[发明专利]一种大功率直流输出风电机组拓扑结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于交流/直流复合变换器的直流输出风电机组，具体讲涉及一种大功率直流输出风电机组拓扑结构。

背景技术

风力发电是五大电源之一，同样在今后相当长时间内风力发电还将是主要开发的清洁能源。随着风场规模的不断扩大以及近年来风场脱网事故的不断发生，风电场内汇集组网方式的重要性越来越明显。

交流汇集组网是目前最为成熟的风电场内汇集组网方式，但随着风场容量的不断扩大，交流汇集系统中无功电压稳定、谐波放大、低频振荡、次同步振荡等系统问题突显，同时给本地交流电网的稳定和经济运行带来压力，导致风场建设的前期投入成本成倍增加。

直流汇集组网可以解决交流汇集组网带来的系统稳定问题，不受风电场容量的限制，同时还可以为本也电网提供辅助服务，从而直流汇集方式成为了现阶段新能源并网技术的研究热点，同样受到了大型风电场汇集组网的重点关注。另外新能源中部分电源本身就是直流输出，若采用直流组网可以简化功率变换过程，提升能源利用效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种大功率直流输出的风力发电机组拓扑结构，该结构不需要串入传统的工频变压器，可实现风机的最大风能跟踪，适合用于大型风场的直流汇集系统，且拓扑结构及控制方法简单等优点，达到了降低大型风场控制复杂度，提升大型风场并网有效容量的目的。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种大功率直流输出风电机组拓扑结构，其特征在于，所述拓扑结构包括：风力机、传动链、发电机、交流/直流变换环节、直流/直流变换环节和开关组件保护环节，所述发电机的交流输出端与交流/直流变换器的输入端连接；所述交流/直流变换器的输出端与直流/直流变换器的输入端连接；保护开关组件分别与 所述直流/直流变换器的输出端和直流汇集网连接。

优选的，所述发电机采用多组三相绕组输出结构，同时输出N组三相交流电源；各组电源间电压相位、幅值和频率存在差异；所述三相交流电源的额定电压幅值相同，频率相等，且互差120度。

优选的，所述风力机和传动链与交流风电机组结构相同，采用直驱型或带变速箱型。

优选的，所述发电机与交流风机中的发电机结构相同，采用同步发电机或异步发电机。

优选的，所述交流/直流变换环节是由基于IGBT的全功率可控整流变换器并联或单独组成的。

优选的，所述直流/直流变换环节是由基于IGBT的隔离型直流/直流变换器串联或并联组成的。

优选的，所述直流/直流变换器的输入端是全桥拓扑结构或三相半桥拓扑结构，输出端是三相不控整流结构或三相可控整流结构；所述直流/直流变换器是串联或并联运行的。

优选的，所述开关组件保护环节是由直流开关组成的。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提出的直流风电机组适用于采用直流汇集的大型风电场，为后续我国特大型风电场建设及高效汇集和接入提供了一种可行的技术手段。

2、本发明提出的直流风电机组能够传输较大功率，可实现最大风能跟踪，且可输出稳定的、电压等级较高的直流电压，从而降低了风机控制的复杂度，提高了大型风场运行的经济性和可靠性。

附图说明

图1为大功率直流输出风电机组拓扑结构示意图；

图2为交流/直流变换环节拓扑结构示意图；

图3为直流/直流变换环节拓扑结构示意图；

图4为一种大功率直流风机变形拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对发明提供的技术方案做详细说明。

具体实施方案：

如图1，一种大功率直流输出风电机组的结构框图。其中包括风力机、传动链、发电机、交流/直流变换器和直流/直流变换器及保护开关组件等组成，主要可以分析传动链环节、AC/DC变换环节、DC/DC变换环节以及保护环节。