闸管（IGCT或GCT），或者金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），这些开关以特定频率打开，以生成所需的转换器输出电压和频率。所述转换器输出电压随后提供到多个负载。本说明书中所述的“负载”意图广泛地包括电动机、电力网和电阻性负载等。 

随着风力机所需的功率电平升高，一些风力机系统可能需要一起并行运行的多个电能转换器来获得所需的额定功率。 

图1是包括多个并行转换器的传统电力系统的示意图。电力系统100可以配置用于将电力提供给负载120。供应的电力可以由发电机105产生，随后提供给电能转换器系统110。电能转换器系统110可以包括转换器110-1至110-N。转换器110-1至110-N可以并行连接，并且配置用于从发电机105接收电力。电能转换器系统110可以转换所接收的电力，并且将其通过给负载120。负载120可以包括电力网、电动机、电阻性负载等。 

电力系统100还可以包括转换器控制系统115。转换器控制系统115可以配置用于为电力系统100的操作提供控制信号。转换器控制器系统115可以连接到电能转换器系统110，并且配置用于根据预定开关模式驱动电能转换器系统110。由转换器控制系统115提供的预定开关模式可以实现多个并行转换器的同步选通，或者可以通过相移选通信号为每个转换器线程提供一种交错控制方式，以便降低总体的开关谐波分量，原因是消除了相移开关波形。 

在电能转换器系统110内运行的多个转换器可以提供高可用性和低失真。但是，使用多个并行转换器的电力系统可以形成在并行转换器之间流动的共模电流，因而需要提供共式扼流圈，或者以其他方式隔离发电机侧或者线路侧的转换器，以便中断转换器之间共模电流通路。 

如图2所示，在一些传统电力系统200中，使用共式扼流圈来保护负载120和发电机105。在此类现有电力系统200中，电能转换器系统110包括发电机侧的扼流圈205、直流（DC）链路215、负载侧 扼流圈220和并行转换器210。发电机侧扼流圈205和负载侧扼流圈220抑制连接这两个转换器210的共模电流。 

但是，此传统解决方案可能十分昂贵且可靠性不足。此外，还需要考虑到电弧闪光事件的可能性，因为随着系统功率电平的提高，这些事件变得更为普遍。 

因此，随着电力系统所需的功率电平提高，需要提供具有一起运行的多个电能转换器的电力系统，随后，还需要通过适当的方式来优化并保护此类系统。根据本实用新型，这可以通过将多个并行转换器与多芯柱主变压器相组合。 

实用新型内容

本实用新型的实施例可以解决上述的一些或全部需求。根据一个示例性实施例，本实用新型提供一种能源电能转换器系统。所述电能转换器可以包括：多个并行转换器；主变压器，所述主变压器具有至少一个单独的磁路，所述磁路用于变压器中由多个并行转换器中的电流总和产生的磁场，所述主变压器电连接到多个并行转换器；以及转换器控制装置，所述转换器控制装置电连接到多个并行转换器。所述转换器控制装置可以配置用于至少部分基于对电气故障条件的检测而中断系统中的电流。