本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電，尤其是指一種基于單級(jí)變流的大容量直流風(fēng)電變流器。

背景技術(shù)：

1、海上風(fēng)電是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型最關(guān)鍵的清潔能源之一。我國(guó)正加快建設(shè)多個(gè)大型沙戈荒新能源基地以及海上風(fēng)電基地。由于大規(guī)模沙戈荒新能源基地及海上風(fēng)電基地區(qū)域廣闊并缺乏常規(guī)電源支撐，當(dāng)風(fēng)電采用常規(guī)的交流變流方式進(jìn)行組網(wǎng)送出時(shí)，面臨無(wú)功補(bǔ)償困難，電壓支撐強(qiáng)度不足，穩(wěn)定性水平脆弱等問題，嚴(yán)重制約其進(jìn)一步發(fā)展。相較之下，全直流組網(wǎng)送出系統(tǒng)具備更優(yōu)的穩(wěn)定性，不存在無(wú)功補(bǔ)償?shù)葐栴}，在匯集區(qū)域大、傳輸距離遠(yuǎn)的新能源匯集送出應(yīng)用場(chǎng)景下具有顯著技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)大規(guī)模新能源基地采用全直流組網(wǎng)送出形式時(shí)，大容量直流風(fēng)電變流器是其中關(guān)鍵部件。

2、現(xiàn)有直流風(fēng)力發(fā)電變流器方案大多采用了前級(jí)ac-dc和后級(jí)dc-dc的兩級(jí)全控變換方式，從而均采用了大量有源全控器件，導(dǎo)致很高成本和較大體積，在低成本化和高功率密度化方面面臨極大挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中變流器成本高和體積大的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種大容量直流風(fēng)電變流器，包括：

3、機(jī)側(cè)二極管整流器，其交流輸入端與發(fā)電機(jī)的三相輸出連接，用于將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓；

4、中間直流升壓換流器，其直流輸入端與所述機(jī)側(cè)二極管整流器的直流輸出端連接，用于根據(jù)控制器輸出的觸發(fā)脈沖對(duì)接收到的直流電壓進(jìn)行升壓；

5、網(wǎng)側(cè)單變比直流升壓換流器包括低壓側(cè)混合閥，中間交流變壓器和中壓側(cè)混合閥，其輸入端與所述中間直流升壓換流器的直流輸出端連接，用于對(duì)接受到的直流電壓進(jìn)行升壓。

6、優(yōu)選地，所述機(jī)側(cè)二極管整流器可以采用多相化配置。

7、優(yōu)選地，所述中間直流升壓換流器采用拓?fù)潆娐?所述拓?fù)潆娐钒╞oost拓?fù)潆娐泛蚥uck-boost拓?fù)潆娐贰?/p>

8、優(yōu)選地，所述控制器的控制流程包括：

9、根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速參考值和轉(zhuǎn)速測(cè)量值獲取直流輸出電流的參考值；

10、根據(jù)所述直流輸出電流的參考值和直流輸出電流的實(shí)際測(cè)量值獲取直流輸出電壓的參考值；

11、根據(jù)所述直流輸出電壓的參考值和直流輸出電壓的實(shí)際測(cè)量值獲取調(diào)制占空比；

12、根據(jù)所述占空比進(jìn)行直流斬波調(diào)制，得到所述中間直流升壓換流器的觸發(fā)脈沖。

13、優(yōu)選地，所述低壓側(cè)混合閥的每個(gè)橋臂均為一串級(jí)聯(lián)的具有反并聯(lián)二極管的晶閘管。

14、優(yōu)選地，所述低壓側(cè)混合閥每個(gè)橋臂上的晶閘管采用適配風(fēng)機(jī)額定容量的器件，所述低壓側(cè)混合閥每個(gè)橋臂上的二極管采用適配風(fēng)機(jī)黑啟動(dòng)容量的器件。

15、優(yōu)選地，所述中壓側(cè)混合閥的每個(gè)橋臂均為一串級(jí)聯(lián)的具有反并聯(lián)晶閘管的二極管，并且每個(gè)橋臂上還串聯(lián)有多個(gè)雙向電壓輸出的非對(duì)稱型全橋子模塊，所述非對(duì)稱型全橋子模塊中對(duì)應(yīng)中壓側(cè)混合閥橋臂上二極管流通電流方向的器件采用適配風(fēng)機(jī)額定容量的器件，所述非對(duì)稱型全橋子模塊中對(duì)應(yīng)中壓側(cè)混合閥橋臂上晶閘管流通電流方向的器件采用適配風(fēng)機(jī)黑啟動(dòng)容量的器件。

16、優(yōu)選地，所述中壓側(cè)混合閥每個(gè)橋臂上的二極管采用適配風(fēng)機(jī)額定容量的器件，所述中壓側(cè)混合閥每個(gè)橋臂上的晶閘管采用適配風(fēng)機(jī)黑啟動(dòng)容量的器件。

17、優(yōu)選地，所述低壓側(cè)混合閥和所述中壓側(cè)混合閥中的各晶閘管按照序號(hào)每隔60度同時(shí)電觸發(fā)一次導(dǎo)通。

18、優(yōu)選地，當(dāng)所述中壓側(cè)混合閥某一橋臂的晶閘管處于換流開通階段時(shí)，則當(dāng)直流電流方向?yàn)檎龝r(shí)，與其串聯(lián)的非對(duì)稱型全橋子模塊輸出自身的額定正壓以輔助所處橋臂的二極管和低壓側(cè)對(duì)應(yīng)序號(hào)橋臂的晶閘管的開通，反之輸出額定負(fù)壓以輔助所處橋臂的晶閘管和低壓側(cè)對(duì)應(yīng)序號(hào)橋臂的二極管的開通；

19、當(dāng)所述中壓側(cè)混合閥某一橋臂的晶閘管處于換流關(guān)斷階段時(shí)，則當(dāng)直流電流方向?yàn)檎龝r(shí)，與其串聯(lián)的非對(duì)稱型全橋子模塊輸出自身的額定負(fù)壓以輔助所處橋臂二極管和低壓側(cè)對(duì)應(yīng)序號(hào)橋臂的晶閘管的關(guān)斷，反之輸出額定正壓以輔助所處橋臂的晶閘管和低壓側(cè)對(duì)應(yīng)序號(hào)橋臂的二極管的關(guān)斷；

20、當(dāng)所述中壓側(cè)混合閥某一橋臂的晶閘管處于穩(wěn)定導(dǎo)通階段時(shí)，與其串聯(lián)的非對(duì)稱型全橋子模塊調(diào)節(jié)輸出電壓以平衡自身電容電壓；

21、當(dāng)所述中壓側(cè)混合閥某一橋臂的晶閘管處于穩(wěn)定關(guān)斷階段時(shí)，與其串聯(lián)的非對(duì)稱型全橋子模塊閉鎖脈沖。

22、本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

23、本發(fā)明所述的大容量直流風(fēng)電變流器，在整個(gè)變流過程中，僅中間直流升壓換流器一級(jí)采用全控變換方式，具備對(duì)輸出直流電壓的主動(dòng)調(diào)控能力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電流和直流功率的控制，最終實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤。而機(jī)側(cè)二極管整流器和網(wǎng)側(cè)單變比直流升壓換流器僅完成基本的整流功能，以及單純的直流電壓升壓功能，并無(wú)調(diào)節(jié)直流電流和直流功率的能力。因此所提出的基于單級(jí)變流的大容量直流風(fēng)電變流器可以大幅減少全控電力電子器件數(shù)目、子模塊數(shù)目，降低電容儲(chǔ)能需求，極大降低了系統(tǒng)成本和體積，具備高效率、低成本、緊湊化等優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)特征：

1.一種大容量直流風(fēng)電變流器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量直流風(fēng)電變流器，其特征在于，所述機(jī)側(cè)二極管整流器可以采用多相化配置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量直流風(fēng)電變流器，其特征在于，所述中間直流升壓換流器采用拓?fù)潆娐?所述拓?fù)潆娐钒╞oost拓?fù)潆娐泛蚥uck-boost拓?fù)潆娐贰?/p>

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量直流風(fēng)電變流器，其特征在于，所述控制器的控制流程包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量直流風(fēng)電變流器，其特征在于，所述低壓側(cè)混合閥的每個(gè)橋臂均為一串級(jí)聯(lián)的具有反并聯(lián)二極管的晶閘管。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大容量直流風(fēng)電變流器，其特征在于，所述低壓側(cè)混合閥每個(gè)橋臂上的晶閘管采用適配風(fēng)機(jī)額定容量的器件，所述低壓側(cè)混合閥每個(gè)橋臂上的二極管采用適配風(fēng)機(jī)黑啟動(dòng)容量的器件。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大容量直流風(fēng)電變流器，其特征在于，所述中壓側(cè)混合閥的每個(gè)橋臂均為一串級(jí)聯(lián)的具有反并聯(lián)晶閘管的二極管，并且每個(gè)橋臂上還串聯(lián)有多個(gè)雙向電壓輸出的非對(duì)稱型全橋子模塊，所述非對(duì)稱型全橋子模塊中對(duì)應(yīng)中壓側(cè)混合閥橋臂上二極管的流通電流方向的器件采用適配風(fēng)機(jī)額定容量的器件，所述非對(duì)稱型全橋子模塊中對(duì)應(yīng)中壓側(cè)混合閥橋臂上晶閘管的流通電流方向的器件采用適配風(fēng)機(jī)黑啟動(dòng)容量的器件。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大容量直流風(fēng)電變流器，其特征在于，所述中壓側(cè)混合閥每個(gè)橋臂上的二極管采用適配風(fēng)機(jī)額定容量的器件，所述中壓側(cè)混合閥每個(gè)橋臂上的晶閘管采用適配風(fēng)機(jī)黑啟動(dòng)容量的器件。

9.據(jù)權(quán)利要求7或8所述的大容量直流風(fēng)電變流器，其特征在于，所述低壓側(cè)混合閥和所述中壓側(cè)混合閥中的各晶閘管按照序號(hào)每隔60度電同時(shí)觸發(fā)一次。

10.據(jù)權(quán)利要求9所述的大容量直流風(fēng)電變流器，其特征在于，當(dāng)所述中壓側(cè)混合閥某一橋臂處于換流開通階段時(shí)，則當(dāng)直流電流方向?yàn)檎龝r(shí)，與其串聯(lián)的非對(duì)稱型全橋子模塊輸出自身的額定正壓以輔助所處橋臂的二極管和低壓側(cè)對(duì)應(yīng)序號(hào)橋臂的晶閘管的開通，反之輸出額定負(fù)壓以輔助所處橋臂的晶閘管和低壓側(cè)對(duì)應(yīng)序號(hào)橋臂的二極管的開通；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于單級(jí)變流的大容量直流風(fēng)電變流器。本發(fā)明所述的大容量直流風(fēng)電變流器，在整個(gè)變流過程中，僅中間直流升壓換流器一級(jí)采用全控變換方式，具備對(duì)輸出直流電壓的主動(dòng)調(diào)控能力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電流和直流功率的控制，最終實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤。而機(jī)側(cè)二極管整流器和網(wǎng)側(cè)單變比直流升壓換流器僅完成基本的整流功能，以及單純的直流電壓升壓功能，并無(wú)調(diào)節(jié)直流電流和直流功率的能力。因此所提出的基于單級(jí)變流的大容量直流風(fēng)電變流器可以大幅減少全控電力電子器件數(shù)目、子模塊數(shù)目，降低電容儲(chǔ)能需求，極大降低了系統(tǒng)成本和體積，具備高效率、低成本、緊湊化等優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)研發(fā)人員：宋強(qiáng),余宙,余占清,趙彪,曾嶸,李政軒,劉文華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：清華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21