[发明专利]电能变换装置与系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种电能变换装置与系统。

背景技术

风力发电、太阳能发电、潮汐发电等可再生能源的发电利用越来越受到人们的关注。这些新能源发电系统的普遍特点是发电设备分散、单机容量小、分布面积广、输出电压电流不稳定，如何将这些可再生能源发电设备产生的电能高效、可靠、低成本地回馈至电网，使发电设备产生的电能转变为可供工业、民用直接使用的三相电，是目前我国及世界范围内急需解决的问题。

现有技术的一种风力发电电能回馈设备采用交流励磁线绕式转子双馈电机变速恒频风力发电系统，该系统中采用位于转子侧功率变流器，调节双馈电机的交流励磁电流，使发电机定子绕组发出电能，并直接回馈入电网。由于双馈发电机系统的特点，一般需要低压并且能够四象限运行的功率变流器，如可四象限运行的交-直-交两电平变频器，图1为现有技术可四象限运行的交-直-交两电平变频器的原理图，如图1所示，该方案变频器仅处理转差功率，一般额定功率为发电机容量的三分之一左右，并且也属于低压变流器，因此变流器的成本、体积大大降低，但该方案所存在的问题是，由于发电机采用线绕式转子，并通过滑环交流励磁，使发电机体积及成本增加，由于滑环的使用，致使发电机故障率高，维护费用高。

现有技术的另一种风力发电电能回馈设备采用永磁发电机变速恒频风力发电系统。该方案中，风机叶轮带动永磁发电机旋转，发出的电能经过功率变流器的变频调制后，变为与电网匹配的三相交流电，并回馈入电网，实现变速恒频发电，图2为现有技术一种永磁发电机变速恒频风力发电系统的原理图，图3为现有技术另一种永磁发电机变速恒频风力发电系统的原理图，如图2、图3所示，该方案解决了上述方案中发电机可靠性的问题，整个系统运行故障率低，但由于该方案中变流器功率与发电机功率相同，并需要使用大量的电解电容器，因此变流器成本很高，变流设备体积大。图4为现有技术采用电流型变流器的变速恒频风力发电系统的原理图，如图4所示，该系统使用了半可控功率半导体器件晶闸管，该方式虽然成本较低，但网侧谐波污染严重，功率因数低，还需要额外增加谐波治理设备，使总造价提高。

在相关的技术方案中，包括可再生能源发电设备在内的发电设备向电网回馈电能时存在谐波污染严重、功率因数低的问题，针对该问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供电能变换装置以解决现有技术中发电设备向电网回馈电能时存在谐波污染严重、功率因数低、造价高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电能变换装置。

本发明的第一种电能变换装置包括：多个单相整流桥电路，所述多个整流桥电路的第一输入端用于与交流电源各相输出端一对一连接，第二输入端连接在一起；多个三相全控桥式电路，其中每个所述三相全控桥式电路的两个输入端分别与每个所述整流桥电路的两个输出端连接，或者，每个所述三相全控桥式电路的两个输入端分别通过电感与每个所述整流桥电路的两个输出端连接。

进一步地，本发明的这种电能变换装置还包括副边为多路三相绕组的变压器，所述三相全控桥式电路的输入端分别与所述多路三相绕组连接。

进一步地，本发明的这种电能变换装置还包括至少一个脉宽调制三相逆变桥电路，其三个输出端分别经由串接电感或分别经由串接电感和电容，与所述三相全控桥式电路的三个输出端连接，或者单独与所述多路三相绕组连接。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了又一种电能变换装置。

本发明的这种电能变换装置包括：多组整流电路串，其中，每组整流电路串包括多个整流桥电路，所述多个整流桥电路通过第一输入端和第二输入端依次串联，位于一端的一个整流桥电路的第一输入端作为所述整流电路串的第一输入端，位于另一端的一个整流桥电路的第二输入端作为所述整流电路串的第二输入端；多个整流电路串的多个第一输入端用于与交流电源各相输出端一对一连接，多个第二输入端连接在一起；多组三相全控桥式电路，其中，每组所述三相全控桥式电路的两个输入端分别与每个所述整流桥电路的两个输出端连接，或者，每个所述三相全控桥式电路的两个输入端分别通过电感与每个所述整流桥电路的两个输出端连接。

进一步地，本发明的这种电能变换装置还包括副边为多路三相绕组的变压器，所述三相全控桥式电路的输入端分别与所述多路三相绕组连接。