专利名称：兆瓦级双馈风力发电机使用的变流器拓扑结构的制作方法
技术领域：
本实用新型关于一种风力发电技术领域，尤指一种兆瓦(MW)级双馈风力发电机 使用的变流器拓扑结构。
技术背景双馈型风力发电机组由于系统结构的需要，在转子与电网之间需要串联变流器， 以实现双馈发电机转子励磁控制和发电机转速控制，进而实现风力发电机的功率控制。如图1所示，在现有的双馈型风力发电机组中使用的变流器拓朴结构包括有风 力发电机的主控制器 l(Programable Logic Controller, PLC)、网侧变流器 22 (Lsc，Line side converter)、机侧变流器 23 (Gsc，Generator side converter)、用于风力发电机并网 的电网4(可以是690VAC)，双馈异步发电机的定子5，双馈异步发电机的转子6，网侧变流 器22的并网开关7，发电机定子5的并网开关8。其中风力发电机的主控制器1通过光纤 将控制信号传送给网侧变流器22和机侧变流器23，以实现相应控制功能，机侧变流器23与 发电机的转子6相连，用于提供发电机的励磁电流，网侧变流器22通过并网开关7与电网 4相连，可将转子6发出的有功功率传递给电网4，发电机的定子5通过并网开关8与电网 4相连，可实现可控的风力发电机并网发电。在上述拓扑结构中，网侧变流器22只传递有功功率，其容量约为整机容量的1/5， 而机侧变流器23用于提供励磁电流，所以其容量是网侧变流器22的2倍。网侧变流器22 与机侧变流器23分别组成功率模块，并拥有独立的冷却系统、控制系统、保护系统及测量 系统。但该拓扑结构在使用过程中存在有下述问题1)单个模块功率限制只能实现满足1. 5MW风力发电机组使用，单个模块设计功率 容量较低，尤其是最大输出电流较小，只能满足1. 5MW双馈风力发电机组使用，不能对更大 型的风力发电机进行功率变换。2)任何一个变流器模块损坏都将导致风力发电机组的停机，由于网侧变流器22 和机侧变流器23之间为串联结构，且用于实现各自不同的功能，所以如果有一个变流器发 生损坏或逻辑失效，另一变流器也将受到很大的扰动，同时导致风力发电机组停机，只能通 过更换损坏器件来维护。这种变流器拓扑结构不能实现冗余功能，不能实现故障后的降功 率运行。3)由于使用两种不同结构的变流器，增加了成本及维护成本。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于提供一种能够有效解决上述问题的兆瓦级双馈风力 发电机使用的变流器拓扑结构。本实用新型中双馈风力发电机使用的变流器拓扑结构包括有至少两个结构完全 相同，且均经模块化处理的变流器，所述每个变流器的两端分别设有用于实现所述每个变 流器之间进行切入切出操作的开关，所述每个变流器的两端在分别连接所述开关后并联设置，其中所述每个变流器并联后的一端与风力发电机的转子连接，另一端经并网开关与电网相连，同时风力发电机的定子通过另一并网开关与所述电网相连，用于实现风力发电机 的并网发电。所述每个变流器为机侧变流器和网侧变流器的结合体。所述每个变流器分别与风力发电机的主控制器信号连接。本实用新型中双馈风力发电机使用的变流器拓扑结构通过将原有的机侧变流器 及网侧变流器集成为一个变流器，同时再将两个或两个以上的变流器进行并联，使得在一 个变流器发生故障时可以切换到另一个变流器，实现风力发电机降功率运行下的并网发电。
图1为现有兆瓦级双馈风力发电机使用的变流器拓扑结的示意图；图2为本实用新型中兆瓦级双馈风力发电机使用的变流器拓扑结构的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型中的具体实施例作进一步详细说明。如图2所示，本实用新型中兆瓦级双馈风力发电机使用的变流器拓扑结构主要包 括有两个结构完全相同、且均通过模块化处理后的主变流器2和副变流器3，本实用型以两 个为例，当然也可以是两个以上，根据需求进行设置。主变流器2和副变流器3并联设置， 同时与风力发电机的主控制器1信号连接，即风力发电机的主控制器1通过光纤将控制信 号分别送给主变流器2和副变流器3，以实现相应的控制功能。主变流器2和副变流器3并 联连接后的一端与风力发电机的转子6相连，用于提供风力发电机的励磁电流，另一端通 过并网开关7与电网4相连，可将转子6发出的有功功率传递给电网4，风力发电机的定子 5通过并网开关8与电网4相连，实现可控的风力发电机的并网发电。由于主变流器2和副 变流器3的结构完全相同，并且均是将原有用于转子励磁和交流侧并网发电控制的机侧变 流器23及网侧变流器22结合、模化为一体，再通过在主变流器2和副变流器3的两端分别 设置用于实现主变流器2与副变流器3之间进行切入切出操作的开关9、10、11、12，从而可 以实现替换和主从交换，并可以实现对故障的切出运行，提高风力发电机组的可利用率。综上所述，本实用新型中的兆瓦级双馈风力发电机使用的变流器拓扑结构具有以 下优点1、主变流器2根据两个结构完全相同的变流器的共同输出与主控制器1的设定值 的差异，进行微调控制，并通过更改副变流器3的控制信号可以实现设定值与实际值差异最小。2、通过使用主变流器2和副变流器3中各自内置的直流母排和直流电容，即主变 流器2和副变流器3中的直流母排和直流电容也相互并联，从而可以提高变流器拓扑结构 运行的稳定性及可靠性。3、由于主变流器2和副变流器3的并联设置，使得各自内置的直流母排不相互连 接，从而降低了电压控制的难度，减少了变流器之间的影响。4、由于模块化技术的应用，可以使变流器规格统一、接口统一、体积小巧、更换维护简单，同时降低制造成本。5、通过变流器之间的并联设置，可以满足不同的风力发电机组的设计方案，如电 压等级、电流等级、功率等级等。6、使用更大的变流器容量，包括更大的网侧容量和机侧容量，可以使变流器有更 的过载范围和动态承受能力。本实用新型中的所采用开关、并网开关、机侧变流器、及网侧变流器等均为现有产 品，因此不再另行描述。
权利要求一种兆瓦级双馈风力发电机使用的变流器拓扑结构，其特征在于，包括有至少两个结构完全相同，且均经模块化处理的变流器，所述每个变流器的两端分别设有用于实现所述每个变流器之间进行切入切出操作的开关，所述每个变流器的两端在分别连接所述开关后并联设置，其中所述每个变流器并联后的一端与风力发电机的转子连接，另一端经并网开关与电网相连，同时风力发电机的定子通过另一并网开关与所述电网相连，用于实现风力发电机的并网发电。
2.根据权利要求1所述兆瓦级双馈风力发电机使用的变流器拓扑结构，其特征在于， 所述每个变流器为机侧变流器和网侧变流器的结合体。
3.根据权利要求2所述兆瓦级双馈风力发电机使用的变流器拓扑结构，其特征在于， 所述每个变流器分别与所述风力发电机的主控制器信号连接。
专利摘要本实用新型公开了一种兆瓦级双馈风力发电机使用的变流器拓扑结构，其包括有至少两个结构完全相同，且均经模块化处理的变流器，所述每个变流器的两端分别设有用于实现所述每个变流器之间进行切入切出操作的开关，所述每个变流器的两端在分别连接所述开关后并联设置，其中所述每个变流器并联后的一端与风力发电机的转子连接，另一端经并网开关与电网相连，同时风力发电机的定子通过另一并网开关与所述电网相连，用于实现风力发电机的并网发电。
文档编号H02J3/38GK201570869SQ200920246459
公开日2010年9月1日 申请日期2009年10月26日 优先权日2009年10月26日
发明者辛理夫 申请人:华锐风电科技(集团)股份有限公司