专利名称：一种变流器以及变流器系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统领域，更具体地说，涉及一种变流器以及变流器系统。
背景技术：
目前实际生产和应用的大多数低压元器件，其额定电压为690VAC，只有极少数大电流的器件额定电压可以高于690VAC，但都低于1150VAC。相应的，目前广泛应用于风力发电机组的风电变流器，无论双馈变流器还是全功率变流器，由于器件原因，风电变流器的工作回路大都采用690VAC电压等级。但当风电变流器应用与高海拔(大于2000m)地区时，由于高海拔对低压元器件工作电压的降额影响，对电气距离、爬电距离要求的增加，普通的690VAC低压元器件经降容后，在额定工作电压不变的情况下不能满足应用要求，这极大的限制了风电机组的高海拔应用。基于现有器件和技术，为满足高海拔风电机组应用，一般选用额定电压高、绝缘电压高、专为高海拔应用定制的特殊低压元器件，使得这些特殊的低压元器件经高海拔降容后性能仍能够满足高海拔应用需求。现有技术存在的缺陷1.高海拔定制的低压元器件较普通器件在成本和体积上均高出不少，增加了变流器的成本和体积要求；2.变流器部分回路只是需要小额定电路、高额定电压的低压元器件，然而目前较高额定电压的低压元器件均是大电流，如果使用大额定电路、高额定电压的高海拔低压元器件替代，既造成了变流器成本的大幅上升，同时对于一些保护性能回路而言，大额定电流器件也不能满足回路性能的需求；3.不同的器件选用，使得高海拔型变流器和常规变流器使用的低压元器件无法兼容，在变流器的维护、生产备料等诸多方面增加不便；4.由于并不是所有场合都有降容后满足高海拔应用要求的低压元器件，使得一些高海拔变流器配电方面的设计夭折或使用不符合需求的器件替代，存在一定风险。
实用新型内容本实用新型针对现有技术的上述缺陷，提供一种变流器以及变流器系统。本实用新型解决其技术问题提供的技术方案是提供一种变流器以及变流器系统，包括电网电源、变流器)和发电机，所述系统还包括与所述电网电源连接、输出满足常规低压元器件在应用海拔下的降额要求的第一级电压到所述变流器的部分或者全部回路的变压单元，所述变流器与所述变压单元连接的另一端与所述发电机连接。优选地，所述变压单元包括箱式变电站，所述箱式变电站包括为所述变流器输出所述第一级电压的第一抽头。优选地，所述变流器为包括第一回路的全功率变流器，所述第一回路包括依次串联的电网侧开关、网侧变换器、机侧变换器和机侧开关，所述电网侧开关与所述网侧变换器连接的另一端连接所述箱式变电站的第一抽头，所述机侧开关与所述机侧变换器连接的另一端连接所述发电机。优选地，所述电网侧开关和机侧开关可为低压断路器、隔离开关或熔丝。优选地，所述变流器为包括定子回路和转子回路的双馈变流器；所述定子回路包括电网侧开关和并网开关，所述电网侧开关一端与所述箱式变电站的第一抽头连接、另一端经所述并网开关与所述发电机的定子连接；所述转子回路包括低压熔断器、转子回路控制器件、网侧变换器和机侧变换器；所述低压熔断器一端连接于所述电网侧开关和并网开关的节点，另一端经所述转子回路控制器件、网侧变换器和机侧变换器与所述发电机的转子连接。优选地，所述电网侧开关为低压断路器、隔离开关或熔丝，所述转子回路控制器件和并网开关为接触器，转子回路保护器件为熔断器。优选地，所述箱式变电站还包括为所述变流器输出第二级电压的第二抽头。优选地，所述变流器为包括定子回路和转子回路的双馈变流器；所述定子回路包括电网侧开关和并网开关，所述电网侧开关一端与所述箱式变电站的第二抽头连接、另一端经所述并网开关与所述发电机的定子连接；所述转子回路包括转子回路保护器件、转子回路控制器件、网侧变换器和机侧变换器；所述低压熔断器一端与所述箱式变电站的第一抽头连接，另一端经所述转子回路控制器件、网侧变换器和机侧变换器与所述发电机的转子连接。优选地，所述电网侧开关为低压断路器、隔离开关或熔丝，所述转子回路控制器件和并网开关为接触器，转子回路保护器件为熔断器。提供一种变流器，所述变流器包括一端接收第一级电压、另一端连接发电机转子的转子回路，以及一端接收第二级电压、另一端连接发电机定子的定子回路；所述转子回路包括低压熔断器、转子回路控制器件、网侧变换器和机侧变换器，所述定子回路包括网侧开关和并网开关；所述转子回路保护器件一端接收所述第一级电压，另一端经所述转子回路控制器件、网侧变换器和机侧变换器与发电机的转子连接；所述电网侧开关一端接收所述第二级电压，另一端经所述并网开关与发电机的定子连接。本实用新型的变流器系统具有以下有益效果能够为变流器的部分或者全部回路提供满足常规低压元器件在应用海拔下的降额要求的第一级电压，保证了这些回路的工作电压能够根据实际应用海拔进行调整，以使常规低压元器件能够满足这些回路的应用要求，使得常规变流器无论海拔高低皆适用，降低了成本。
图1为本实用新型的变流器系统的原理框图；图2为本实用新型的变流器系统第一实施例的示意图；图3为本实用新型的变流器系统第二实施例的示意图；图4为本实用新型的变流器系统第三实施例的示意图。
具体实施方式
[0026]以下结合具体实施例对本实用新型作进一步的解释说明。在附图中，标号相同的元件相似或相同。图1为本实用新型的变流器系统100的原理框图，本实用新型的变流器系统100，包括电网电源110、变流器120、发电机130以及变压单元140，其中，变压单元140与电网电源110连接、并为变流器120的部分或者全部回路输出满足常规低压元器件在应用海拔下的降额要求的第一级电压，变流器120与变压单元140连接的另一端与发电机130连接。图2为本实用新型的变流器系统100第一实施例的示意图，如图2所示，在本实施例中，变压单元140包括箱式变电站Tl (箱变)，箱式变电站Tl包括第一抽头。变流器120为全功率变流器，包括第一回路121。第一回路121包括依次串联的电网侧开关Q1、网侧变换器、机侧变换器和机侧开关Q2，电网侧开关Ql与网侧变换器连接的另一端连接箱变Tl的第一抽头以接收箱变Tl输出第一级电压，机侧开关Q2与机侧变换器连接的另一端连接发电机130。在本实施例中，电网侧开关Ql和机侧开关Q2可为低压断路器、隔离开关或熔丝(实际变流器低压元器件不限于图示数量，但应用环境一样，以此示例)。QU Q2为690V低压元器件，应用于高海拔环境时，基于环境因素降额后，原器件无法直接应用。例如，在某海拔高度Ql、Q2经降额后额定工作电压为600VAC，将变流器120原工作电压690V降为低于600VAC的某电压值(第一级电压)，比如550VAC，则Ql、Q2这些常规器件就可以满足系统性能需求，直接在高海拔环境下应用。因此，第一级电压基于常规低压元器件的要求(例如，常规低压元器件的额定电压)，在满足常规低压元器件在应用海拔下的降额要求的电压级中选择。图3为本实用新型的变流器系统100第二实施例的示意图，如图3所示，在本实施例中，变压单元140包括箱变Tl，箱变Tl包括第一抽头。变流器120为双馈变流器，包括定子回路122和转子回路123。定子回路122包括电网侧开关Ql和并网开关K1，电网侧开关Ql —端与箱式变电站Tl的第一抽头连接、另一端经并网开关Kl与发电机130的定子连接。转子回路123包括转子回路保护器件Q3、转子回路控制器件K2、网侧变换器和机侧变换器；转子回路保护器件Q3 —端连接于电网侧开关Ql和并网开关Kl的节点，另一端经转子回路控制器件K2、网侧变换器和机侧变换器与发电机130的转子连接。此时，箱变Tl为变流器120的全部回路输出满足常规低压元器件在应用海拔下的降额要求的第一级电压，第一级电压基于常规低压元器件的要求(例如，常规低压元器件的额定电压)，在满足常规低压元器件在应用海拔下的降额要求的电压级中选择。在本实施例中，电网侧开关Ql可为低压断路器、隔离开关或熔丝，转子回路控制器件K2、并网开关Kl可为接触器，转子回路保护器件Q3可为熔断器。例如，在低海拔环境下应用时，变流器120的定子回路122和转子回路123原工作电压为690V。现应用于高海拔环境下，以海拔5000m为例，箱变Tl为变流器120的两个回路输出经降压处理后的电压，比如降压为400VAC，因此，原器件在5000m海拔应用时就满足了实际应用需求，变流器120的高原应用也成为了现实。图4为本实用新型的变流器系统100第三实施例的示意图，如图4所示，在本实施例中，变压单元140包括箱变Tl，箱变Tl包括第一抽头和第二抽头。变流器120为双馈变流器，包括定子回路122和转子回路123。定子回路122包括电网侧开关Ql和并网开关K1，电网侧开关Ql —端与箱变Tl的第二抽头连接、另一端经并网开关Kl与发电机130的定子连接；转子回路123包括转子回路保护器件Q3、转子回路控制器件K2、网侧变换器和机侧变换器；转子回路保护器件Q3—端与箱式变电站Tl的第一抽头连接，另一端经转子回路控制器件K2、网侧变换器和机侧变换器与发电机130的转子连接。在本实施例中，电网侧开关Ql可为低压断路器、隔离开关或熔丝，转子回路控制器件K2、并网开关Kl可为接触器，转子回路保护器件Q3可为熔断器。在本实施例中，变流器120与常规的双馈变流器相比，其定子回路122和转子回路123完全分开，变流器120增加了出线口，以便将定子回路122和转子回路123分别与箱变Tl的第二抽头和第一抽头连接以接收第二级电压以及第一级电压。通过“高压(第二级电压)+低压(第一级电压)”的组合电路，绕开常规双馈变流器电路带来的无合适应用器件、高原器件体积大成本高的缺陷，解决了双馈机组应用于高海拔地区无合适低压配电器件的难题。在本实施例中，第一级电压与第二级电压不相同，其中，第一级电压基于常规低压元器件的要求(例如，常规低压元器件的额定电压)，在满足常规低压元器件在应用海拔下的降额要求的电压级中选择，第二级电压可以与常规的双馈变流器定子回路的电压相同，也可以是实际应用所需要的电压级。以海拔5000m为例，变流器120工作回路由常规单一的690V电路改变为“690V+400V”两个完全隔离的电路。将转子回路123的电压降为400VAC，即可满足其降额470VAC的应用要求，如此，转子回路123采用常规的低压元器件也可以适应在高海拔风电变流器中的应用。在本实用新型的变流器系统100的应用环境不限于海拔5000m,因此，变流器120两个回路上的电压也不局限于“690V+400V”的组合。第一级电压可以选择小于或等于470VAC的配电器件的额定电压。在本实用新型的变流器系统100中，电网侧开关Ql可以是例如schneider的NW系列空气断路器，并网开关Kl可以是例如schneider的LS系列接触器，此两种器件都是应用电压和电流都较高的大型配电器件。转子回路控制器件K2相比并网开关Kl来说，容量和体积各方面都小很多。相对Ql和Kl来说，Q3和K2这些器件的额度工作电流小很多，是小型配电器件。另外，本领域技术人员能够明白，箱变Tl相当于一个变压器，一端接收电网电源，另一端通过抽头与变流器120连接，并为变流器120的各回路提供相应的电压级别。如图4所示，本实用新型的变流器120包括一端接收第一级电压、另一端连接发电机130转子的转子回路123，以及一端接收第二级电压、另一端连接发电机130定子的定子回路122。转子回路123包括转子回路保护器件Q3、转子回路控制器件K2、网侧变换器和机侧变换器，定子回路122包括网侧开关Ql和并网开关K1。其中，转子回路保护器件Q3—端接收所述第一级电压，另一端经转子回路控制器件K2、网侧变换器和机侧变换器与发电机130的转子连接；电网侧开关Ql —端接收所述第二级电压，另一端经所述并网开关Kl与发电机130的定子连接。以上实施例中，发电机130采用低压发电机，发电机130的定子和转子电压需求与变流器120配合。本实用新型的主要技术特征是根据低压元器件性能需求，将常规风电变流器内部部分或全部工作回路进行降压处理，通过改变低压元器件工作电压，解决由于海拔因素降额导致的无合适应用器件、高海拔器件体积大成本高等难题，同时也解决了常规低压元器件应用于高海拔地区的器件绝缘耐压不足问题，使得常规的低压元器件能直接应用于高海拔环境。降压的范围和所降的电压等级根据实际应用情况及低压元器件需求而定。因此，其应用环境海拔高度不仅仅局限于海拔5000m，降压等级也不局限于400V或550V，降压电路的范围更不仅局限于附图所示实施例。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。另夕卜，本领域技术人员能够明白，电网电源为三相，图1-4示出了连接关系，本领域技术人员根据本实用新型的教导，和电网系统的公知常识能够实现本实用新型的变流器系统。
权利要求1.一种变流器系统，包括电网电源(110)、变流器(120)和发电机(130)，其特征在于，所述系统还包括与所述电网电源(110)连接、输出满足常规低压元器件在应用海拔下的降额要求的第一级电压到所述变流器(120)的部分或者全部回路的变压单元(140)，所述变流器(120)与所述变压单元(140)连接的另一端与所述发电机(130)连接； 所述变压单元(140)包括箱式变电站(Tl)，所述箱式变电站(Tl)包括为所述变流器(120)输出所述第一级电压的第一抽头。
2.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，所述变流器(120)为包括第一回路(121)的全功率变流器，所述第一回路(121)包括依次串联的电网侧开关(Q1)、网侧变换器、机侧变换器和机侧开关(Q2)，所述电网侧开关(Ql)与所述网侧变换器连接的另一端连接所述箱式变电站(Tl)的第一抽头，所述机侧开关(Q2)与所述机侧变换器连接的另一端连接所述发电机(I 3 0)。
3.根据权利要求2所述的变流器系统，其特征在于，所述电网侧开关(Ql)和机侧开关(Q2)为低压断路器、隔离开关或熔丝。
4.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，所述变流器(120)为包括定子回路(122)和转子回路(123)的双馈变流器；所述定子回路(122)包括电网侧开关(Ql)和并网开关(K1)，所述电网侧开关(Ql) —端与所述箱式变电站(Tl)的第一抽头连接、另一端经所述并网开关(Kl)与所述发电机(130)的定子连接；所述转子回路(123)包括转子回路保护器件(Q3)、转子回路控制器件(K2)、网侧变换器和机侧变换器；所述转子回路保护器件(Q3)一端连接于所述电网侧开关(Ql)和并网开关(Kl)的节点，另一端经所述转子回路控制器件(K2)、网侧变换器和机侧变换器与所述发电机(130)的转子连接。
5.根据权利要求4所述的变流器系统，其特征在于，所述电网侧开关(Ql)为低压断路器、隔离开关或熔丝，所述转子回路控制器件(K2)和并网开关(Kl)为接触器，转子回路保护器件(Q3)为熔断器。
6.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，所述箱式变电站(Tl)还包括为所述变流器(120)输出第二级电压的第二抽头。
7.根据权利要求6所述的变流器系统，其特征在于，所述变流器(120)为包括定子回路(122)和转子回路(123)的双馈变流器；所述定子回路(122)包括电网侧开关(Ql)和并网开关(K1)，所述电网侧开关(Ql) —端与所述箱式变电站(Tl)的第二抽头连接、另一端经所述并网开关(Kl)与所述发电机(130)的定子连接；所述转子回路(123)包括转子回路保护器件(Q3)、转子回路控制器件(K2)、网侧变换器和机侧变换器；所述转子回路保护器件(Q3)一端与所述箱式变电站(Tl)的第一抽头连接，另一端经所述转子回路控制器件(K2)、网侧变换器和机侧变换器与所述发电机(130)的转子连接。
8.根据权利要求7所述的变流器系统，其特征在于，所述电网侧开关(Ql)为低压断路器、隔离开关或熔丝，所述转子回路控制器件(K2)和并网开关(Kl)为接触器，转子回路保护器件(Q3)为熔断器。
9.一种变流器，其特征在于，所述变流器包括一端接收第一级电压、另一端连接发电机(130)转子的转子回路(123)，以及一端接收第二级电压、另一端连接发电机(130)定子的定子回路(122);所述转子回路(123)包括转子回路保护器件(Q3)、转子回路控制器件(K2)、网侧变换器和机侧变换器，所述定子回路(122)包括网侧开关(Ql)和并网开关(Kl);所述转子回路保护器件(Q3)—端接收所述第一级电压，另一端经所述转子回路控制器件(K2)、网侧变换器和机侧变换器与发电机(130)的转子连接；所述电网侧开关(Ql)—端接收所述第二级电压，另一端`经所述并网开关(Kl)与发电机(130)的定子连接。
专利摘要本实用新型公开了一种变流器以及变流器系统，变流器系统包括电网电源、变流器和发电机，该系统还包括与电网电源连接、输出满足常规低压元器件在应用海拔下的降额要求的第一级电压到变流器的部分或者全部回路的变压单元。本实用新型的变流器系统能够为变流器的部分或者全部回路提供满足常规低压元器件在应用海拔下的降额要求的第一级电压，保证了这些回路的工作电压能够根据实际应用海拔进行调整，以使常规低压元器件能够满足这些回路的应用要求，使得变流器无论海拔高低皆适用，降低了成本。
文档编号H02J3/38GK202917991SQ20122046256
公开日2013年5月1日 申请日期2012年9月12日 优先权日2012年9月12日
发明者宋建波, 张泓 申请人:深圳市禾望电气有限公司