[发明专利]一种18相风力发电机直流并网结构及其控制方法

说明书

本发明公开了一种18相风力发电机直流并网结构及其控制方法，所述结构包括18相直驱永磁风力发电机、6个三相不控整流桥、6m个并联隔离式全桥DC‑DC变换器和6m个半桥子模块；18相发电机每套三相交流绕组经过一个三相不控整流桥换流后，连接至m个并联隔离式全桥DC‑DC变换器。每个DC‑DC变换器与一个半桥子模块相连。6m个半桥子模块的输出端正负极依次相连，最后与一个电抗器串联构成串联电路接入直流输电网。并联隔离式全桥DC‑DC变换器采用最大功率跟踪控制，半桥子模块通过直流传输电流控制。本发明降低了发电机定子绕组的电压等级、提高了系统稳定性、降低了发电厂建设成本。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别涉及一种18相风力发电机直流并网结构及其控制方法。

背景技术

随着社会发展，能源问题日渐突出。寻求各种新能源来取代日渐枯竭的传统化石能源已经成为了各国研究的热点。

风能作为一种清洁能源，具有巨大的发展潜力。海上拥有巨大的风能资源，因此海上风电场的有关问题吸引了国内外大量学者进行研究。海上风电场的主要挑战是如何通过一种高效经济的方法将发出的电能传输到陆上。

传统的高压交流输电需要并联额外的无功补偿器来吸收线路电容产生的无功功率。高压直流输电系统相较于传统高压交流输电系统具有所需线路少、没有无功功率、功率损耗小等优点，是一个研究热点。

一种高压直流输电系统将风机发出的交流电变换为直流后再进行逆变得到工频交流电，该工频交流电通过升压变压器接入交流母线；交流母线上的工频交流电又经一次变压器升压再经整流后得到高压直流电送至陆上。此种风电场需要经过三次电能变换，导致功率损耗巨大。另外，海上平台需要安装变压器和整流站，系统建设投资巨大。

另一种高压直流输电系统将各个风机的输出通过AC-DC-DC变换器电路变换为直流电，再串联后直接接入高压直流母线。但由于每个风机接收的风能不同，导致输出电压不同，直接将它们并联可能会存在潜在的危险。

大功率直驱永磁风电机组转速低，端电压难以提高，需要通过隔离升压变接入高电压等级的交流电网，在海上风场中建设难度大、维护成本高。同时定子电流达到几千安，需采用并联功率器件的方式进行变流，对器件的均流特性要求高。

发明内容

针对背景技术所述的缺陷或不足，本发明提出了一种18相风力发电机直流并网结构及其控制方法。本发明中基于18相电机设计的新型直流并网结构降低了发电机定子绕组的电压等级、提高了系统稳定性、降低了发电厂建设成本。

本发明所提供的技术方案为：

一种18相风力发电机直流并网结构，包括18相直驱永磁风力发电机、6个三相不控整流桥、6m个并联隔离式全桥DC-DC变换器和6m个半桥子模块；

18相直驱永磁风力发电机的绕组依次标号为：Ak、Bk、Ck，下标k＝1、2、3、4、5、6；每3个绕组Ak、Bk、Ck构成一套三相交流绕组，每套绕组内的3个绕组相位依次相差120度电角度；各套绕组的A相相位依次相差10度电角度；

所述的6个三相不控整流桥用DRk表示；DRk的输入端与第k套三相绕组相连；DRk的输出端正极与m个并联隔离式全桥DC-DC变换器的正极相连；DRk的输出端负极与m个并联隔离式全桥DC-DC变换器的负极相连；6个三相不控整流桥共与6m个并联隔离式全桥DC-DC变换器相连；