风力发电机的加热装置及风力发电机组的制作方法
【专利摘要】本实用新型实施例提供一种风力发电机的加热装置及风力发电机组，所述加热装置包括直流变换电路和控制器，所述直流变换电路包括二极管整流模块和电压转换模块，所述二极管整流模块和控制器分别与所述电压转换模块相连，所述二极管整流模块与风力发电机相连，所述电压转换模块与母线电压正负极相连；当所述风力发电机故障时，所述控制器控制所述电压转换模块为降压电路，并且，所述二极管整流模块短接后所述风力发电机与所述电压转换模块相连。本实用新型实施例提供的风力发电机的加热装置和风力发电机组中，当风力发电机故障时，直流母线上存储的电能在无需增加外部电源设备的情况下对风力发电机进行加热。
【专利说明】
风力发电机的加热装置及风力发电机组
技术领域
[0001]本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机的加热装置及风力发电机组。
【背景技术】
[0002]风力发电机在寒冷或潮湿地区工作时，存在电缆绝缘性能下降问题。低温环境将导致电缆变脆、绝缘下降，容易发生电缆绝缘击穿；高湿度环境下电缆易发生凝露现象，容易导致风力发电机短路故障。为解决上述问题，寒冷地区或潮湿地区使用的风力发电机应具备加热能力，以保证机组安全。
[0003]在当前风力发电系统中，兆瓦级直驱风力发电系统通常采用如图1所示背靠背的双PWM变流器作为电能变换器，该电能变换器采用交流-直流-交流(AC-DC-AC)转换的拓扑结构。风力发电机I通过AC-DC变换器2 (又称机侧变换器或称直流升压电路)、DC-AC变换器3(网侧变换器)和变压器4与电网连接。上述AC-DC变换器2中包括根据电机绕组进行多组并联的二极管整流单元，以及多组并联的斩波升压(boost)电路。如图2所示的电路结构为boost单元，其中，boost单元包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)上管5、IGBT下管6和电抗器7，IGBT上管5的集电极接母线电压正极，IGBT上管5的发射极与IGBT下管6的集电极相连，IGBT下管6的发射极接母线电压负极，参见图5，二极管整流单元15通过电抗器7连接在IGBT上管5和IGBT下管6之间，IGBT上管5的门极(即控制端)输入关断信号，IGBT下管6的门极(即控制端)输入调制信号，其中，关断信号为零电平信号。如图3和图4所示的是风力发电机输出侧AC-DC变换器2的拓扑结构，其中，如图3所示的拓扑结构中直流母线电压中点接地，如图4所示的拓扑结构中直流母线电压中点不接地。
[0004]由于二极管整流单元的单向导通性能以及boost单元的升压功能，风力发电机I产生的电能只能够单向从风力发电机I到电网的方向流动，具体的风力发电机I产生的三相交流电通过AC-DC变换器2整流成直流电，将电能存储在直流母线上，之后该直流电通过DC-AC变换器3逆变成电网可以接收的三相电，通过变压器4与电网连接。然而，当需要为风力发电机I通直流电加热风力发电机I时，只能为风力发电机I外接电源设备供给直流电，该方法将增加施工难度和工作量，难以推广使用。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型实施例的目的在于提供一种风力发电机的加热装置及风力发电机组，在无需增加外部电源设备的情况下对风力发电机进行加热。
[0006]本实用新型实施例的一方面提供一种风力发电机的加热装置，所述加热装置包括直流变换电路和控制器，所述直流变换电路包括二极管整流模块和电压转换模块，所述二极管整流模块和控制器分别与所述电压转换模块相连，所述二极管整流模块与风力发电机相连，所述电压转换模块与母线电压正负极相连;当所述风力发电机故障时，所述控制器控制所述电压转换模块为降压电路，并且，所述二极管整流模块短接后所述风力发电机与所述电压转换模块相连。
[0007]可选地，所述二极管整流模块短接包括:所述风力发电机的第一定子绕组的第一相与所述二极管整流模块的正极相连，所述第一定子绕组的第三相与所述风力发电机的第二定子绕组的第一相相连，所述第二定子绕组的第三相与所述二极管整流模块的负极相连;所述第一定子绕组的第二相悬空或与所述第一定子绕组的第一相相连或与所述第一定子绕组的第三相相连，所述第二定子绕组的第二相悬空或与所述第二定子绕组的第一相相连或与所述第二定子绕组的第三相相连。
[0008]可选地，所述二极管整流模块短接包括:所述风力发电机的第一定子绕组的第一相和所述风力发电机的第二定子绕组的第一相分别与所述二极管整流模块的正极相连，所述第一定子绕组的第三相和所述第二定子绕组的第三相分别与所述二极管整流模块的负极相连;所述第一定子绕组的第二相悬空或与所述第一定子绕组的第一相相连或与所述第一定子绕组的第三相相连，所述第二定子绕组的第二相悬空或与所述第二定子绕组的第一相相连或与所述第二定子绕组的第三相相连。
[0009]可选地，所述电压转换模块包括绝缘栅双极型晶体管上管、绝缘栅双极型晶体管下管和电抗器组，所述绝缘栅双极型晶体管上管的发射极和所述绝缘栅双极型晶体管下管的集电极相连，所述绝缘栅双极型晶体管上管的集电极与所述母线电压正极相连，所述绝缘栅双极型晶体管下管的发射极、所述二极管整流模块的负极分别与所述母线电压负极相连，所述二极管整流模块的正极通过所述电抗器组连接在对应的所述绝缘栅双极型晶体管上管和绝缘栅双极型晶体管下管之间，所述控制器分别与所述绝缘栅双极型晶体管上管和所述绝缘栅双极型晶体管下管的门极相连；当所述风力发电机故障时，所述控制器向所述绝缘栅双极型晶体管上管输出调制信号，所述控制器向所述绝缘栅双极型晶体管下管输出关断信号。
[0010]可选地，所述控制器包括采集电路和控制模块，所述采集电路的输入端分别与所述二极管整流模块的输出端、所述电压转换模块的输出端和所述电抗器组相连，所述采集电路的输出端与所述控制模块的输入端相连，所述采集电路用于分别获取所述二极管整流模块输出的整流电压、所述母线电压和所述电抗器组中每一电抗器上的电流，所述控制模块用于根据所述整流电压、所述母线电压和所述电流输出所述调制信号。
[0011]可选地，所述加热装置还包括第一三相断路器和第二三相断路器，所述第一三相断路器的每一相安装在所述第一定子绕组的对应相上，所述第二三相断路器的每一相安装在所述第二定子绕组的对应相上。
[0012]可选地，所述加热装置还包括第一补偿电容组和第二补偿电容组，所述第一补偿电容组和第二补偿电容组分别包括三路首尾相连的阻容电路，每路所述阻容电路包括并联的电容和电阻，所述第一补偿电容组的每路阻容电路连接在所述第一定子绕组的两相之间，所述第二补偿电容组的每路阻容电路连接在所述第二定子绕组的两相之间。
[0013]可选地，所述加热装置还包括第一开关和第二开关，所述第一开关安装在所述第一定子绕组的第一相上，所述第二开关安装在所述第一定子绕组的第三相上;并且/或者，所述加热装置还包括第三开关和第四开关，所述第三开关安装在所述第二定子绕组的第一相上，所述第四开关安装在所述第二定子绕组的第三相上。
[0014]本实用新型实施例的另一方面提供一种风力发电机组，包括风力发电机和如前所述的任一种风力发电机的加热装置，所述风力发电机与所述加热装置连接。
[0015]本实用新型实施例提供的风力发电机的加热装置和风力发电机组中，当风力发电机正常运行时，控制器控制风力发电机输出的电能从二极管整流模块向电压转换模块的方向流动；当风力发电机故障时，控制器控制电压转换模块为降压电路，并且，所述二极管整流模块短接后所述风力发电机与所述电压转换模块相连，直流母线上存储的电能从电压转换模块向二极管整流模块的方向给风力发电机供电，风力发电机通直流电后即可在无需增加外部电源设备的情况下对风力发电机进行加热。
【附图说明】
[0016]图1是现有技术中直驱风力发电系统结构示意图；
[0017]图2是现有技术中的一种斩波升压电路；
[0018]图3是现有技术中的一种风力发电机的AC-DC变换器的电路拓扑结构示意图；
[0019]图4是现有技术中的另一种风力发电机的AC-DC变换器的电路拓扑结构示意图；
[0020]图5是现有技术中的直流变换电路的结构示意图；
[0021]图6是本实用新型实施例一中的风力发电机的加热装置的结构示意图一；
[0022]图7是本实用新型实施例一中的风力发电机的加热装置的结构示意图二；
[0023]图8是本实用新型实施例一中的风力发电机的加热装置的结构示意图三；
[0024]图9是本实用新型实施例一中的风力发电机的加热装置的结构示意图四；
[0025]图10是本实用新型实施例一中的风力发电机的加热装置的结构示意图五；
[0026]图11是本实用新型实施例一中的风力发电机的加热装置的结构示意图六。
[0027]附图标记说明:
[0028]1、风力发电机;2、AC-DC变换器;2'、直流变换电路;3、DC_AC变换器;4、变压器;5、IGBT上管;6、IGBT下管；7、电抗器;8、第一补偿电容组;8'、第二补偿电容组;9、第一三相断路器;Y、第二三相断路器；10、二极管整流模块；11、电压转换模块；12、IGBT上管；13、IGBT下管；14、电抗器组；15、二极管整流单元;Al、第一定子绕组的第一相;B1、第一定子绕组的第二相;Cl、第一定子绕组的第三相;A2、第二定子绕组的第一相;B2、第二定子绕组的第二相;C2、第二定子绕组的第三相。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图详细描述本实用新型的示例性实施例。
[0030]实施例一
[0031]如图6所示，本实用新型实施例提供的风力发电机的加热装置包括直流变换电路I'和控制器(图中未示出)，直流变换电路包括二极管整流模块10和电压转换模块11，二极管整流模块10和控制器分别与电压转换模块11相连，二极管整流模块10与风力发电机I相连，电压转换模块11与母线电压正负极相连；当风力发电机I故障时，控制器控制电压转换模块11为降压电路，并且，二极管整流模块10短接后风力发电机I与电压转换模块11相连。
[0032]当风力发电机I的绝缘性能下降到预设的性能阈值时，判定风力发电机故障，此时需要对风力发电机进行加热，本实施例的技术方案控制器控制电压转换模块11为降压电路、二极管整流模块10短接后，直流母线上的电能(直流电)通过电压转换模块11向风力发电机I输出，风力发电机I通直流电之后开始加热，加热风力发电机I使得风力发电机I的温度或者绝缘性能达到预设的温度阈值或者性能阈值时，该故障可以排除。
[0033]图6、图7及图10中，二极管整流模块短接的一种实现方式通过风力发电机的第一定子绕组和第二定子绕组串联实现，具体的，如图10所示，该实现方式包括:风力发电机I的第一定子绕组的第一相Al与二极管整流模块10的正极相连，第一定子绕组的第三相Cl与风力发电机I的第二定子绕组的第一相A2相连，第二定子绕组的第三相C3与二极管整流模块10的负极相连;第一定子绕组的第二相BI悬空，第二定子绕组的第二相B2悬空。图10的实现方式中的直流母线中点悬空。
[0034]参见图6，其与图10中的实现方式不同之处在于第一定子绕组的第二相BI与第一定子绕组的第一相Al相连，第二定子绕组的第二相B2与第二定子绕组的第三相C3相连。且图6的实现方式与图10的实现方式的另一不同之处在于图6的实现方式中的直流母线中点接地。
[0035]参见图7，其与图6中的实现方式相同，图7的实现方式与图6的实现方式的不同之处在于图7的实现方式中的直流母线中点悬空。
[0036]图8、图9及图11中，二极管整流模块短接的另一种实现方式通过风力发电机的第一定子绕组和第二定子绕组并联实现，具体的，如图11所示，该实现方式包括:风力发电机的第一定子绕组的第一相Al和风力发电机的第二定子绕组的第一相A2分别与二极管整流模块10的正极相连，第一定子绕组的第三相Cl和第二定子绕组的第三相C2分别与二极管整流模块10的负极相连;第一定子绕组的第二相BI悬空，第二定子绕组的第二相B2悬空。图11的实现方式中的直流母线中点接地。
[0037]参见图8，其与图11中的实现方式不同之处在于第一定子绕组的第二相BI与第一定子绕组的第一相Al相连，第二定子绕组的第二相B2与第二定子绕组的第三相C3相连。
[0038]参见图9，其与图8中的实现方式相同，图9的实现方式与图8的实现方式的不同之处在于图9的实现方式中的直流母线中点悬空。
[0039]继续参见图6，电压转换模块11包括IGBT上管12、IGBT下管13和电抗器组14，IGBT上管12的发射极和IGBT下管13的集电极相连，IGBT上管12的集电极与母线电压正极相连，IGBT下管13的发射极、二极管整流模块10的负极分别与母线电压负极相连，二极管整流模块10的正极通过电抗器组14连接在对应的IGBT上管12和IGBT下管13之间，控制器分别与IGBT上管12和IGBT下管13的门极相连，控制器向IGBT上管12输出调制信号，控制器向IGBT下管13输出关断信号。在本实施例中，关断信号为零电平信号，调制信号为脉冲宽度调制信号。
[0040]控制器包括采集电路(图中未示出)和控制模块(图中未示出)，采集电路的输入端分别与二极管整流模块10的输出端、电压转换模块11的输出端和电抗器组14相连，采集电路的输出端与控制模块的输入端相连，采集电路用于分别获取二极管整流模块10输出的整流电压、母线电压和电抗器组14中每一电抗器上的电流，控制模块用于根据整流电压、母线电压和电流输出调制信号。参见图3，现有技术中，正常运行的风力发电机向电网供电的回路中，斩波升压电路包括IGBT上管和IGBT下管，IGBT上管的控制端关断信号，IGBT下管的控制端输入调制信号，现有技术中的斩波升压电路与本实用新型中的降压电路组成结构相同，其不同之处主要在于IGBT上管和IGBT下管的控制端输入的信号相反，因此其功能也相反。采集电路可以采用现有包括但不限于运放芯片、电阻和/或电容的电压、电流信号采集电路。
[0041 ] 继续参见图6，可选地，加热装置还包括第一三相断路器9和第二三相断路器Y，第一三相断路器9的每一相安装在第一定子绕组的对应相上，第二三相断路器Y的每一相安装在第二定子绕组的对应相上。第一三相断路器9和第二三相断路器Y的使用可以保障加热装置在使用中的安全。
[0042]可选地，加热装置还包括第一补偿电容组8和第二补偿电容组8'，第一补偿电容组第一补偿电容组8和第二补偿电容组8'分别包括三路首尾相连的阻容电路，每路阻容电路包括并联的电容和电阻，第一补偿电容组的每路阻容电路连接在第一定子绕组的两相之间，第二补偿电容组的每路阻容电路连接在第二定子绕组的两相之间。
[0043]可选地，加热装置还包括第一开关(图中未示出)和第二开关(图中未示出)，第一开关安装在第一定子绕组的第一相上，第二开关安装在第一定子绕组的第三相上;并且/或者，加热装置还包括第三开关(图中未示出)和第四开关(图中未示出)，第三开关安装在第二定子绕组的第一相上，第四开关安装在第二定子绕组的第三相上。设置第一开关、第二开关和/或第三开关、第四开关，当第一开关、第二开关和第三开关、第四开关导通时，二极管整流模块短接；当第一开关、第二开关和第三开关、第四开关断开时，二极管整流模块正常工作。
[0044]实施例二
[0045]本实施例提供的风力发电机组包括风力发电机I和如实施例一中所述的任一种风力发电机的加热装置，风力发电机与加热装置连接。由于该风力发电机组包含该风力发电机的加热装置，相应地，具有该风力发电机的加热装置的技术效果，不再赘述。
[0046]以上，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种风力发电机的加热装置，其特征在于，所述加热装置包括直流变换电路和控制器，所述直流变换电路包括二极管整流模块和电压转换模块，所述二极管整流模块和控制器分别与所述电压转换模块相连，所述二极管整流模块与风力发电机相连，所述电压转换模块与母线电压正负极相连；当所述风力发电机故障时，所述控制器控制所述电压转换模块为降压电路，并且，所述二极管整流模块短接后所述风力发电机与所述电压转换模块相连。2.根据权利要求1所述的风力发电机的加热装置，其特征在于，所述二极管整流模块短接包括: 所述风力发电机的第一定子绕组的第一相与所述二极管整流模块的正极相连，所述第一定子绕组的第三相与所述风力发电机的第二定子绕组的第一相相连，所述第二定子绕组的第三相与所述二极管整流模块的负极相连； 所述第一定子绕组的第二相悬空或与所述第一定子绕组的第一相相连或与所述第一定子绕组的第三相相连，所述第二定子绕组的第二相悬空或与所述第二定子绕组的第一相相连或与所述第二定子绕组的第三相相连。3.根据权利要求1所述的风力发电机的加热装置，其特征在于，所述二极管整流模块短接包括: 所述风力发电机的第一定子绕组的第一相和所述风力发电机的第二定子绕组的第一相分别与所述二极管整流模块的正极相连，所述第一定子绕组的第三相和所述第二定子绕组的第三相分别与所述二极管整流模块的负极相连； 所述第一定子绕组的第二相悬空或与所述第一定子绕组的第一相相连或与所述第一定子绕组的第三相相连，所述第二定子绕组的第二相悬空或与所述第二定子绕组的第一相相连或与所述第二定子绕组的第三相相连。4.根据权利要求2或3所述的风力发电机的加热装置，其特征在于，所述电压转换模块包括绝缘栅双极型晶体管上管、绝缘栅双极型晶体管下管和电抗器组，所述绝缘栅双极型晶体管上管的发射极和所述绝缘栅双极型晶体管下管的集电极相连，所述绝缘栅双极型晶体管上管的集电极与所述母线电压正极相连，所述绝缘栅双极型晶体管下管的发射极、所述二极管整流模块的负极分别与所述母线电压负极相连，所述二极管整流模块的正极通过所述电抗器组连接在对应的所述绝缘栅双极型晶体管上管和绝缘栅双极型晶体管下管之间，所述控制器分别与所述绝缘栅双极型晶体管上管和所述绝缘栅双极型晶体管下管的门极相连；当所述风力发电机故障时，所述控制器向所述绝缘栅双极型晶体管上管输出调制信号，所述控制器向所述绝缘栅双极型晶体管下管输出关断信号。5.根据权利要求4所述的风力发电机的加热装置，其特征在于，所述控制器包括采集电路和控制模块，所述采集电路的输入端分别与所述二极管整流模块的输出端、所述电压转换模块的输出端和所述电抗器组相连，所述采集电路的输出端与所述控制模块的输入端相连，所述采集电路用于分别获取所述二极管整流模块输出的整流电压、所述母线电压和所述电抗器组中每一电抗器上的电流，所述控制模块用于根据所述整流电压、所述母线电压和所述电流输出所述调制信号。6.根据权利要求4所述的风力发电机的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括第一三相断路器和第二三相断路器，所述第一三相断路器的每一相安装在所述第一定子绕组的对应相上，所述第二三相断路器的每一相安装在所述第二定子绕组的对应相上。7.根据权利要求4所述的风力发电机的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括第一补偿电容组和第二补偿电容组，所述第一补偿电容组和第二补偿电容组分别包括三路首尾相连的阻容电路，每路所述阻容电路包括并联的电容和电阻，所述第一补偿电容组的每路阻容电路连接在所述第一定子绕组的两相之间，所述第二补偿电容组的每路阻容电路连接在所述第二定子绕组的两相之间。8.根据权利要求2或3所述的风力发电机的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括第一开关和第二开关，所述第一开关安装在所述第一定子绕组的第一相上，所述第二开关安装在所述第一定子绕组的第三相上;并且/或者， 所述加热装置还包括第三开关和第四开关，所述第三开关安装在所述第二定子绕组的第一相上，所述第四开关安装在所述第二定子绕组的第三相上。9.一种风力发电机组，其特征在于，包括风力发电机和如权利要求1至8任一项所述的风力发电机的加热装置，所述风力发电机与所述加热装置连接。
【文档编号】H02M7/06GK205681322SQ201620588093
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月16日 公开号201620588093.9, CN 201620588093, CN 205681322 U, CN 205681322U, CN-U-205681322, CN201620588093, CN201620588093.9, CN205681322 U, CN205681322U
【发明人】尹进峰, 岳健, 王栋
【申请人】新疆金风科技股份有限公司