[发明专利]用于双馈感应发电机式风力涡轮系统的功率转换器

说明书

包括了用于在风力涡轮系统中使用的功率转换器。例如，风力涡轮系统可包括具有定子和转子的风驱动式双馈感应发电机。定子配置成在风力涡轮系统的定子总线上提供中压交流功率。风力涡轮系统包括功率转换器，其配置成使由转子提供的低压交流功率转换成适合于提供给电网的中压多相交流输出功率。功率转换器包括多个转换模块。各转换模块包括多个桥式电路。各桥式电路包括串联耦合的多个碳化硅开关装置。各转换模块配置成在风力涡轮系统的线路总线上提供中压多相交流输出功率的单相。

技术领域

本主题大体上涉及可再生能源，并且更特别地涉及用于双馈感应发电机式风力涡轮系统的功率转换器拓扑结构。

背景技术

风力涡轮已作为可再生能源而受到越来越多的关注。风力涡轮使用风来生成电力。风使连接到转子的多个叶片转动。由风引起的叶片的自旋使转子的轴(其连接到生成电力的发电机)自旋。某些风力涡轮系统包括用以使风能转换成适合于输出到电网的电功率的双馈感应发电机(DFIG)。DFIG典型地连接到调节电功率在DFIG与电网之间的流动的转换器。更特别地，转换器允许风力涡轮在电网频率下输出电功率，而不管风力涡轮叶片的旋转速度如何。

典型的DFIG系统包括具有转子和定子的风驱动式DFIG。DFIG的定子通过定子总线而耦合到电网。功率转换器用于使DFIG的转子耦合到电网。功率转换器可为包括转子侧转换器和线路侧转换器二者的两级式功率转换器。转子侧转换器可经由转子总线来从转子接收交流(AC)功率，并且可使AC功率转换成DC功率。线路侧转换器然后可使DC功率转换成具有适合的输出频率(诸如，电网频率)的AC功率。AC功率经由线路总线来提供给电网。辅助功率馈送装置可耦合到线路总线，以为在风力涡轮系统中使用的构件(诸如，风力涡轮系统的风扇、泵、电动机以及其它构件)提供功率。

典型的DFIG系统包括具有中压初级绕组(例如，6KVAC、12 KVAC等)和低压次级绕组(例如，575VAC、690VAC等)的双绕组式变压器，以使DFIG系统耦合到电网。如本文中所使用的那样，用语“低压”可指代小于或等于1.5 kV的电压，并且，用语“中压”可指代大于1.5kV并且小于100 kV的电压。例如，图1描绘了具有这样的双绕组式变压器252的示例性DFIG系统250。如显示的那样，变压器252的高压初级绕组254可耦合到高压电网184。定子总线256可提供来自DFIG 258的定子的AC功率，并且线路总线260可提供来自可耦合到变压器252的低压次级绕组264的功率转换器262的AC功率。在系统250中，DFIG 258的定子的输出功率和功率转换器262的输出功率在大致相同的电压下被操作，并且在低压下组合到单个变压器次级绕组中。

一些DFIG系统已包括用以使DFIG系统耦合到电网的三绕组式变压器。三绕组式变压器可具有耦合到电网的中压(例如，大于12 KVAC)初级绕组、耦合到定子总线的中压(例如，6 KVAC)次级绕组，以及耦合到线路总线的低压(例如，575VAC、690VAC等)辅助绕组。在输出功率增加的系统(例如，3 MW系统)中，三绕组式变压器布置可为优选的，这是因为其减小了定子总线和DFIG的定子侧上的其它构件(诸如，定子同步开关)中的电流。

这样的变压器可用于使由功率转换器经由线路总线来提供的低压提高到适合于输出到电网的中压。然而，变压器可为昂贵的，并且可对DFIG系统的总体尺寸造成相当大的影响。

发明内容

本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而认识到，或可通过实践实施例而认识到。

本公开的一个示例性实施例涉及一种风力涡轮系统。风力涡轮系统包括具有定子和转子的风驱动式双馈感应发电机。定子耦合到电网。定子配置成在风力涡轮系统的定子总线上提供中压交流功率。风力涡轮系统进一步包括功率转换器，其配置成使由转子提供的低压交流功率转换成适合于提供给电网的中压多相交流输出功率。功率转换器包括多个转换模块。各转换模块包括多个桥式电路。各桥式电路包括串联耦合的多个碳化硅开关装置。各转换模块配置成在风力涡轮系统的线路总线上提供中压多相交流输出功率的单相。