一种直流母线两单元串联式的风电变流器主电路拓扑结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种直流母线两单元串联式的风电变流器主电路拓扑结构，包括发电机、正母线、负母线、连接外部电网的变压器、以及连接正母线、负母线的整流模块、升压模块、逆变模块，正母线与负母线经过整流模块、升压模块、逆变模块处理后串联并中性点接地，本设计可以承担更高的发电机出口电压，同时提高直流母线电压等级，并且在同等功率下减少母线电流，适用于大功率直驱型风电变流器，控制方式灵活，同时降低绝缘的难度，整体结构比单纯更换IGBT功率器件或者母线并联电路更加紧凑，减少变流器的占地体积，容易实现设计选型和系统化配置。
【专利说明】
一种直流母线两单元串联式的风电变流器主电路拓扑结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种风电变流器，特别是一种直流母线两单元串联式的风电变流器主电路拓扑结构。
【背景技术】
[0002]随着新能源的广泛应用，在风力发电的领域上，为了提高风电利用效率，风电机组的功率不断增大，而功率的增大带来的是发电机出口电压和电流相应增大的问题，因此对变流器容量的需求不断提高。
[0003]由于现今市场上主流的变流器是低压变流器，低压变流器使用的功率器件IGBT功率器件大都是1700V电压等级，变流器功率的增大及发电机出口电压的升高要求使用的IGBT功率器件规格不断增加，由于受到IGBT功率器件器件的使用原则和使用技术限制，用户们一般只能更换更大规格的IGBT功率器件或者采用并联功率器件并联的方式实现，在功率增大到一定程度时，变流器体积将会由于采用并联的方式而增大，然而在风电基塔中的空间是有限的，变流器将无法放置在基塔内。
【实用新型内容】
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种通过直流母线两单元串联的变流器主电路的拓扑结构。
[0005]本实用新型采用的技术方案是:
[0006]—种直流母线两单元串联式的风电变流器主电路拓扑结构，包括发电机、正母线、负母线、连接外部电网的变压器、以及连接正母线、负母线的整流模块、升压模块、逆变模块，所述整流模块的输入端与发电机电性连接，所述升压模块的输入端与整流模块的输出端电性连接，所述升压模块的输出端与逆变模块的输入端电性连接，该逆变模块的输出端与变压器并网连接，所述升压模块分为正升压模块、负升压模块，所述逆变模块包括正逆变模块、负逆变模块，所述整流模块、正升压模块、正逆变模块、负逆变模块、负升压模块依次串联，所述变压器分别与正逆变模块的输出端、负逆变模块的输出端电性连接，所述正逆变模块与负逆变模块的连接点接地。
[0007]所述正升压模块包括第一正升压电路和第二正升压电路，所述第一正升压电路包括电感L1、IGBT功率器件Ql、二极管Dl、二极管D5、电容Cl，IGBT功率器件Ql与二极管Dl并联组成第一开关电路，该正升压电路内的输入端连接电感LI的一端，该电感LI的另一端与二极管D5正极连接且与第一开关电路的正极连接，所述第二正升压电路包括电感L2、IGBT功率器件Q2、二极管D2、二极管D6、电容C2，IGBT功率器件Q2与二极管D2并联组成第二开关电路，该正升压电路内的输入端连接电感L2的一端，该电感L2的另一端与二极管D6正极连接且与第二开关电路的正极连接，该二极管D6负极与二极管D5负极连接且与电容Cl的正极连接，第一开关电路的负极与第二开关电路的负极连接且与电容C2负极连接且接地，电容Cl负极与电容C2正极连接且连接点NI连接变压器星型绕组a的中性点，所述负升压模块包括第一负升压电路和第二负升压电路，所述第一负升压电路包括电感L3、IGBT功率器件Q3、二极管D3、二极管D7、电容C3，IGBT功率器件Q3与二极管D3并联组成第三开关电路，该负升压电路内的输入端连接电感L3的一端，该电感L3的另一端与二极管D7负极连接且与第三开关电路的负极连接，所述第二负升压电路包括电感L4、IGBT功率器件Q4、二极管D4、二极管D8、电容C4，IGBT功率器件Q4与二极管D4并联组成第四开关电路，该负升压电路内的输入端连接电感L4的一端，该电感L4的另一端与二极管D8负极连接且与第四开关电路的负极连接，该二极管D7正极与二极管D8正极连接且与电容C4负极连接，第三开关电路的正极与第四开关电路的正极连接且与电容C3正极连接且接地，电容C3负极与电容C4正极连接且连接点N2连接变压器星型绕组b的中性点。
[0008]本变流器电路还包括正制动电阻和负制动电阻，该正制动电阻分别与正升压模块、正逆变模块电性连接，该负制动电阻分别与负升压模块、负逆变模块电性连接。
[0009]本实用新型的有益效果:
[0010]本实用新型变流器电路的正、负母线经过整流模块、升压模块、逆变模块处理后串联并中性点接地，本设计可以承担更高的发电机出口电压，同时提高直流母线电压等级，并且在同等功率下减少母线电流，适用于大功率直驱型风电变流器，控制方式灵活，同时降低绝缘的难度，整体结构比单纯更换IGBT功率器件或者母线并联电路更加紧凑，减少变流器的占地体积，容易实现设计选型和系统化配置。
[0011 ]升压模块包括正、负升压模块，且正升压模块包括两个正升压电路，负升压模块包括两个负升压电路，两个升压电路可以分担更大的电流，由于发电机输出功率的增大，还可以稳定母线电压。
[0012]母线上还设置有制动电阻，在正常工作时可以进行停机放电，在母线过压时刹车制动。
【附图说明】
[0013]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0014]图1是本实用新型变流器电路的示意图。
[0015]图2是本实用新型变流器电路的正升压模块电路图。
[0016]图3是本实用新型变流器电路的负升压模块电路图。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，本实用新型直流母线两单元串联式的变流器电路，包括发电机1、正母线2、负母线3、连接外部电网的变压器4、以及连接正母线2、负母线3的整流模块5、升压模块
6、逆变模块7，所述整流模块5的输入端与发电机I电性连接，所述升压模块6的输入端与整流模块5的输出端电性连接，所述升压模块6的输出端与逆变模块7的输入端电性连接，该逆变模块7的输出端与变压器4并网连接，发电机I将电能输入到变流器电路中，通过整流模块5将交流变为直流，再通过升压模块6进行升压，最后通过逆变模块7将直流变为交流，并且与变压器4连接后进行变压输送。
[0018]本设计的改进点在于升压模块6分为正升压模块61、负升压模块62，逆变模块7包括正逆变模块71、负逆变模块72，整流模块5、正升压模块61、正逆变模块71、负逆变模块72、负升压模块62依次串联，变压器4分别与正逆变模块71的输出端、负逆变模块72的输出端电性连接，正逆变模块71与负逆变模块72的连接点接地，本设计可以承担更高的发电机I出口电压，同时提高直流母线电压等级，并且在同等功率下减少母线电流，降低绝缘的难度，整体结构比单纯更换IGBT功率器件或者母线并联电路更加紧凑，减少变流器的体积，进而减少占地位置。
[0019]同时，由于发电机I的输出功率增大，线路电流在电压提高到限定值时也会相应的提高，如图1-图3所示，本设计的正升压模块61包括第一正升压电路和第二正升压电路，所述第一正升压电路包括电感L1、IGBT功率器件Ql、二极管Dl、二极管D5、电容Cl，IGBT功率器件Ql与二极管Dl并联组成第一开关电路，该正升压电路内的输入端连接电感LI的一端，该电感LI的另一端与二极管D5正极连接且与第一开关电路的正极连接，所述第二正升压电路包括电感L2、IGBT功率器件Q2、二极管D2、二极管D6、电容C2，IGBT功率器件Q2与二极管D2并联组成第二开关电路，该正升压电路内的输入端连接电感L2的一端，该电感L2的另一端与二极管D6正极连接且与第二开关电路的正极连接，该二极管D6负极与二极管D5负极连接且与电容Cl的正极连接，第一开关电路的负极与第二开关电路的负极连接且与电容C2负极连接且接地，电容Cl负极与电容C2正极连接且连接点NI连接变压器4星型绕组a的中性点，所述负升压模块62包括第一负升压电路和第二负升压电路，所述第一负升压电路包括电感L3、IGBT功率器件Q3、二极管D3、二极管D7、电容C3，IGBT功率器件Q3与二极管D3并联组成第三开关电路，该负升压电路内的输入端连接电感L3的一端，该电感L3的另一端与二极管D7负极连接且与第三开关电路的负极连接，所述第二负升压电路包括电感L4、IGBT功率器件Q4、二极管D4、二极管D8、电容C4，IGBT功率器件Q4与二极管D4并联组成第四开关电路，该负升压电路内的输入端连接电感L4的一端，该电感L4的另一端与二极管D8负极连接且与第四开关电路的负极连接，该二极管D7正极与二极管D8正极连接且与电容C4负极连接，第三开关电路的正极与第四开关电路的正极连接且与电容C3正极连接且接地，电容C3负极与电容C4正极连接且连接点N2连接变压器4星型绕组b的中性点，此处的设计母线可以分担更大的电流，还可以稳定母线电压。
[0020]另外，如图1所示，本变流器电路上还包括正制动电阻21和负制动电阻31，该正制动电阻21分别与正升压模块61、正逆变模块71电性连接，该负制动电阻31分别与负升压模块62、负逆变模块72电性连接，在正常工作时可以进行停机放电，在母线过压时刹车制动。
[0021]以上所述仅为本实用新型的优先实施方式，本实用新型并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本实用新型目的的技术方案都属于本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种直流母线两单元串联式的风电变流器主电路拓扑结构，包括发电机(I)、正母线(2)、负母线(3)、连接外部电网的变压器(4)、以及连接正母线(2)、负母线(3)的整流模块(5)、升压模块(6)、逆变模块(7)，所述整流模块(5)的输入端与发电机(I)电性连接，所述升压模块(6)的输入端与整流模块(5)的输出端电性连接，所述升压模块(6)的输出端与逆变模块(7)的输入端电性连接，该逆变模块(7)的输出端与变压器(4)并网连接，其特征在于:所述升压模块(6)分为正升压模块(61)、负升压模块(62)，所述逆变模块(7)包括正逆变模块(71)、负逆变模块(72)，所述整流模块(5)、正升压模块(61)、正逆变模块(71)、负逆变模块(72)、负升压模块(62)依次串联，所述变压器(4)分别与正逆变模块(71)的输出端、负逆变模块(72)的输出端电性连接，所述正逆变模块(71)与负逆变模块(72)的连接点接地。2.根据权利要求1所述的一种直流母线两单元串联式的风电变流器主电路拓扑结构，其特征在于:所述正升压模块(61)包括第一正升压电路和第二正升压电路，所述第一正升压电路包括电感L1、IGBT功率器件Ql、二极管Dl、二极管D5、电容Cl，IGBT功率器件Ql与二极管Dl并联组成第一开关电路，该正升压电路内的输入端连接电感LI的一端，该电感LI的另一端与二极管D5正极连接且与第一开关电路的正极连接，所述第二正升压电路包括电感L2、IGBT功率器件Q2、二极管D2、二极管D6、电容C2，IGBT功率器件Q2与二极管D2并联组成第二开关电路，该正升压电路内的输入端连接电感L2的一端，该电感L2的另一端与二极管D6正极连接且与第二开关电路的正极连接，该二极管D6负极与二极管D5负极连接且与电容Cl的正极连接，第一开关电路的负极与第二开关电路的负极连接且与电容C2负极连接且接地，电容Cl负极与电容C2正极连接且连接点NI连接变压器(4)星型绕组a的中性点，所述负升压模块(62)包括第一负升压电路和第二负升压电路，所述第一负升压电路包括电感L3、IGBT功率器件Q3、二极管D3、二极管D7、电容C3，IGBT功率器件Q3与二极管D3并联组成第三开关电路，该负升压电路内的输入端连接电感L3的一端，该电感L3的另一端与二极管D7负极连接且与第三开关电路的负极连接，所述第二负升压电路包括电感L4、IGBT功率器件Q4、二极管D4、二极管D8、电容C4，IGBT功率器件Q4与二极管D4并联组成第四开关电路，该负升压电路内的输入端连接电感L4的一端，该电感L4的另一端与二极管D8负极连接且与第四开关电路的负极连接，该二极管D7正极与二极管D8正极连接且与电容C4负极连接，第三开关电路的正极与第四开关电路的正极连接且与电容C3正极连接且接地，电容C3负极与电容C4正极连接且连接点N2连接变压器(4)星型绕组b的中性点。3.根据权利要求1所述的一种直流母线两单元串联式的风电变流器主电路拓扑结构，其特征在于:还包括正制动电阻(21)和负制动电阻(31 )，该正制动电阻(21)分别与正升压模块(61)、正逆变模块(71)电性连接，该负制动电阻(31)分别与负升压模块(62)、负逆变模块(72)电性连接。
【文档编号】H02M5/458GK205622521SQ201620188331
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】张佳丽, 于虹, 李文清, 李志华, 黎林, 周立专
【申请人】广东明阳龙源电力电子有限公司