具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，其构成包含一风机用电力转换器，该电力转换器与风机电性连接，与电力转换器搭接的电网也电性连接，且该电力转换器和电网全时并网；该风机迎风转动发电后，其风机所产生的能量经由风机用电力转换器转换成与电网相同电压等级的交流电压，由电力转换器输出的交流电压，将所产生的能量传送至电网上。本发明由风机用电力转换器与电网全天候搭接并网，将风机所产生的电能可实时经由该电力转换器转换并传送至电网上。
【专利说明】具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及风机用电力转换器，具体是一种具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器。
【背景技术】
[0002]因应环保节能等概念，再生能源大量且广泛的应用在世界各地，由于再生能源不若火力及核能等可输出大量且稳定的可用能源，在使用再生能源时气候占了很大部份的因素，如太阳能资源有阴晴天、温度高低等都会影响发电效率，风资源则有强弱风及扰流风等不确定因素，因此应用于再生能源的转换器必须要有特殊的机制，才能有效率的应用不稳定的再生能源。
[0003]由于风资源高度不稳定的特性，风的方向及力道都是不可被预测的，不若太阳能可以简单的预测太阳轨迹以及日照强度。由先前技术可知，大部份风力用转换器的架构都来自太阳能转换器架构，再进行输入电压范围调整后产出可适合风力用的电力转换器。换句话说，此类型风力用转换器输入端为发电机三相交流电源，该三相交流电源再经由整流器，将三相交流整流成一稳定直流电源，并以电容为储能及稳压组件，供后级电路使用。或通过使用电池装置的能量对后级电路供电，该电池装置由市电网络通过双向变流器充电，再经由双向变流器对交流负载供电，可应用于不断电系统及太阳能用转换器架构，此类型风力用转换器在无风的状态下会关机，当风开始带动发电机时，发电机必须要产生高于一定电压水平的交流电再经整流成直流电，才可以驱动此类型电力转换器，驱动电力转换器后还需等待一段电力转换器与电网并网时间，才可将风机所产生的电能送到电网上；在上述过程中，风可能持续带动风机叶片持续发电，亦有可能风势减弱风机停机，当风机停机后电力转换器势必又进入关机状态，并等待下一次风起的时；以风资源应用的角度讨论，此类型的电力转换器无法将风机所产生的能量进行最大程度的利用，长期来看是不合乎风资源应用的效益。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种全时并网的电力转换器，该转换器与电网随时搭接并网，当风力够大推动风机发电时，本发明的电力转换器即可将所产生的电能转换并传送至电网上。其具体技术方案如下:
一种具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，其构成包含一风机用电力转换器，该电力转换器与风机电性连接，与电力转换器搭接的电网也电性连接，且该电力转换器和电网全时并网；该风机迎风转动发电后，其风机所产生的能量经由风机用电力转换器转换成与电网相同电压等级的交流电压，由电力转换器输出的交流电压，将所产生的能量传送至电网上。
[0005]进一步的，所述风机用电力转换器包括三相全桥整流单元，用于将风机产生的三相交流电整流为直流电使用，该三相全桥整流单元与风机电性连接，该三相全桥整流单元由六个晶体管所组成，上下臂电路分别各使用三个绝缘栅双极晶体管(IGBT)，是全控整流形式的全桥整流单元。
[0006]进一步的，所述风机用电力转换器包括电容型式储能组件，用于储存所述三相全桥整流单元所产生的直流电，以及消除三相全桥整流所产生的直流电的电压波纹(voltageripple),该电容型式储能组件与三相全桥整流单元电性连接。
[0007]进一步的，所述风机用电力转换器包括全桥式转换单元，将储存于所述电容型式储能组件的直流电转换成交流电，由四个绝缘栅双极晶体管所组成，上下臂电路分别各使用两个绝缘栅双极晶体管，全桥式转换单元与所述电容型式储能组件电性连接。
[0008]进一步的，所述风机用电力转换器还包括控制单元，控制所述三相全桥整流单元及全桥式转换单元的控制单元，该控制单元由输出脉冲宽度调制(PWM)信号，控制三相全桥整流单元将三相交流电整流成直流电，同时也控制全桥式转换单元将直流电转换为单向交流电，并与电网连接。
[0009]进一步的，还包括电源板单元，将电网电压对电容式储能组件及控制单元供电的功能单元，该电源板单元与电网电性连接，电源板单元与电容型式储能组件也为电性连接，电源板单元与控制单元也为电性连接。
[0010]进一步的，该电力转换器开机启动后，电网能量通过所述电源板单元对所述电容型储能组件进行充电，同时电网能量也通过所述电源板单元对控制单元进行供电；当电容型式储能组件充满电后，由电容型式储能组件供电；控制单元控制全桥式转换单元与电网进行并网搭接，此时电力转换器会输出与电网电压频率及电压水平相当的交流电电压，进行全时并网。
[0011]进一步的，该电力转换器与电网搭接后，电力转换器会自动与电网并网；当风机因受风转动而发电时，风机输出的三相交流电可实时通过所述三相全桥整流单元，将三相交流电整流并升压成高电压水平的直流电并储存于所述电容型式储能组件，全桥式转换单元则将储存于电容型式储能组件的能量降压并转换成交流电传送至电网上。
[0012]进一步的，该电力转换器开机后即与电网搭接并网，当风机发电时电力转换器可直接将该风机所产生的能量传送到电网上，不需经过开机程序以及并网程序。
[0013]进一步的，该电力转换器可用于垂直轴风力发电系统及水平轴风力发电系统。
[0014]本发明的具实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，系藉由风机用电力转换器与电网全天候搭接并网，将风机所产生的电能可实时经由该电力转换器转换并传送至电网上；该电力转换器系应用电网对电力转换器内的电容型式储能组件进行充电动作，当电容型式储能组件充电充满时，电力转换器内的电容型式储能装置的电压会维持在一高电压水平；同时也会通过电网能量对电力转换器的控制单元供电，以维持电力转换器持续开机并且与电网并网。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0017]本发明的具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，该电力转换器具备全时并网功能，进一步解释为本发明所提出的电力转换器为全天候与电网连接，除非风机故障或电网故障等不可预期外力因素，否则本发明的电力转换器不会关机；当风力发电机(简称风机)因风力带动叶片产生动能，并由叶片动能带动发电机发电，由电力转换器将风机所产生的电能传送至电网上，该风机与电力转换器系电性连接。
[0018]如图1所示，本发明的具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，其构成包含一风机用电力转换器，该电力转换器与风机电性连接，与电力转换器搭接的电网也是电性连接；该风机迎风转动发电后，其风机所产生的能量经由风机用电力转换器转换成与电网相同电压等级的交流电压，由电力转换器输出的交流电压，再通过并网的方式将所产生的能量传送至电网上。
[0019]其中风机用电力转换器包含:三相全桥整流单元，用于将风机产生的三相交流电整流为直流电使用，该三相全桥整流单元与风机电性连接，该三相全桥整流单元由六个晶体管所组成，上下臂电路分别各使用三个绝缘栅双极晶体管(IGBT)，系全控整流形式的全桥整流单元；电容型式储能组件，用于储存三相全桥整流所产生的直流电，以及消除三相全桥整流所产生的直流电的电压波纹(voltage ripple)所使用，该电容型式储能组件与三相全桥整流单元电性连接；全桥式转换单元，将储存于电容型式储能组件的直流电转换成交流电的全桥式转换单元，由四个绝缘栅双极晶体管所组成，上下臂电路分别各使用两个绝缘栅双极晶体管；控制单元，是控制三相全桥整流单元及全桥式转换单元的控制单元，该控制单元由输出脉冲宽度调制(PWM)信号，控制三相全桥整流单元将三相交流电整流成直流电，同时也控制全桥式转换单元将直流电转换为单向交流电，并与电网连接；电源板单元，可将电网电压通过整流及降压等方法对电容式储能组件及控制单元供电的功能单元，该电源板单元与电网系电性连接，电源板单元与电容型式储能组件也为电性连接，电源板单元与控制单元也为电性连接。
[0020]该电力转换器开机启动后，电网能量会通过所述电源板单元对所述电容型储能组件进行充电，同时电网能量也会通过所述电源板单元对控制单元进行供电；当电容型式储能组件充满电后，由电容型式储能组件供电；控制单元会控制全桥式转换单元与电网进行并网搭接，此时电力转换器会输出与电网电压频率及电压水平相当的交流电电压，进行全时并网功能。
[0021]该电力转换器与电网搭接后，电力转换器会自动与电网并网；当风机因受风转动而发电时，风机输出的三相交流电可实时通过所述三相全桥整流单元，将三相交流电整流并升压成高电压水平的直流电并储存于所述电容型式储能组件，全桥式转换单元则将储存于电容型式储能组件的能量降压并转换成交流电传送至电网上。
[0022]本发明的电力转换器开机后即与电网搭接并网，当风机发电时电力转换器可直接将该风机所产生的能量传送到电网上，不需经过开机程序以及并网程序。
[0023]本发明可通用于垂直轴风力发电系统及水平轴风力发电系统，其风力发电系统通过将风能转换成动能储存在叶片上，叶片再带动发电机将动能转换成机械能，通过发电机切割磁场将动能转换成电能，并由电力转换器将电能传送至当地电网。
[0024]本发明的具有实时发电且全时并网的功能，利用电网与电力转换器全时间搭接并网，该电力转换器应用电网能量对电力转换器内电容型式储能组件进行储能动作，同时提供电力转换器内控制单元电力，以维持控制单元持续开机状态，待风机发电便可实时将能量转换后传送至电网上。
[0025]举例说，电力转换器与电网电性连接，当电力转换器开机时，电力转换器内的电源板单元将利用电网能量对电容型式储能组件进行充电，同时电源板也可将电网电压转换为可驱动控制单元的电压，维持电力转换器持续开机状态，且可实时进行电力转换等动作；与此同时，因电容型式储能组件已进行充电，此时电容型式储能组件可提供具有高电压水平的直流电，控制单元可根据电网频率及相位等信息，将电力转换器与电网进行并联，但暂时不传送能量到电网上；当风开始推动风机转动，风机一开始会输出一较低电压水平的交流电压，该交流电压通过控制单元控制三相全桥整流单元，可将较低电压水平的交流电压整流且升压成高电压水平的直流电，并储存于电容型式储能单元，此时电力转换器即可通过控制单元将电容型式储能单元的高电压水平直流电传送到后端全桥式整流单元，降压转换为成可与电网并联的交流电，并将的传送至电网上，并不需要实施额外的开机程序以及并网程序；当风由强转弱甚至停止吹风，此时电力转换器持续与电网并联，并藉由持续利用电网能量维持电力转换器开机，等待风机再次发电。
[0026]以上所述及图中所示的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，其构成包含一风机用电力转换器，其特征在于:该电力转换器与风机电性连接，与电力转换器搭接的电网也电性连接，且该电力转换器和电网全时并网；该风机迎风转动发电后，其风机所产生的能量经由风机用电力转换器转换成与电网相同电压等级的交流电压，由电力转换器输出的交流电压，将所产生的能量传送至电网上。
2.如权利要求1所述的具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，其特征在于:所述风机用电力转换器包括三相全桥整流单元，用于将风机产生的三相交流电整流为直流电使用，该三相全桥整流单元与风机电性连接，该三相全桥整流单元由六个晶体管所组成，上下臂电路分别各使用三个绝缘栅双极晶体管(IGBT)，是全控整流形式的全桥整流单元。
3.如权利要求2所述的具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，其特征在于:所述风机用电力转换器包括电容型式储能组件，用于储存所述三相全桥整流单元所产生的直流电，以及消除三相全桥整流所产生的直流电的电压波纹(voltage ripple),该电容型式储能组件与三相全桥整流单元电性连接。
4.如权利要求3所述的具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，其特征在于:所述风机用电力转换器包括全桥式转换单元，将储存于所述电容型式储能组件的直流电转换成交流电，由四个绝缘栅双极晶体管所组成，上下臂电路分别各使用两个绝缘栅双极晶体管，全桥式转换单元与所述电容型式储能组件电性连接。
5.如权利要求2或4所述的具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，其特征在于:所述风机用电力转换器还包括控制单元，控制所述三相全桥整流单元及全桥式转换单元的控制单元，该控制单元由输出脉冲宽度调制(PWM)信号，控制三相全桥整流单元将三相交流电整流成直流电，同时也控制全桥式转换单元将直流电转换为单向交流电，并与电网连接。
6.如权利要求5所述的具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，其特征在于:还包括电源板单元,将电网电压对电容式储能组件及控制单元供电的功能单元,该电源板单元与电网电性连接，电源板单元与电容型式储能组件也为电性连接，电源板单元与控制单元也为电性连接。
7.如权利要求1-6之一所述的具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，其特征在于:该电力转换器开机启动后，电网能量通过所述电源板单元对所述电容型储能组件进行充电，同时电网能量也通过所述电源板单元对控制单元进行供电；当电容型式储能组件充满电后，由电容型式储能组件供电；控制单元控制全桥式转换单元与电网进行并网搭接，此时电力转换器会输出与电网电压频率及电压水平相当的交流电电压，进行全时并网。
8.如权利要求7所述的具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，其特征在于:该电力转换器与电网搭接后，电力转换器会自动与电网并网；当风机因受风转动而发电时，风机输出的三相交流电可实时通过所述三相全桥整流单元，将三相交流电整流并升压成高电压水平的直流电并储存于所述电容型式储能组件，全桥式转换单元则将储存于电容型式储能组件的能量降压并转换成交流电传送至电网上。
9.如权利要求1-8之一所述的具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，其特征在于:该电力转换器开机后即与电网搭接并网，当风机发电时电力转换器可直接将该风机所产生的能量传送到电网上，不需经过开机程序以及并网程序。
10.如权利要求1所述的具有实时发电且全时并网功能的风机用电力转换器，其特征在于:该电力转换器可用于垂直轴风力发电系统及水平轴风力发电系统。
【文档编号】H02J3/38GK104377734SQ201410699931
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】申林, 刘书芳, 刘魏 申请人:东元总合科技（杭州）有限公司