[实用新型]基于MMC结构的永磁同步电机变流器装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及高压变流器，尤其是基于MMC结构的永磁同步电机变流器装置。

背景技术

现代新能源风力发电的发展趋势是风机单台容量越来越大，而永磁同步电机与双馈异步电机相比，具有明显的优势。它效率高、功率因素高、能力指标好、体积小、重量轻、温升低、技能效果显著，较好地提高了电网的品质因素。

目前海上风电永磁同步发电机最大单机容量已经达到6.5MW，并且容量有越来越大趋势。但是现有风机出口电压一般为600-700V左右，导致电机最大出口电流3000-6000A左右。过大的电机额定电流使得风机绕线截面积大、绕线数量多、制造工艺难度大、生产成本高。现有永磁同步发电机配套的全功率风电变流器主要是升压斩波+三相全桥逆变器结构（如图1、图2），或者是背靠背三相全桥+三相全桥拓扑结构。这些结构由于开关管额定电压性能限制，变流器出口电压偏低，无法与高压永磁同步发电机配套。

因此，提高风电机组的出口电压，降低额定电流是未来的技术发展趋势。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种基于MMC结构的永磁同步电机变流器装置。

本实用新型采用的技术方案是：

基于MMC结构的永磁同步电机变流器装置，包括顺次连接整流模块和逆变模块；该整流模块输入端用于连接永磁同步发电机的定子侧，该逆变模块的输出端用于连接交流电网，所述整流模块和逆变模块的单元结构相同且整流模块的直流输出端与逆变模块的直流输入端连接，整流模块和逆变模块均分成三相，每相由多个链式MMC单元串联组成。

所述每相由偶数N个链式MMC子单元串联而成并分为上下两组，每组子单元个数为N/2个；每相的输出端为上下两组子单元的中点处，且输出端与上下两组子单元之间以缓冲电感连接。

所述链式MMC子单元的结构为半桥结构，包括两个IGBT开关器件T1、T2和一个直流电容C，该开关器件T1的发射极与开关器件T2的集电极连接，该开关器件T2的发射极与开关器件T1的集电极之间串接所述直流电容C。

所述永磁同步电机变流器装置还包括串接在逆变模块输入端与交流电网之间的电阻充电回路，该电阻充电回路包括并联着的充电电阻和旁路开关。

所述永磁同步发电机的转子侧用于连接风机叶片变桨系统。

本实用新型的有益效果：

本实用新型变流器装置能够承受很高额定电压，能够方便灵活地与高压永磁同步发电机配套，与同等容量6.5MW/690V风力发电机组相比，6KV电压等级风力发电机组额定电流下降接近90%，因为额定电流的下降，大大简化风机的工艺、结构，提高可靠性，降低成本。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。

图1是永磁同步发电机+全功率风电变流器结构图；

图2 是逆变器的三相全桥结构图；

图3是本实用新型永磁同步电机变流器装置的接入方式示意图；

图4是本实用新型永磁同步电机变流器装置整流和逆变模块结构图；

图5是MMC单元的示意图；

图6 基于MMC技术的多电平电压波形生成原理图。

具体实施方式

本实用新型涉及一种新的基于MMC的风电变流器拓扑结构。MMC是Modular Multilevel Converter--模块化多电平变流器的简称；该拓扑结构采用模块化链式串联结构，如图3所示，整流侧模块阀组直接与永磁同步发电机定子侧连接；整流侧与逆变侧直接背靠背相连，逆变侧通过充电回路连接升压变压器低压侧，变压器高压侧直接与电网连接。该结构其优点在于提高了风电变流器出口电压等级，增加容量，同时单元结构简单、拆卸容易、接线方便。为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

基于MMC的高压风电变流器拓扑结构，整流和逆变模块均采用链式模块串联多电平结构，由多个子单元串联而成，该拓扑整流输入侧直接与高压永磁同步发电机连接；整流侧将高压交流电转化成直流；逆变侧与交流电网连接，将直流电转换成交流电送到电网；该拓扑结构可实现四象限能量回馈。

如图4所示，所述的整流、逆变模块完全相等，分成三相，每相由偶数N个子单元串联而成分为上下两组，每组子单元个数为N/2个；每相的输出端为两组子单元的中点处，且输出端与子单元之间以缓冲电感连接；