[发明专利]用于风力发电机组的全功率变流器

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，更具体地涉及一种用于风力发电机组的全功率变流器。

背景技术

随着能源危机的加剧，新能源的开发与利用已成为研究的热点。风力发电机组是将风能转换为机械能，机械能带动发电机转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机组因风量不稳定，故其输出的低频交流电的电压也不稳定，通常将风力发电机组输出的低频交流电能经过整流转变成直流电能，再经过逆变电路将直流电能转变成交流市电，才能保证稳定使用。

目前的风力发电机组采用集中布局、一体化结构的全功率变流器进行能量的传送与转换。变流器整体位于风力发电机组的塔底部位，采用背靠背结构型式的交流-直流-交流的形式进行电能的传送与变换。这样的变流器模块集成化程度高，整套变流器系统均位于风力发电机组的塔底位置，空间占比大、设备集中、运维空间狭小，并且电能在风力发电机组内部传输过程中采用交流形式，这使得塔筒内使用的电缆数量多、损耗大。

发明内容

针对以上的一个或多个问题，本发明提供了一种新的全功率变流器空间排列结构，主要对整流单元与逆变单元进行了空间上的分离：机侧整流单元位于机舱平台，网侧逆变单元位于塔底平台，从而整体优化了风力发电机组的布局，改善了变流器目前体积庞大、结构集中、模块维护更换空间狭小的问题，从根本上改变了变流器的结构与形式；并且在风力发电机组的塔筒内使用直流形式进行电能的传输，从而减小了线路能量损耗，降低了机组电缆的使用成本，简化了机组塔筒内的接线工艺。

根据本发明实施例的用于风力发电机组的全功率变流器，包括：机舱变流系统，位于风力发电机组的机舱平台，被配置为将风力发电机组发出的低频交流电能转换为直流电能；直流电能传输单元，位于风力发电机组的塔筒内，被配置为将直流电能从机舱变流系统传输到塔底变流系统；以及塔底变流系统，位于风力发电机组的塔底平台，被配置为将直流电能转换成符合电网要求的工频交流电能。

在一个实施例中，机舱变流系统包括：机侧整流单元，被配置为通过对低频交流电能进行整流，将低频交流电能变换为直流电能；以及机侧滤波单元，被配置为滤除机侧整流单元中的IGBT高频开关产生的谐波，以避免机侧整流单元中的IGBT高频开关产生的谐波对风力发电机组产生影响。

在一个实施例中，机侧滤波单元是dU/dt滤波器。

在一个实施例中，直流电能传输单元包括：直流电能传输回路，被配置为将直流电能从机舱变流系统传输到塔底变流系统；以及传输回路稳压单元，被配置为对直流电能传输回路进行稳压。

在一个实施例中，直流电能传输回路是直流母线连接单元。

在一个实施例中，传输回路稳压单元是直流母线稳压电容单元。

在一个实施例中，塔底变流系统包括：网侧逆变单元，被配置为将直流电能转换为工频交流电能；以及网侧滤波单元，被配置为滤除网侧逆变单元中的IGBT高频开关产生的谐波，以避免网侧逆变单元中的IGBT高频开关产生的谐波对电网产生影响。

在一个实施例中，网侧滤波单元是LCL滤波器。

在一个实施例中，该全功能变流器还包括：传输回路制动单元，位于塔底平台，被配置为在风力发电机组处于低压穿越状态时吸收直流电能传输单元上传输的直流电能。

在一个实施例中，该全功率变流器，还包括：第一变流器可编程逻辑控制单元，位于塔底平台，被配置为控制传输回路制动单元和网侧逆变单元；以及第二变流器可编程逻辑控制单元，位于机舱平台，被配置为控制机侧整流单元。

在一个实施例中，第一变流器可编程逻辑控制单元和第二变流器可编程逻辑控制单元通过光纤进行通信。

在一个实施例中，直流电能是±600V直流电能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是目前用于风力发电机组的典型变流器的结构及位置的示意图；

图2是目前用于风力发电机组的全功率变流器的组成部分的示意图。

图3是根据本发明实施例的用于风力发电机组的全功率变流器的示意图。

图4是根据本发明实施例的用于风力发电机组的全功率变流器的电能流通示意图。

图5是根据本发明实施例的用于风力发电机组的全功率变流器的控制系统的示意图。