[发明专利]用于直驱型风力发电机组的三电平变流器

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，更具体地讲，涉及一种用于直驱型风力发电机组的三电平变流器。

背景技术

风能作为一种清洁、无污染的可再生能源越来越受到人们的关注，其也是我国重点发展的可再生能源之一。作为常用的风力发电之一的直驱型风力发电系统中，电能变换器(也称作“变流器”)起着非常重要的作用。

目前，兆瓦级直驱型风电发电系统一般采用如图1所示的背靠背的双PWM变流器作为电能变换器。

图1中，G1、G2为发电机的两套绕组，G1、G2分别和变流器1、变流器2连接，变流器1和变流器2为相同拓扑及容量的两个变流器，变流器1和变流器2并联连接后通过升压变压器T接入电网。

当直流母线电压为1200V时，逆变器a、b、c、a1、b1、c1处线电压波形如图2所示，电平在正负半周内均为从0电平到最高电平的直接切换，电压谐波较大。

如图1所示的现有技术的变流器采用低压并联的方式来满足风电机组容量逐渐增大的需求，设备及电缆损耗较大，安装困难。现有技术的交流输出电压为两电平，谐波含量较大，对并网滤波器设计要求更高。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种通过串联连接整流侧的斩波升压器来提高整流侧输出电压的用于直驱型风力发电机组的三电平变流器。

根据本发明的实施例的一种用于直驱型风力发电机组的三电平变流器包括：第一整流器，用于对风力发电机的第一套绕组输出的第一三相电进行整流以输出第一直流电；第二整流器，用于对风力发电机的第二套绕组输出的第二三相电进行整流以输出第二直流电；第一斩波升压器，用于对第一整流器输出的第一直流电进行斩波升压；第二斩波升压器，用于对第二整流器输出的第二直流电进行斩波升压；三电平逆变器，其中，所述第一斩波升压器和第二斩波升压器的第三端相互连接作为直流中性点，其中，三电平逆变器的第一输入端、第二输入端以及第三输入端分别连接到第一斩波升压器的输出端、直流中性点和第二斩波升压器的输出端，以将三相电输出到变压器。

优选地，第一斩波升压器包括第一电感器、第一开关和第一二极管，其中，第一电感器的第一端连接到第一斩波升压器的输入端，第一开关的第一端连接到第一电感器的第二端，第一开关的第二端连接到直流中性点，第一二极管的阳极连接到第一电感器的第二端，并且第一二极管的阴极连接到第一斩波升压器的输出端，第二斩波升压器包括第二电感器、第二开关和第二二极管，其中，第二电感器的第一端连接到第二斩波升压器的输入端，第二开关的第一端连接到直流中性点，第二开关的第二端连接到第二电感器的第二端，第二二极管的阴极连接到第二电感器的第二端，并且第二二极管的阳极连接到第二斩波升压器的输出端。

优选地，所述三电平变流器还包括：第一制动器，连接在第一斩波升压器的输出端和直流中性点之间，以限制第一斩波升压器的输出端的电压超过预定限值，第二制动器，连接在第二斩波升压器的输出端和直流中性点之间，以限制第二斩波升压器的输出端的电压超过预定限值。

优选地，第一制动器包括串联连接在第一斩波升压器的输出端和直流中性点之间的第一电阻器和第三开关，第二制动器包括串联连接在第二斩波升压器的输出端和直流中性点之间的第二电阻器和第四开关。

优选地，所述三电平变流器还包括串联连接在第一斩波升压器的输出端与第二斩波升压器的输出端之间的第一电容器和第二电容器，相互连接第一电容器和第二电容器的节点作为直流中性点。

优选地，所述三电平逆变器包括三个桥臂，其中，每一个桥臂包括串联连接的四个开关元件和串联连接的两个钳位二极管，其中所述串联连接的两个钳位二极管与所述串联连接的四个开关元件中的第二开关元件和第三开关元件并联连接。

优选地，所述三电平变流器还包括：LC滤波器，用于对三电平逆变器输出的三相电进行LC滤波并输出到所述变压器。

根据如上所述的用于直驱型风力发电机组的三电平变流器，由于整流侧的两个斩波升压器串联连接，整流侧两个斩波升压电路串联，提高了整流侧输出电压，使得较低的整流器输出电压和较高的逆变器输入电压得到较好的衔接。

同时，根据如上所述的用于直驱型风力发电机组的三电平变流器，由于在逆变器直流输入端采用两组串联有源（整流输入）电路分别为第一电容器和第二电容器及负载提供充电能量，而不致于电容器充放电不一致（O点悬浮情况）而导致电压不平衡，从而防止逆变器不同的开关状态导致第一电容器和第二电容器充放电不一致，致使中性点电压随时间积累而漂移的问题。

附图说明