专利名称：基于h桥的无变压器风力发电并网拓扑结构的制作方法
技术领域：
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 单元串联的方法，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。所述的逆变模块由三相功率单元组成，每相由η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。
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结构图。图3是H桥功率单元内电流流向图。
具体实施例方式见图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η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M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IGBTl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。IGBTl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η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Α，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Α，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Α，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D1、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。
权利要求
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η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MMC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。
全文摘要
本发明涉及一种基于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。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。优点是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。
文档编号H02M7/525GK102013695SQ20101023370
公开日2011年4月13日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者张坤, 张跃平, 李太峰, 杨洋, 王振, 胡涛, 赵淑玉, 魏西平 申请人:荣信电力电子股份有限公司