张跃平 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
HU, Tao (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
胡涛 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
LI, Taifeng (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
李太峰 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
WEI, Xiping (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
魏西平 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
荣信电力电子股份有限公司 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
ZHANG, Yueping (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
张跃平 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
HU, Tao (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
胡涛 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
LI, Taifeng (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
李太峰 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
WEI, Xiping (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
| ^ ^ 1、 基于 H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构， 其特征在于， 包括风力发电机组、 整 流模块、 逆变模块， 风力发电机组产生低压交流电， 经三相全桥整流后得到直流电压， 此直 流电压作为逆变模块中各个单元的直流侧电压供电电源；逆变模块将直流电压转换为交流电 压后， 经多个功率单元直接串联， 交流高压输出， 经缓冲电感后并入电网。 2、 根据权利要求 1所述的基于 H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构， 其特征在于， 所述的逆变模块由三相功率单元组成， 每相由 n个功率单元串联而成， 三相功率单元的一端 接在一起， 另一端通过电感接入电网。 3、 根据权利要求 2所述的基于 H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构， 其特征在于， 所述的功率单元逆变侧为 H桥结构， 由四个 IGBT开关器件组成， 每个 IGBT开关器件反并 联一个二极管， 每两个 IGBT开关器件相串联后， 再与直流电容 C并联； 整流侧为不可控全 桥结构。 |
本发明涉及风力发电机并网技术， 特别是一种基于 H桥的无变压器的风力发电并网。 背景技术
作为节能环保的新能源，风电产业赢得历史性 发展机遇，在金融危机肆虐的不利环境中 逆市上扬， 发展势头迅猛， 截止到 2009年底， 全国累计风电装机容量达到 25800兆瓦。
但在我国风力发电场中，风力发电机基本上都 是通过通用变频器，使本身相位与电网相 同。最后再用升压变压器与电网并网。这样不 但导致每个风力发电机都需要一个升压变压器 ， 成本巨大， 而且使每个风力发电机只有 3电平， 谐波含量很大， 多电网污染严重。
在大型风力发电场，有很多的电机，对于每个 风力发电机都需要单独控制，控制难度大， 控制繁琐， 不易形成集中风力发电控制。
风力发电输出的都是两电平或三电平， 谐波含量大， 升压后不能直接并入电网， 需要加 输出滤波装置。 发明内容
本发明的目的是提供一种基于 H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构，通过 元串联的 方法， 输出高压； 省掉了通用风力发电并网时的升压变压器， 节约了大量成本。 另外， 由于 采用多单元串联功率单元输出高压， 可以通过调制算法输出多电平电压波形， 减少输出谐波 含量， 减少风力发电对电网的污染。
为实现上述目的， 本发明通过以下技术方案实现：
基于 H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构，包括 力发电机组、整流模块、逆变模块， 风力发电机组产生低压交流电， 经三相全桥整流后得到直流电压， 此直流电压作为逆变模块 中各个单元的直流侧电压供电电源； 逆变模块将直流电压转换为交流电压后， 经多个功率单 元直接串联， 交流高压输出， 经缓冲电感后并入电网。
所述的逆变模块由三相功率单元组成， 每相由 n个功率单元串联而成， 三相功率单元的 一端接在一起， 另一端通过电感接入电网。
所述的功率单元逆变侧为 H桥结构， 由四个 IGBT开关器件组成， 每个 IGBT开关器件 反并联一个二极管， 每两个 IGBT开关器件相串联后， 再与直流电容 C并联； 整流侧为不可 控全桥结构。
与现有技术相比， 本发明的有益效果是-
1 ) 输入端无变压器， 进而使风电并网拓扑体积减小， 占地减少， 重量减轻， 成本降低； 同时可以降低变压器能耗， 使制造工艺简单化， 生产周期减少。 2) 风力发电机直接连接到功率单元整流侧， 对风力发电机无特殊要求， 减少电机成本；
3 ) 调制方法采用载波移相的方法， 可以产生多阶梯正弦波， 以较小的开关频率获得较 好的输出电压波形；
4) 可以把整个风力发电场串联成交流高压， 直接从交流侧输出；
5 ) 在大功率， 多电机中应用前景广泛；
6) 有利于集中控制多台风力发电机。 附图说明
图 1是基于 H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构图；
图 2是基于 H桥的无变压器风力发电并网拓扑的功率单元 构图。
图 3是 H桥功率单元内电流流向图。 具体实施方式
见图 1， 基于 H桥的无变压器风力发电并网拓扑结构， 包括风力发电机组、 整流模块、 逆变模块， 风力发电机组 M产生低压交流电， 经三相全桥整流后得到直流电压， 此直流电 压作为逆变模块中各个单元的直流侧电压供电 电源； 逆变模块将直流电压转换为交流电压 后， 经多个功率单元直接串联， 交流高压输出， 经缓冲电感后并入电网。
逆变模块由三相功率单元组成， 每相由 n个功率单元串联而成， 共 3η个功率单元。每个 功率单元由一个风力发电机 Μ通过三相全桥整流给功率单元电容供电。 三相功率单元的一 端接在一起， 另一端通过电感 LA、 LB、 LC接入电网。
见图 2， 功率单元逆变侧为 H桥结构、 整流侧为由二极管 Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6 组成的不可控全桥结构。 逆变侧由四个开关器件 IGBT1、 IGBT2、 IGBT3、 IGBT4直流侧电 容 C组成， 开关器件 IGBT1和 IGBT2相串联， 开关器件 IGBT3和 IGBT4相串联， 再和直 流电容 C并联。 并且四个开关器件 IGBT1、 IGBT2、 IGBT3、 IGBT4分别并联一个反接二极 管 Dll、 D22、 D33、 D44。 IGBT1与 IGBT2的公共端、 IGBT3与 IGBT4的公共端为该功率 单元与其它功率单元相连接的输入、 输出端。
本拓扑结构利用风电作为能源中继池，给功率 单元直流母线供电，结合一定的调制方法， 产生需要的多电平可变正弦波。 逆变模块主要由三相组成， 每相由 n个功率单元串联而成。 串联功率单元的个数称为单元级数， 三相功率单元的一端接到一起， 另一端通过电感接入电 网。由于采用多电平输出， 串联功率单元输出的交流高压含有更少的谐波 ，对电网污染更小， 也不需要装 LC滤波装置。
控制 IGBT的栅极电压使其导通或者关断， 可以使单元具有不同的电路状态。
见图 3-1， 电流经 IGBT2、 直流侧电容 C、 IGBT3, 从 B流向 A， 或电流经续流二极管 D3、 直流侧电容 C、 续流二极管 D2， 从 A流向 B， 此时采用 H桥式逆变电路的功率单元输 出电平 " 1 "。 见图 3-2，电流经续流二极管 Dl、 IGBT3,从 B流向 A，或电流经续流二极管 D3、 IGBT1 , 从 A流向 B， 此时采用 H桥式逆变电路的功率单元输出电平 "0"。
见图 3-3， 电流经 IGBT2、 续流二极管 D4， 从 B流向 A， 或电流经 IGBT4、 续流二极管 D2， 从 A流向 B， 此时采用 H桥式逆变电路的功率单元输出电平 "0"。
见图 3-4， 电流经续流二极管 Dl、 直流侧电容 C、 续流二极管 D4， 从 B流向 A， 或电 流经 IGBT4、直流侧电容 C、 IGBT1 , 从 A流向 B， 此时采用 H桥式逆变电路的功率单元输 出电平 "-1 "。
若功率单元级数选择适当， 功率单元叠加输出电压可达到电网级别， 将根据电网电压发 出与电网同步的电压波形， 并且输出谐波满足要求， 则可以直接并网发电。
所述的 n是由要求输出电压等级决定的。输出 3kV的电网电压对应的 n=4 ; 输出 6kV的 电网电压对应的 n=6或 8; 输出 10kV的电网电压对应的 n=10或 12; 输出 20kV的电网电压 对应的 n=20或 22; 输出 35kV的电网电压对应的 n=36或 38。