多绕组风力发电机的变流器的实验装置制造方法
【专利摘要】本发明的实施例提供一种多绕组风力发电机的变流器的实验装置，其包括被测试的变流器、环流变压器以及移相变压器，变流器为被动整流型变流器，变流器包括与风力发电机的多个绕组相对应的多个绕组输入端，环流变压器的一端连接在被测试变流器的网侧输出端，环流变压器的另一端与电网和移相变压器的一次侧连接，移相变压器二次侧包括与绕组输入端对应的多组二次侧绕组，相邻的二次侧绕组输出的电压的相位相差一个预定的相位角。本实施例的变流器的实验装置，通过移相变压器使相邻的各二次侧绕组输出的电压的相位彼此相差一个预定的相位，能够减少整流后的电流的高次谐波的含量，降低对电网的影响。
【专利说明】多绕组风力发电机的变流器的实验装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变流器的实验装置，尤其涉及一种多绕组风力发电机的变流器的实验装置。
【背景技术】
[0002]目前，变速恒频已经成为兆瓦级以上风力发电机组的主流技术。利用变流器来实现变速恒频的技术方案是最为成熟的，也是应用范围最为广泛和最具发展前景的技术。变流技术的应用不仅有利于机组提高效率，同时对机组的并网和对电网的安全稳定运行起到了良好效果，因此，变流器在风力发电机组中起到至关重要的作用。
[0003]为了对变流器性能进行测试，需要对变流器进行各种实验，其主要的方式是利用电网提供电能，在变流器的电网侧的网侧输出端与电网之间串接一个环流变压器，并且将环流变压器的输出端引出到变流器的绕组输入端，作为模拟风力发电机的绕组，向变流器输入电流，从而形成环流回路，该环流回路长时间通过额定负载电流，从而对变流器进行各种实验。
[0004]对于多绕组的风力发电机组，变流器I包括与风力发电机的多个绕组相对应的多个绕组输入端11，变流器内部的机侧电路一般采用被动整流的方式，各个绕组输入端直接与变流器内部的二极管整流桥12对应连接。如图1所示，其为现有技术的多绕组风力发电机的变流器的实验装置的结构示意图，图1仅示出了双绕组的情形，两个绕组输入端11经由电机侧断路器13连接在内部的六桥臂的二极管整流桥12上，在变流器的网侧输出端14上，连接有环流变压器2，环流变压器2的输出端与电网连接，同时也将输出端的线路一分为二，引出至变流器I的绕组输入端11，然后再分别连接在二极管整流桥12的六个桥臂上。图1所示的变流器的其他主要部件还包括:主断路器15，斩波制动16、逆变器17、电压测量端18、电流测量端19、机舱连接端20、风力发电机主控系统连接端21。
[0005]发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在如下问题:变流器电机侧的整流为被动整流的多脉波整流方式，其对电网侧将造成谐波增大的影响，并且使功率因数偏低。以图1所示的双绕组的风力发电机的二极管整流桥来说，整流后的电流中包含了 5次和7次谐波的成分很高，输入到电网后，将会造成电网侧的5次和7次谐波的增大，对电网侧造成严重的影响。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，提供一种多绕组风力发电机的变流器的实验装置以减少整流后的谐波成分，降低对电网侧的影响。
[0007]本发明的实施例提供一种多绕组风力发电机的变流器的实验装置，其包括被测试的变流器、环流变压器以及移相变压器，所述变流器为被动整流型变流器，所述变流器包括与风力发电机的多个绕组相对应的多个绕组输入端，所述环流变压器的一端连接在所述被测试变流器的网侧输出端，所述环流变压器的另一端与电网和所述移相变压器的一次侧连接，所述移相变压器二次侧包括与所述绕组输入端对应的多组二次侧绕组，相邻的二次侧绕组输出的电压的相位相差一个预定的相位角。
[0008]本实施例的变流器的实验装置，通过移相变压器使相邻的各二次侧绕组输出的电压的相位彼此相差一个预定的相位，这样，各组二次侧绕组的输出的电压输入到变流器中的二级管整流桥后，由于存在相位差，经过二极管整流后的电流的部分高次谐波将会相互抵消，减少部分高次谐波的含量，对电网的影响会降低。
[0009]其中，所述变流器可以为双绕组风力发电机的变流器，所述移相变压器的二次侧包括两组二次侧绕组，所述两组二次侧绕组输出的电压的相位相差30度。
[0010]对于双绕组的风力发电机的变流器，通过将两组二次侧绕组输出的电压的相位错开30度，相当于对从绕组输入端输入的电流进行了 12脉波整流，整流后的电流波形相对于6脉波整流而言，更加平滑，并且5次与7次谐波含量大幅度降低。
[0011]其中，所述移相变压器的一次侧绕组可以采用星形连接或者三角形连接，在两组二次侧绕组中，一组二次侧绕组采用星形连接，另一组二次侧绕组采用三角形连接。
[0012]该连接方式以简单的结构实现了二次侧两组绕组的相位相差30度，从而降低整流后的电流的5次与7次谐波含量。
[0013]其中，所述变流器可以为三绕组风力发电机的变流器，所述移相变压器的二次侧包括三组二次侧绕组，相邻的二次侧绕组输出电压的相位相差20度。
[0014]对于三绕组风力发电机的变流器，通过移相变压器将二次侧绕组输出电压的相位错开20度，能够显著减少5、7、13、15、17次谐波。
[0015]其中，所述变流器可以为四绕组风力发电机的变流器，所述移相变压器的二次侧包括四组二次侧绕组，相邻的二次侧绕组输出电压的相位相差15度。
[0016]对于四绕组风力发电机的变流器，通过移相变压器将二次侧绕组输出电压的相位错开15度，能够显著减少5、7、13、15、17次谐波。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为现有技术的多绕组风力发电机的变流器的实验装置的结构示意图。
[0018]图2为本发明实施例一的多绕组风力发电机的变流器的实验装置的结构示意图。
[0019]图3为本发明实施例二的移相变压器的结构示意图。
[0020]图4为本发明实施例二的移相变压器的各相电压的相量图。
[0021]图5为6脉波整流后电流信号的时域仿真图。
[0022]图6为6脉波整流后的电流信号的频谱仿真图。
[0023]图7为12脉波整流后的电流信号的时域仿真图。
[0024]图8为12脉波整流后的电流信号的频域仿真图。
[0025]图9为本发明实施例二的网侧实测电流的时域图。
[0026]图10为本发明实施例二的网侧实测电流的频域图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明实施例的多绕组风力发电机的变流器的实验装置进行详细说明。[0028]实施例一
[0029]如图2所示，其为本发明实施例一的多绕组风力发电机的变流器的实验装置的结构示意图，包括被测试的变流器1、环流变压器2以及移相变压器3，变流器为被动整流型变流器，变流器I包括与风力发电机的多个绕组相对应的多个绕组输入端11，环流变压器2的一端连接在被测试变流器的电网侧输出端14上，环流变压器2的另一端与电网和移相变压器3的一次侧连接，移相变压器3的二次侧包括与绕组输入端对应的多组二次侧绕组，相邻的二次侧绕组输出的电压的相位相差一个预定的相位角。在被动整流型变流器中，机侧电路具有二极管整流桥12，二极管整流桥12的桥臂数量与风力发电机的绕组数量的三倍相同，在绕组输入端11与二极管整流桥12之间设置有电机侧断路器13。图2仅示例性的示出了双绕组风力发电机的变流器情形，对于更多绕组的风力发电机的变流器，移相变压器3的输出端以及变流器的绕组输入端将相应增多，内部的二级管整流桥12的桥臂数量也相应增多。此外，为了简化说明，图2仅对与本发明实施例的改进点直接相关的部分标注了标号。
[0030]本实施例的变流器的实验装置，通过将从移相变压器3输出端分支出来的多组与绕组个数对应的多组二次侧绕组的电压进行移相处理，使相邻的各二次侧绕组输出的电压的相位彼此相差一个预定的相位，这样，各组二次侧绕组的输出的电压输入到变流器中的二级管整流桥12后，由于存在相位差，经过二极管整流后的电流的部分高次谐波将会相互抵消，减少部分高次谐波的含量，对电网的影响会降低。
[0031]对于移相变压器3的具体设计，可以通过配置移相变压器3的一次侧和二次侧的绕组来实现多组二次侧绕组的电压之间产生指定的相位差。
[0032]实施例二
[0033]在风力发电机组中较多采用的是双绕组、三绕组和四绕组的发电机，而最常用的是双绕组风力发电机，因此，在本实施例中，将以双绕组的风力发电机的变流器的实验装置为例，来进一步介绍本发明的技术方案。
[0034]如图2所示，在现有技术的双绕组风力发电机的被动整流变流器中，二极管整流桥12进行的是6脉波整流，其整流后的电流中产生的5次与7次谐波较大。而通过移相变压器3，使输入到二极管整流桥12的两组电压相互错开一定相位角，从而在一定程度上减少整流后的电流中存在的5次与7次谐波。优选地，两组二次侧绕组输出的电压的相位相差30度，此时，二极管整流桥12相当于对从绕组输入端输入的电流进行了 12脉波整流，整流后的电流波形相对于6脉波整流而言，更加平滑，并且5次与7次谐波含量大幅度降低。
[0035]进一步地,本实施例的移相变压器的移相原理如下:在本实施例中，基于一次侧绕组为星形连接(也可以采用三角形连接)、二次侧为延边三角形的顺延接法的移相变压器的结构来介绍移相原理。
[0036]如图3所示，其为本发明实施例二的移相变压器的结构示意图，为了简化说明，在移相变压器的二次侧仅示出了一组绕组，其中，一次侧绕组为星形连接，三个端点分别为A、B、C，三相绕组分别用X、Y、Z表示，二次侧绕组为延边三角形连接，三角形部分的三相绕组分别用X、1、z表示，延边部分的三个端点分别为a、b、C。图4为本发明实施例二的移相变压器的各相电压的相量图，图4中的各个向量的名称与图3的变压器的结构是相对应的，图4的左侧部分示出的是移相变压器的一次侧的电压的向量图，右侧示出的是移相变压器的二次侧的电压的向量图，其中，vcz、VBY, Vax以及Vab分别对应一次侧的各点之间的电压的有效值，Vcz, Vby, Vax以及Vab分别对应二次侧的各点之间的电压的有效值，Vq是匝数为N3的线圈的电压的有效值。
[0037]本实施例的移相变压器为三相交流变压器，并且各相绕组是对称的，图3所示的结构示意图中，设一次侧绕组的每相匝数为N1，二次侧绕组的三角形绕组部分的每相匝数为N2，延边部分每相的匝数为N3，二次侧绕组相对于一次侧绕组的移相角δ的计算式如下式:
[0038]
【权利要求】
1.一种多绕组风力发电机的变流器的实验装置，其特征在于:包 括被测试的变流器、环流变压器以及移相变压器； 所述变流器为被动整流型变流器，所述变流器包括与风力发电机的多个绕组相对应的多个绕组输入端； 所述环流变压器的一端连接在所述被测试变流器的网侧输出端，所述环流变压器的另一端与电网和所述移相变压器的一次侧连接； 所述移相变压器二次侧包括与所述绕组输入端对应的多组二次侧绕组，相邻的二次侧绕组输出的电压的相位相差一个预定的相位角。
2.根据权利要求1所述的多绕组风力发电机的变流器的实验装置，其特征在于: 所述变流器为双绕组风力发电机的变流器； 所述移相变压器的二次侧包括两组二次侧绕组，所述两组二次侧绕组输出的电压的相位相差30度。
3.根据权利要求2所述的多绕组风力发电机的变流器的实验装置，其特征在于: 所述移相变压器的一次侧绕组采用星形连接或者三角形连接； 所述两组二次侧绕组中，一组二次侧绕组采用星形连接，另一组二次侧绕组采用三角形连接。
4.根据权利要求1所述的变流器的实验装置，其特征在于: 所述变流器为三绕组风力发电机的变流器； 所述移相变压器的二次侧包括三组二次侧绕组，相邻的二次侧绕组输出电压的相位相差20度。
5.根据权利要求1所述的变流器的实验装置，其特征在于: 所述变流器为四绕组风力发电机的变流器； 所述移相变压器的二次侧包括四组二次侧绕组，相邻的二次侧绕组输出电压的相位相差15度。
【文档编号】H02M1/12GK103997195SQ201410248116
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】李路 申请人:新疆金风科技股份有限公司