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专利号: 2020109508236
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种中压大容量风力发电变流器拓扑,其特征是:整体采用模块化结构,由多个相同的功率变换模块组成,每一个功率变换模块均有三相输入端,输入端按相序串联后接入中压风力发电机;每一个功率变换模块均有三相输出端,输出端按相序并联后经过升压变压器接入高压电网,构成中压大容量风电变流器拓扑;

所述的每一个功率变换模块均包含三部分:机侧H桥整流单元,直流侧四端口隔离DC/DC变换器单元以及网侧三相逆变单元;其中:机侧H桥整流单元由三个单独的单相H桥变换器构成,每一个单独的单相H桥变换器的输入端接入一相交流电源;

网侧三相逆变单元由三相逆变器构成,三相逆变器输出三相交流电源;

直流侧四端口隔离DC/DC变换器单元由三个单相H桥输入变换器,一个四绕组高频变压器和一个单相输出变换器组成,四绕组高频变压器分别于三个单相H桥输入变换器和单相输出变换器的交流侧连接;

直流侧四端口隔离DC/DC变换器单元共有四个直流端口,其中三个单相H桥输入变换器的直流端口分别作为输入端口,通过直流电容C1,C2和C3与机侧H桥整流单元的三个直流输出端相连,单相输出变换器的直流端口作为输出端口通过直流电容C4与单相输出变流器与网侧三相逆变器单元的直流输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种中压大容量风力发电变流器拓扑,其特征是:所述的功率变换模块中,三个直流输入端口的直流电容C1,C2和C3的工作电压完全相等,直流输出端口处直流电容C4的工作电压可根据网侧三相并网变流器电压等级、单相输出变换器拓扑具体形式和功率器件耐压等级来选取,常规工况下为保证所有功率器件耐压等级一致,可设置为三个输入端口直流电压的一倍或两倍。

3.根据权利要求1所述的一种中压大容量风力发电变流器拓扑,其特征是:所述的网侧三相逆变单元有两种拓扑形式:第一种拓扑形式为标准的三相两电平变流器;第二种拓扑形式为标准的三相中点钳位型三电平并网变流器单元。

4.根据权利要求1所述的一种中压大容量风力发电变流器拓扑,其特征是:所述的直流侧四端口隔离DC/DC变换单元:三个H桥输入变换器的额定功率完全相等;单相输出变换器的额定功率为三个H桥输入变换器的额定功率之和。

5.根据权利要求1所述的一种中压大容量风力发电变流器拓扑,其特征是:所述的直流侧四端口隔离DC/DC变换器单元中的单相输出变换器有两种可选的拓扑形式:第一种为标准的单相H桥变换器,共有四个功率开关器件,每两个功率开关器件串联成一个桥臂,两个桥臂并联组合而成;

第二种为二极管中点钳位型五电平H桥变换器组成,共有八个功率开关器件和四个钳位二极管,其中四个功率开关器件串联成为一个桥臂,桥臂中点通过一个钳位二极管接入电容C4的中点,两个桥臂结构相同,并联组成所述二极管中点钳位型五电平H桥变换器。

6.基于权利要求1所述的一种中压大容量风力发电变流器拓扑的控制方法,其特征是:所述的风力发电变流器拓扑采用常规的控制方法即可实现风力发电运行,同时消除级联机侧H桥整流单元的H桥侧直流电容的低频功率波动,大幅降低直流侧所需电容容值,具体控制方法如下:

机侧级联H桥多电平变流器采用矢量控制策略实现永磁同步风力发电机转速和风速调节,同时将风机发出的三相交流电变换为多个稳定的直流电;

四端口隔离DC/DC变换器单元控制直流侧电容C1、电容C2、电容C3三个端口的直流电压为固定值,电容C1、电容C2和电容C3的波动能量通过四绕组高频隔离变压器磁路进行自动抵消,完全消除直流侧电容C1、电容C2和电容C3电压的波动;

网侧三相逆变器单元的三相逆变控制时采用传统的并网逆变器控制方法控制直流侧电容C4电压为固定值。