专利名称：基于模块化多电平变流器的风力发电与并网系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及变流器在风カ发电系统中的应用，尤其是模块化多电平变流器在风カ发电系统中的应用。
背景技术：
由于能源短缺和环境恶化，可再生能源发电引起了人们的广泛关注，其中风カ发电以其分布广泛，容易开发，储量巨大，成为新能源发电的主要发展方向，而风カ发电机的单机功率也越来越大，这给风电变流器的研发带来了新的挑战。由于可关断电カ电子器件 的耐压值和容量的限制，传统的两电平和三电平拓扑结构很难满足大功率风电变流器的应用，并且，随着电压等级的提高，两电平和三电平变流器的dv/dt更高，这给滤波器的设计带来了困难，产生损耗也更大。本专利提供了一种基于模块化多电平变流器的风电变流器，每个桥臂由多个半桥子模块串联而成，根据电压等级的不同选择需要串联的子模块数量，因此该类型的风电变流器不受可关断电力电子器件耐压值的限制，可以做到很高的电压等级；该风电变流器采用载波移相调制，使交流侧输出电压的dv/dt大幅减小，从而使交流侧滤波器的设计大为简化。
发明内容
基于模块化多电平变流器的风カ发电与并网系统由风カ发电机、机侧模块化多电平变流器、网侧模块化多电平变流器、直流滤波电容(C)、并网变压器、电网构成；
所述的机侧模块化多电平变流器的交流侧连接所述的风カ发电机，直流侧连接所述的直流滤波电容，其作用为控制风カ发电机发出的有功功率和无功功率，并将交流侧的电能输送到直流侧；
所述的网侧模块化多电平变流器的直流侧连接所述的直流滤波电容，交流侧连接所述的并网变压器，其作用是维持直流滤波电容电压的稳定，并将直流侧的电能输送到交流侧，同时控制输入到电网中的无功功率；
所述的直流滤波电容的作用是抑制所述的网侧模块化多电平变流器和所述的机侧模块化多电平变流器直流侧电压的波动。所述的机侧模块化多电平变流器由三个桥臂和三个交流侧串联电抗器(L)构成，三个桥臂与所述的直流滤波电容并联连接，每个桥臂由两个换流链和两个电感串联构成，每个桥臂连接成上下对称结构，中间作为交流侧输出；换流链由ー个或多个子模块串联构成，换流链输出的电压中包含直流分量和基频分量，桥臂中两个换流链输出的电压中的交流分量幅值相等相位相反，桥臂中的两个换流链输出的电压之和为所述的直流滤波电容两端的电压；
所述的子模块由电カ电子器件、电容、电阻构成，子模块输出电压(Uout)中含有直流分量和基波交流分量，所述的子模块中的可关断器件的开关信号由载波和调制波比较得到，所述的换流链中的各子模块所对应的载波的相位相差一定的角度，构成载波移相脉冲宽度调制。所述的机侧模块化多电平变流器和所述的网侧模块化多电平变流器的结构相同，换流链与子模块的控制方法也相同。本发明的有点是，可以用耐压值较低的可关断器件构成高压大容量的风电变流器。交流侧输出电压的dv/dt较小，使交流侧滤波器变得简単，甚至不使用交流滤波器。
图I基于模块化多电平变流器的风カ发电与并网系统结构图。图2模块化多电平变流器的结构。图3子模块结构图。
具体实施例方式基于模块化多电平变流器的风カ发电与并网系统由风カ发电机、机侧模块化多电平变流器、网侧模块化多电平变流器、直流滤波电容(C)、并网变压器、电网构成；
所述的机侧模块化多电平变流器的交流侧连接所述的风カ发电机，直流侧连接所述的直流滤波电容，其作用为控制风カ发电机发出的有功功率和无功功率，并将交流侧的电能输送到直流侧；
所述的网侧模块化多电平变流器的直流侧连接所述的直流滤波电容，交流侧连接所述的并网变压器，其作用是维持直流滤波电容电压的稳定，并将直流侧的电能输送到交流侧，同时控制输入到电网中的无功功率；
所述的直流滤波电容的作用是抑制所述的网侧模块化多电平变流器和所述的机侧模块化多电平变流器直流侧电压的波动。所述的机侧模块化多电平变流器由三个桥臂和三个交流侧串联电抗器(L)构成，三个桥臂与所述的直流滤波电容并联连接，每个桥臂由两个换流链和两个电感串联构成，每个桥臂连接成上下对称结构，中间作为交流侧输出；换流链由ー个或多个子模块串联构成，换流链输出的电压中包含直流分量和基频分量，桥臂中两个换流链输出的电压中的交流分量幅值相等相位相反，桥臂中的两个换流链输出的电压之和为所述的直流滤波电容两端的电压；
所述的子模块由电カ电子器件、电容、电阻构成，子模块输出电压(Uout)中含有直流分量和基波交流分量，所述的子模块中的可关断器件的开关信号由载波和调制波比较得到，所述的换流链中的各子模块所对应的载波的相位相差一定的角度，构成载波移相脉冲宽度调制。所述的机侧模块化多电平变流器和所述的网侧模块化多电平变流器的结构相同，换流链与子模块的控制方法也相同。
权利要求
1.基于模块化多电平变流器的风カ发电与并网系统由风カ发电机、机侧模块化多电平变流器、网侧模块化多电平变流器、直流滤波电容(C)、并网变压器、电网构成； 所述的机侧模块化多电平变流器的交流侧连接所述的风カ发电机，直流侧连接所述的直流滤波电容，其作用为控制风カ发电机发出的有功功率和无功功率，并将交流侧的电能输送到直流侧； 所述的网侧模块化多电平变流器的直流侧连接所述的直流滤波电容，交流侧连接所述的并网变压器，其作用是维持直流滤波电容电压的稳定，并将直流侧的电能输送到交流侧，同时控制输入到电网中的无功功率； 所述的直流滤波电容的作用是抑制所述的网侧模块化多电平变流器和所述的机侧模块化多电平变流器直流侧电压的波动。
2.如权利要求I中所述的基于模块化多电平变流器的风カ发电与并网系统，其特征在于，所述的机侧模块化多电平变流器由三个桥臂和三个交流侧串联电抗器(L)构成，三个桥臂与所述的直流滤波电容并联连接，每个桥臂由两个换流链和两个电感串联构成，每个桥臂连接成上下对称结构，中间作为交流侧输出；换流链由ー个或多个子模块串联构成，换流链输出的电压中包含直流分量和基频分量，桥臂中两个换流链输出的电压中的交流分量幅值相等相位相反，桥臂中的两个换流链输出的电压之和为所述的直流滤波电容两端的电压； 所述的子模块由电カ电子器件、电容、电阻构成，子模块输出电压(Uout)中含有直流分量和基波交流分量，所述的子模块中的可关断器件的开关信号由载波和调制波比较得到，所述的换流链中的各子模块所对应的载波的相位相差一定的角度，构成载波移相脉冲宽度调制。
3.如权利要求I中所述的基于模块化多电平变流器的风カ发电与并网系统，其特征在干，所述的机侧模块化多电平变流器和所述的网侧模块化多电平变流器的结构相同，换流链与子模块的控制方法也相同。
全文摘要
本发明公开了一种基于模块化多电平变流器的风力发电与并网系统，该系统由风力发电机、机侧模块化多电平变流器、直流滤波电容、网侧模块化多电平变流器、并网变压器、电网构成；相对于现有的风力发电系统，本发明所提供的方法使用模块化多电平变流器，用低耐压值的电力电子器件构成，成本低，可以做到更高的电压，更大的功率；模块化多电平变流器采用载波移相脉冲宽度调制，降低了交流侧输出电压的dv/dt，可以使用较简单的交流滤波器，或是不是用交流滤波器。
文档编号H02J3/38GK102957167SQ20121043811
公开日2013年3月6日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者郭高朋 申请人:郭高朋