一种模块化电能变换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力变换应用领域，具体而言，涉及一种基于电力电子应用技术的模块化电能变换装置。
【背景技术】
[0002]随着新能源技术的推广普及，过去以水利发电、火力发电等传统发电形式为主的发电格局，不断融入新的发电形式，如:风力发电、潮汐发电等等。但是新的发电形式所产生的交流电不能直接被电网接纳，原因是新的发电形式所产生的电能的电压、频率不符合大电网的电能质量要求，必须经过变换调整成工频50HZ，电压等级符合电网接入点电压等级的要求时，新能源所发出的电能才能得以并网。
[0003]众所周知，目前技术相对成熟的新能源发电电源，其电能输出与其设计额定容量会有较大偏差，有时会长期远远低于额定容量运行，如在风力发电机组运行中，一年中的风速的变化非常大。有些地区，夏季风力非常小，风力机组整个夏季的3-4个月间都是在停机或低速旋转状态下运行，其电能输出远远低于额定容量，而在冬季的大风期，也有几个月的时间，风机几乎是在满功率的情况下运行，其输出功率几乎和额定功率相等。目前市场上被广泛应用的电能变换装置，其工作原理是根据电源的容量大小来整体设计，一旦投运，电能变换装置就整体投入工作状态，一旦任何部分电路出现故障，就需整体停机检修维护，对发电机组的整体可靠性造成很大影响，另外，整机一体化设计难以实现生产标准化，产品造价高，产品质量一致性差。
[0004]本发明所述的一种模块化电能变换装置，是将多个可独立运行的功率变换单元并联连接，通过控制其控制每个功率变换单元的输入输出电流及电压，使各功率变换单元电压、电流均衡。输入输出端均并联连接的功率变换单元相互间独立工作，通过开关可实现电气独立投切，这样，变换装置的总容量是多个功率变换单元的容量之和。由于各单元独立运行，可根据需要全部投入工作，也可部分投入工作。当有功率变换单元故障时，可以很方便的自动退出运行，而不影响其他功率变换单元的正常工作，整个装置虽然输入输出容量有所下降，但是仍然能保持正常运行。本发明所述的模块化电能变换装置将一个复杂装置分成多个相对简单的部分，有利于生产标准化，从而降低设备成本，减小装置占用空间，可靠性更高，同时更方便于安装维护及标准配件的更换。
【发明内容】
[0005]本发明旨在设计一种生产和使用更为灵活方便、更高可靠性和更低的成本、适用于新能源发电的电能变换装置。
[0006]本发明所设计的一种模块化电能变换装置，包括多个功率变换单元(1)，每个功率变换单元包含一路三相电输入、一路三相电输出及一路直流电输出、多路光纤通讯接口 ；还包括输入端与功率变换单元(1)的三相输出端相连接的多个网侧滤波单元(4);还包括多个网侧断路器(5)，其输入端与网侧滤波单元的输出端相连接，其输出端与三相电网(7)连接；还包括多个机侧滤波单元(3)，其输出与功率变换单元(1)的三相输入端相连接；还包括多个机侧断路器(2)，其输出端与机侧LC滤波器的输入端相连接，其输入端与发电设备的三相输出端连接出)；还包括一个人机界面(8)，用于显示本装置工作时的实时状态和数据信息，并接受外部操作指令；还包括一个集中控制单元(9)，该集中控制单元通过多路光纤与所述功率变换单元连接，并与功率变换单元(1)进行数据通讯，该集中控制单元通过串行通讯线，与所述人机界面连接。
[0007]本发明所设计的功率变换单元(1)，包括一个连接于所述功率变换单元(1)输入端的机侧逆变桥(11)，用于将输入三相交流电转变为直流电；还包括一个连接于所述功率变换单元(1)输出端的网侧逆变桥(12)，用于将直流电变换为输出的三相交流电；还包括一个与所述机侧逆变桥(11)及网侧逆变桥(12)直流输出端并联连接的直流储能单元
(17)，该直流储能单元(17)包括多个串并联连接的电容器；还包括一个单元控制器(14)，该单元控制器向机侧逆变桥(11)及网侧逆变桥(12)发送驱动信号并控制其工作，该单元控制器(14)与多路光纤连接，从而与外部集中控制单元(9)进行数据通讯。
[0008]本发明所设计的模块化电能变换装置中的各功率变换单元(1)，通过光纤独立接收集中控制单元(9)的指令，独立运行。
[0009]本发明所设计的模块化电能变换装置中，各功率变换单元(1)的直流输出相互独立，不直接连接。
[0010]本发明所设计的模块化电能变换装置，还包括多个制动单元，该制动单元与各功率变换单元(1)的直流输出端连接，该制动单元接受集中控制单元(9)的信号控制，并向集中控制单元(9)反馈工作状态信号。
[0011]本发明所设计的制动单元，包括一个由IGBT、二极管及放电电阻构成的斩波降压电路。
[0012]本发明所设计的功率变换单元(1)，其机侧逆变桥(11)及网侧逆变桥(12)中的功率半导体器件是IGBT。
[0013]本发明所设计的功率变换单元(1)，其机侧逆变桥(11)及网侧逆变桥(12)中采用水冷却散热器散热。
[0014]本发明所设计的一种模块化电能变换装置，其所述的集中控制单元(9)包括一个实时控制程序，所述实时控制程序包含有一个电压、电流均衡控制模块，其根据反馈的各功率变换单元(1)的输入输出电流及直流电压，来计算给定的输入、输出电压指令偏差量，具体规则为:当某个功率变换单元(1)的直流电压偏高时，提高该功率变换单元(1)机侧逆变桥(11)的给定电压；当某个功率变换单元(1)的直流电压偏低时，降低该功率变换单元(1)机侧逆变桥(11)的给定电压；当某个功率变换单元(1)机侧某相电流偏大时，提高该功率变换单元(1)该相的给定电压，反之降低该相给定电压；当某个功率变换单元(1)网侧某相电流偏大时，降低该功率变换单元(1)该相的给定电压，反之提高该相给定电压；按此规则，达到修正电压电流不均衡的目的。
[0015]本发明所设计的一种模块化电能变换装置，其所述的功率变换单元(1)包括一个实时控制程序，所述实时控制程序包含有一个电压、电流均衡控制模块，其根据反馈的各功率变换单元(1)的输入输出电流及直流电压，来计算给定的输入、输出电压指令偏差量，具体规则为:当某个功率变换单元(1)的直流电压偏高时，提高该功率变换单元(1)机侧逆变桥(11)的给定电压；当某个功率变换单元(1)的直流电压偏低时，降低该功率变换单元(1)机侧逆变桥(11)的给定电压；当某个功率变换单元(1)机侧某相电流偏大时，提高该功率变换单元(1)该相的给定电压，反之降低该相给定电压；当某个功率变换单元(1)网侧某相电流偏大时，降低该功率变换单元(1)该相的给