[发明专利]一种变速风电系统的多端口变换器以及相关电路

权利要求书

1.一种变速风电系统的多端口变换器，其特征在于，包括：第一输出端、第二输出端、第三输出端、直流端、第一开关、第二开关直至第十一开关；

所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端、所述第三开关的第一端相互连接，其公共端作为所述直流端的第一端；所述第九开关的第二端、所述第十开关的第二端、所述第十一开关的第二端相互连接，其公共端作为所述直流端的第二端；

所述第一输出端的第一端分别与所述第一开关的第二端和所述第四开关的第一端连接，所述第一输出端的第二端分别与所述第二开关的第二端和所述第五开关的第一端连接；所述第二输出端的第一相分别与所述第三开关的第二端和所述第六开关的第一端连接，所述第二输出端的第二相分别与所述第四开关的第二端和所述第七开关的第一端连接，所述第二输出端的第三相分别与所述第五开关的第二端和所述第八开关的第一端连接；所述第三输出端的第一相分别与所述第六开关的第二端和所述第九开关的第一端连接，所述第三输出端的第二相分别与所述第七开关的第二端和所述第十开关的第一端连接，所述第三输出端的第三相分别与所述第八开关的第二端和所述第十一开关的第一端连接。

2.根据权利要求1所述的多端口变换器，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关直至所述第十一开关均包括绝缘栅双极型晶体管IGBT和二极管；

其中，所述IGBT的集电极与所述二极管的阴极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十一开关的第一端；所述IGBT的发射极与所述二极管的阳极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十一开关的第二端；所述IGBT的基极作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十一开关的控制端。

3.根据权利要求1所述的多端口变换器，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关直至所述第十一开关均包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOS和二极管；

其中，所述MOS的漏极与所述二极管的阴极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十一开关的第一端；所述MOS的源极与所述二极管的阳极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十一开关的第二端；所述MOS的栅极作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十一开关的控制端。

4.根据权利要求1至3任一项所述的多端口变换器，其特征在于，还包括与所述第一开关、所述第二开关直至所述第十一开关分别并联的冗余开关。

5.根据权利要求4所述的多端口变换器，其特征在于，所述冗余开关为继电器。

6.一种变速风电系统，其特征在于，包括：风力机、双馈发电机、可变频率变压器、滤波电感、直流电容、crowbar电路、电网、控制器以及如权利要求1至5任一项所述的多端口变换器，其中：

所述风力机与所述双馈发电机机械连接；所述双馈发电机的定子与所述可变频率变压器的转子连接，所述可变频率变压器的定子与所述电网连接；

所述多端口变换器的第一输出端与所述可变频率变压器的直流电机连接；所述多端口变换器的第二输出端与所述滤波电感的第一端连接，所述滤波电感的第二端连接在所述电网和所述可变频率变压器的定子之间；所述多端口变换器的第三输出端与所述双馈发电机的转子连接；所述多端口变换器的直流端的第一端与所述直流电容的第一端连接，所述多端口变换器的直流端的第二端与所述直流电容的第二端连接；

所述crowbar电路连接在所述多端口变换器的第三输出端和所述双馈发电机的转子之间；

与所述多端口变换器连接的控制器，用于根据获取的电网电压状态、双馈发电机的运行状态以及可变频率变压器的运行状态，进行转速计算处理，得到所述第一输出端的直流电压给定值；获取所述直流电容的电压状态，根据所述电压状态进行电流有功分量计算处理得到所述第二输出端的三相电压给定值；当电网运行正常时，进行功率解耦控制算法得到所述第三输出端的三相电压给定值；对所述直流电压给定值、所述第二输出端的三相电压给定值以及所述第三输出端的三相电压给定值进行调制处理得到控制信号，输出所述控制信号以便控制所述可变频率变压器的转速、相角和有功功率，将所述直流电容的电压控制在直流端电压给定值，并对所述双馈发电机的功率进行解耦控制。

7.一种可变频率变压器电路，其特征在于，包括：第一电网、第二电网、可变频率变压器、补偿变压器、滤波电感、直流电容、控制器以及如权利要求1至5任一项所述的多端口变换器，其中：

所述第一电网与所述可变频率变压器的定子连接，所述第二电网与所述可变频率变压器的转子连接；所述补偿变压器串联在所述第一电网和所述可变频率变压器的定子之间；

所述多端口变换器的第一输出端与所述可变频率变压器的直流电机连接；所述多端口变换器的第二输出端与所述补偿变压器的输入端连接，所述多端口变换器的第三输出端与所述滤波电感的第一端连接，所述滤波电感的第二端连接在所述补偿变压器和所述可变频率变压器的定子之间；所述多端口变换器的直流端的第一端与所述直流电容的第一端连接，所述多端口变换器的直流端的第二端与所述直流电容的第二端连接，

与所述多端口变换器连接的控制器，用于根据获取的电网电压状态和可变频率变压器的运行状态，进行转速计算处理，得到所述第一输出端的直流电压给定值；获取所述第一电网、所述第二电网、所述定子以及所述转子的电压电流状态，根据所述电压电流状态进行无功功率计算处理或补偿电压计算处理得到所述第二输出端的三相电压给定值；利用所述定子、所述直流电容以及所述滤波电感的电压电流状态进行直流电压计算处理得到所述第三输出端的三相电压给定值；对所述直流电压给定值、所述第二输出端的三相电压给定值以及所述第三输出端的三相电压给定值进行调制处理得到控制信号，输出所述控制信号以便控制所述可变频率变压器的转速、相角和有功功率，对所述第一电网和所述第二电网进行无功功率控制或电压补偿处理，并调节所述直流端电压。