逆变器、电力传输系统、风力发电机组及风电场的制作方法

文档序号:15901944发布日期:2018-11-09 21:54
逆变器、电力传输系统、风力发电机组及风电场的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域,尤其涉及一种逆变器、电力传输系统、风力发电机组及风电场。



背景技术:

风力发电机组中风力发电机所产生的电能需要经过传输并入电网,当所产生的电能传输到电网时,通常采用基于直流断路器的电力传输系统。

如图1所示,基于直流断路器的电力传输系统,由依次连接的汇流母线11、直流断路器12、直流平波电抗器13、MMC(Modular Multilevel Converter,模块化多电平)换流阀14、软启动开关电路15、中压断路器16以及网侧变压器17组成。其中,汇流母线11与风电场10中的每个风力发电机组相连接,用于汇聚风电场10中多个直流风力发电机(直流风力发电机1~直流风力发电机N)所产生的电能,并通过电力传输系统可以将电能传输到电网18。

在上述电力传输系统中,由于MMC换流阀为三相换流阀,其每相换流阀中均包括多个功率单元,这就导致整个MMC换流阀包括的功率单元数量众多,成本较高,导致整个电力传输系统的成本较高。



技术实现要素:

本实用新型实施例提供了一种逆变器、电力传输系统、风力发电机组及风电场,用以降低电力传输系统的成本。

第一方面,本实用新型实施例提供了一种逆变器,用于电力传输系统,逆变器包括:

多绕组变压器和多个功率单元,其中,多个功率单元级联连接,且每个功率单元的三相交流端口分别与多绕组变压器的一个副边绕组的三相端口对应连接。

在第一方面的一些实施例中,功率单元中包括三相PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)变流器,三相PWM变流器中包括三个并联连接的逆变桥臂;三个逆变桥臂的中点作为功率单元的三相交流端口,分别与多绕组变压器的一个副边绕组的三相端口对应连接。

在第一方面的一些实施例中,功率单元中还包括与三相PWM变流器并联连接的斩波及卸能组件。

在第一方面的一些实施例中,斩波及卸能组件包括:半桥桥臂及卸能电阻,半桥桥臂连接在功率单元的正极母线与负极母线之间;卸能电阻的一端连接半桥桥臂中点,另一端与功率单元的正极母线相连接。

在第一方面的一些实施例中,半桥桥臂包括两个串联连接的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)。

在第一方面的一些实施例中,功率单元中还包括母线电容和放电电阻,母线电容和放电电阻均与三相PWM变流器并联连接。

在第一方面的一些实施例中,多个功率单元的数量为M,M个功率单元中前一功率单元的负极母线与后一功率单元的正极母线连接以实现级联连接,第一个功率单元的正极母线与逆变器的正直流母线连接,第M个功率单元的负极母线与逆变器的负直流母线连接,其中,M为大于1的正整数。

第二方面,本实用新型实施例提供一种电力传输系统,电力传输系统包括:连接的网侧逆变模块和用于将电能传输到电网的并网模块,其中,网侧逆变模块包括本实用新型实施例第一方面提供的逆变器。

第三方面,本实用新型实施例提供一种风力发电机组,风力发电机组包括直流风力发电机和本实用新型实施例第二方面提供的电力传输系统;直流风力发电机、电力传输系统中的网侧逆变模块和并网模块依次连接。

第四方面,本实用新型实施例提供一种风电场,风电场包括多个如本实用新型实施例第三方面提供的风力发电机组;或者,

风电场包括多个直流风力发电机组成的风力发电机阵列、汇流母线及本实用新型实施例第二方面提供的电力传输系统,其中,汇流母线,与风力发电机阵列中的每个直流风力发电机相连接;电力传输系统与汇流母线相连接。

本实用新型实施例提供的逆变器、电力传输系统、风力发电机组、风电场,其中,逆变器包括多绕组变压器和多个功率单元,多个功率单元级联连接,且每个功率单元的三相交流端口分别与多绕组变压器的一个副边绕组的三相端口对应连接。

本实用新型实施例提供的逆变器,应用在电力传输系统中时,与现有电力传输系统中使用MMC换流阀相比,在实现逆变功能的同时,能够降低所需的功率单元的数量,从而降低电力传输系统的成本。

附图说明

从下面结合附图对本实用新型的具体实施方式的描述中可以更好地理解本实用新型其中,相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为现有技术中基于直流断路器的电力传输系统的电路拓扑的结构示意图;

图2为本实用新型实施例提供的逆变器的电路拓扑的结构示意图;

图3为本实用新型实施例提供的逆变器中功率单元的电路拓扑的结构示意图;

图4为本实用新型实施例提供的电力传输系统的电路拓扑的结构示意图;

图5为本实用新型实施例提供的一种风电场的电路拓扑的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中,提出了许多具体细节,以便提供对本实用新型的全面理解。但是,对于本领域技术人员来说很明显的是,本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。本实用新型决不限于下面所提出的任何具体配置和算法,而是在不脱离本实用新型的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中,没有示出公知的结构和技术,以便避免对本实用新型造成不必要的模糊。

需要说明的是,本实用新型实施例中所提到的网侧是指电网侧,例如,本实用新型实施例中所提到的网侧逆变模块是指设置在电网侧的逆变模块。

下面结合图2~图5对本实用新型实施例提供的逆变器、电力传输系统、风力发电机组及风电场进行详细说明。

如图2所示,本实用新型实施例提供的逆变器,包括多绕组变压器21和多个功率单元22,其中,多个功率单元22级联连接,且每个功率单元22的三相交流端口分别与多绕组变压器21的一个副边绕组的三相端口对应连接。

在一个实施方式中,多个功率单元的数量为M,M个功率单元中前一功率单元的负极母线与后一功率单元的正极母线连接以实现级联连接,第一个功率单元的正极母线与逆变器的正直流母线连接,第M个功率单元的负极母线与逆变器的负直流母线连接,其中,M为大于1的正整数。

在一个示例中,以每个功率单元22的正极母线作为功率单元22的直流正极端口,以每个功率单元22的负极母线作为功率单元22的直流负极端口。在级联连接多个功率单元22时,第一个功率单元22的直流正极端口连接逆变器的正直流母线DC+,第一个功率单元22的直流负极端口,连接第二个功率单元22的直流正极端口;依次类推,第M个功率单元22的直流正极端口,连接第M-1个功率单元22的直流负极端口,第M个功率单元22的直流负端口,连接逆变器的负直流母线DC-。

在一个示例中,第一个功率单元22的三相交流端口分别与多绕组变压器21副边的第一副边绕组的三相端口对应连接;依次的,第M个功率单元22的三相交流端口分别与多绕组变压器21副边的第M个副边绕组的三相端口对应连接。

在一个实施方式中,如图3所示,功率单元22的电路拓扑结构,可以包括:三相PWM变流器220,三相PWM变流器220中包括三个并联连接的逆变桥臂;三个逆变桥臂的中点作为功率单元22的三相交流端口,分别与多绕组变压器21的一个副边绕组的三相端口对应连接。

功率单元22中包括的三相PWM变流器220,可以把功率单元22母线中的直流电逆变成三相交流电,与对应的多绕组变压器21副边绕组的三相端口对应起来,也可以把多绕组变压器21副边绕组中的三相交流电整流成直流电,实现了能量的双向流动。

在一个实施方式中,功率单元22中还包括与三相PWM变流器220并联连接的斩波及卸能组件221。如图3所示,斩波及卸能组件221包括:半桥桥臂及卸能电阻,半桥桥臂连接在功率单元22的正极母线与负极母线之间;卸能电阻的一端连接半桥桥臂中点,另一端与功率单元22的正极母线相连接。

卸能及斩波组件221,可以被配置为在直流母线电压超过预设的直流母线电压阈值时,通过卸能及斩波组件221中的卸能电阻,卸放超过直流母线电压阈值的能量。其中,预设的直流母线电压阈值,可以根据经验值自由设定。

需要说明的是,本实用新型实施例中所提到的半桥桥臂包括两个串联连接的IGBT。

在一个实施方式中,半桥桥臂中的每个IGBT还可以连接有反并联二极管。

在一个实施方式中,功率单元22中还包括母线电容222和放电电阻223,母线电容222和放电电阻223均与三相PWM变流器220并联连接。其中,母线电容222用于实现能量的储存,放电电阻223用于实现风力发电机组停机后残留电能的泄放。

本实用新型实施例提供的逆变器,与MMC换流阀相比,在实现逆变功能的同时,能够降低所需的功率单元的数量。举例来说,假设MMC换流阀每相换流阀中包括N个功率单元,则整个MMC换流阀包括三相换流阀,其将包括3N个功率单元,而本实用新型实施例提供的逆变器,只需N个或者少于N个的功率单元即可,与MMC换流阀相比,能够减少2/3功率单元的数量,降低成本。

如图4所示,本实用新型实施例还提供一种电力传输系统,电力传输系统包括:连接的网侧逆变模块42和用于将电能传输到电网的并网模块43,其中,网侧逆变模块42包括本实用新型上述实施例提供的逆变器。

在一个实施方式中,并网模块43包括:依次连接的软启动开关电路431、中压断路器432以及网侧变压器433,并网模块43用于连接电网41和网侧逆变模块42。

在一个实施方式中,电力传输系统还包括:直流断路器44,连接于直流风力发电机40和网侧逆变模块42之间,用于对电力传输系统进行短路保护。

在一个实施方式中,电力传输系统还包括:直流平波电抗器45,连接于直流风力发电机40和网侧逆变模块42之间,用于对直流风力发电机40输出的直流电进行滤波。

实际应用中,启动风力发电机组时,闭合并网模块43中的中压断路器432,电网41通过网侧变压器433向风力发电机组送电。

具体来说,由于中压断路器45闭合,网侧逆变模块42与电网41连接,电网41中的交流电通过软启开关电路431中的充电电阻对网侧逆变模块42(或者逆变器)的母线充电,当充电完成时,软启动开关电路431中的开关组件吸合,断开软启动开关电路431中充电电阻的交流充电回路。

网侧逆变模块42(或者逆变器)母线中存储的电能通过直流平波电抗器45和直流断路器44,向直流风力发电机40送电,满足直流风力发电机40启动工作的需求,启动直流风力发电机40。

直流风力发电机40启动工作之后,直流风力发电机40所产生的电能依次通过直流断路器44和直流平波电抗器45传输至网侧逆变模块32(或逆变器)。网侧逆变模块32(或逆变器)将直流电转换为交流电,并通过网侧变压器433将交流电转换为220KV的交流电,然后并入电网41,实现将直流风力发电机40所产生的电能传输至电网41。

本实用新型实施例还提供一种风力发电机组,风力发电机组包括直流风力发电机和本实用新型上述实施例提供的电力传输系统;直流风力发电机、电力传输系统中的网侧逆变模块和并网模块依次连接。

本实用新型实施例提供的风力发电机组,风力发电机组中包括本实用新型上述实施例提供的电力传输系统,也即在将风力发电机组中直流风力发电机所产生的电能传输至电网时,使用本实用新型上述实施例提供的逆变器将直流电转换为交流电,与现有技术中采用MMC换流阀相比,在实现逆变功能的同时,能够降低所需的功率单元的数量,能够降低成本。

本实用新型实施例还提供一种风电场,风电场包括多个如本实用新型上述实施例提供的风力发电机组。

本实用新型实施例提供的风电场中,每个风力发电机组均包括本实用新型上述实施例所提供的电力传输系统,因此,在将风力发电机组中直流风力发电机所产生的电能传输至电网时,使用本实用新型上述实施例提供的逆变器将直流电转换为交流电,与现有技术中采用MMC换流阀相比,在实现逆变功能的同时,能够降低所需的功率单元的数量,能够降低成本。

另外,本实用新型实施例还提供另一种风电场,如图5所示,风电场包括多个直流风力发电机组(直流风力发电机1~直流风力发电机N)组成的风力发电机阵列50、汇流母线51及本实用新型上述实施例提供的电力传输系统52,其中,汇流母线51,与风力发电机阵列50中的每个直流风力发电机相连接;电力传输系统52与汇流母线51相连接。

本实用新型实施例提供的风电场中,在风电场中使用本实用新型上述实施例所提供的电力传输系统,因此,在将风力发电机组中直流风力发电机所产生的电能传输至电网时,使用本实用新型上述实施例提供的逆变器将直流电转换为交流电,与现有技术中采用MMC换流阀相比,在实现逆变功能的同时,能够降低所需的功率单元的数量,能够降低成本。

本领域技术人员应能理解,上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合,以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上,应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中,术语“包括”并不排除其他装置或步骤;不定冠词“一个”不排除多个;术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

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