一种永磁直驱风电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种永磁直驱风电系统，包括有风机、与所述风机连接的永磁同步发电机、二极管整流器及并网变压器，还包括有LC滤波装置及Z源逆变器；本发明解决了现有的永磁直驱风力发电系统多采用传统电压源型PWM变流装置并网中的传统电压源型逆变器的交流负载只能是电感性负载，解决了其传统电压源型逆变器是一种降压式逆变器，交流输出电压只能低于直流母线电压，解决了传统电压源型逆变器不允许同一桥臂的上下两个开关管同时导通等局限和问题，解决了由三相不可控整流引起的机侧电流谐波的问题；本发明比现有采用传统电压源型PWM变流装置的永磁直驱风力发电系统应用范围更广泛及使用更加高效。
【专利说明】
—种永磁直驱风电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及发电领域，特别涉及一种永磁直驱风电系统。
【背景技术】
[0002]风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视；利用风力发电为各国利用风能的主要方式。
[0003]目前，永磁直驱风力发电为我国现有的风能发电主要方式之一；但是，现有的永磁直驱风力发电系统多采用传统电压源型PWM变流装置并网，其具有如下局限和不足:首先，传统电压源型逆变器的交流负载只能是电感性负载；其次，传统电压源型逆变器是一种降压式逆变器，交流输出电压只能低于直流母线电压。对于直流母线较低，但需要较高交流输出电压的功率变换场合，就需要额外的升压斩波电路，这将增加系统成本，降低变换器效率；最后，传统电压源型逆变器不允许同一桥臂的上下两个开关管同时导通，否则，会由于直通过流烧毁器件。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于提供一种永磁直驱风电系统，利用该永磁直驱风电系统解决了现有的永磁直驱风力发电系统多采用传统电压源型PWM变流装置并网局限和不足。
[0005]本发明提供一种永磁直驱风电系统，包括有风机、与所述风机连接的永磁同步发电机、二极管整流器及并网变压器，还包括有LC滤波装置与Z源逆变器；所述LC滤波装置与所述永磁同步发电机及所述二极管整流器连接，所述Z源逆变器与所述二极管整流器及所述并网变压器连接。
[0006]进一步的，所述风机将风能转化为机械能；所述永磁同步发电机将所述风机的机械能转化为电能，并以三相电形式输出至所述LC滤波装置。
[0007]进一步的，述LC滤波器包括有三个滤波电感和三个滤波电容；所述滤波电容中点接地。
[0008]进一步的，所述三相电经过所述LC滤波装置的滤波与补偿后输入所述二极管整流器中。
[0009]进一步的，所述三相电经过所述二极管整流器的三相不可控整流后形成直流电输入所述Z源逆变器中。
[0010]进一步的，所述Z源逆变器包括Z源网络及三相逆变器。
[0011]进一步的，所述直流电经过所述Z源逆变器的转化后形成正弦波三相电输入所述并网变压器中。
[0012]进一步的，所述正弦波三相电经过所述并网变压器变压后输入三相电网中。
[0013]本发明的有益效果在于，提供一种永磁直驱风电系统，解决了现有的永磁直驱风力发电系统多采用传统电压源型PWM变流装置并网的局限和不足；解决了传统电压源型逆变器的交流负载只能是电感性负载的问题；解决了传统电压源型逆变器是一种降压式逆变器，交流输出电压只能低于直流母线电压，对于直流母线较低，如果需要较高交流输出电压的功率变换场合，就需要额外的升压斩波电路，这将增加系统成本，降低变换器效率等问题；解决了传统电压源型逆变器不允许同一桥臂的上下两个开关管同时导通等问题，解决了由三相不可控整流引起的机侧电流谐波的问题；本发明比现有采用传统电压源型PWM变流装置的永磁直驱风力发电系统应用范围更广泛及使用更加高效。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1所示为本发明实施永磁直驱风电系统的系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下文将结合附图详细描述本发明的实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合和相互结合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
[0016]图1所示为本发明实施永磁直驱风电系统的系统结构示意图。
[0017]本发明的实施例一种永磁直驱风电系统，包括有风机F、与所述风机连接的永磁同步发电机M、二极管整流器及并网变压器，还包括有LC滤波装置与Z源逆变器；所述LC滤波装置与所述永磁同步发电机及所述二极管整流器连接，所述Z源逆变器与所述二极管整流器及所述并网变压器连接。
[0018]风机F将风能转化为机械能；所述永磁同步发电机M将所述风机F的机械能转化为电能，并以三相电形式输出至所述LC滤波装置。
[0019]所述LC滤波器包括有L3、L4、L5三个滤波电感和C3、C4、C5三个滤波电容；所述滤波电容的中点接地；
[0020]所述三相电经过所述LC滤波装置的滤波与补偿后输入所述二极管整流器中；所述二极管整流器包括有Dl、D2、D3、D4、D5、D6六个二极管。
[0021]所述三相电经过所述二极管整流器的三相不可控整流后形成直流电输入所述Z源逆变器中。
[0022]所述Z源逆变器包括有Z源网络及三相逆变器；所述Z源网络包括L1、L2 二个电感及Cl、C2 二哥电容；所述三相逆变器包括Gl、G2、G3、G4、G5、G6六个三极管。
[0023]所述直流电经过所述Z源逆变器的转化后形成正弦波三相电输入所述并网变压器中；所述并网变压器包括有L6、L7、L8三个电感。
[0024]所述正弦波三相电经过所述并网变压器变压后输入三相电网中
[0025]以下将详细说明本发明的技术方案:
[0026]LC滤波装置的设计:LC滤波器由三相滤波电抗和三相滤波电容构成。其中滤波电容中点与大地(机壳)相连，目的是使滤波器对逆变器产生的共模电压分量也起到滤波作用，以减小施加在电机端子上的共模电压。滤波器的性能主要由滤波电抗和滤波电容之间的谐振频率决定，LC谐振频率是由滤波电抗和滤波电容的乘积决定的，在确定谐振频率后，滤波电抗和滤波电容的参数还需分别确定。具体参数设计除要考虑电抗器和电容器的体积与造价外，还要考虑它们对装置性能的影响，这主要包括LC滤波器对机端电压和输出电流影响、滤波电容与电机之间的自激电压以及LC谐振等因素。
[0027]直通占空比的设定:Z源逆变器的直通占空比通过插入直通零矢量来实现，直通零矢量的注入方法包括:简单升压控制法、改进PWM法以及最大增益控制法。本专利通过对同一扇区内传统有效矢量、非直通传统零矢量以及直通零矢量状态时系统的等效电路进行分析，得出当传统有效矢量、非直通传统零矢量时输入电流的非零时间被拉宽了，因而减小了电流谐波。而直通零矢量时直流环节和机侧交流环节被隔开，电流波形发生畸变。由此可知，欲减少机侧电流谐波，提高功率因数，应尽量多的提高逆变器的调制因数，避免过多运用Z源网络进行升压。
[0028]Z源网络电感值的设计:在确定Z源网络电感值时要综合考虑电流纹波大小、电感电流高/低次谐波以及电感过小时引起的Z源逆变器非正常工作。本专利通过对Z源逆变器的永磁直驱风力发电系统进行建模分析得出当Z源网络电感取一定值时(该电感值必须满足上述条件，即在有效区间内)，可使机侧电流的变化仅与电机相电压有关，成功解决机侦U电流与机侧电压的非线性关系，减少了机侧电流谐波，提高了功率因数
[0029]本发明比现有采用传统电压源型PWM变流装置的永磁直驱风力发电系统更加高效、更加安全及应用范围更广；Z源逆变器解决了传统电压源型逆变器的一些局限和缺点；但由于基于Z源逆变器的永磁直驱风电系统整流侧采用的是三相不可控整流，机侧的电流谐波成为制约Z源逆变器应用的主要因素；针对这个问题，本发明从影响发电机不同电压扇区电流变化的角度出发，形成基于Z源逆变器的永磁直驱风电系统机侧功率因数校正的方法。
[0030]本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
【权利要求】
1.一种永磁直驱风电系统，包括有风机、与所述风机连接的永磁同步发电机、二极管整流器及并网变压器，其特征在于: 还包括有LC滤波装置与Z源逆变器；所述LC滤波装置与所述永磁同步发电机及所述二极管整流器连接，所述Z源逆变器与所述二极管整流器及所述并网变压器连接。
2.如权利要求1所述的永磁直驱风电系统，其特征在于，所述风机将风能转化为机械能；所述永磁同步发电机将所述风机的机械能转化为电能，并以三相电形式输出至所述LC滤波装置。
3.如权利要求1所述的永磁直驱风电系统，其特征在于，所述LC滤波器包括有三个滤波电感和三个滤波电容，所述滤波电容中点接地。
4.如权利要求1和2所述的永磁直驱风电系统，其特征在于，所述三相电经过所述LC滤波装置的滤波与补偿后输入所述二极管整流器中。
5.如权利要求4所述的永磁直驱风电系统，其特征在于，所述三相电经过所述二极管整流器的三相不可控整流后形成直流电输入所述Z源逆变器中。
6.如权利要求1所述的永磁直驱风电系统，其特征在于，所述Z源逆变器包括有Z源网络及三相逆变器。
7.如权利要求5所述的永磁直驱风电系统，其特征在于，所述直流电经过所述Z源逆变器的转化后形成正弦波三相电输入所述并网变压器。
8.如权利要求7所述的永磁直驱风电系统，其特征在于，所述正弦波三相电经过所述并网变压器变压后输入三相电网中。
【文档编号】H02J3/01GK104201717SQ201410435944
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】黄守道, 张阳, 黄晟, 罗德荣, 王辉, 高剑, 郭超, 王家堡, 廖武 申请人:黄守道