一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块的制作方法

一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块，包括整流逆变单元、控制单元、驱动单元、辅助电源，整流逆变单元将输入的三相电进行整流缓冲后再进行逆变为符合电网要求的三相交流电，并完成直流电压和交流电流的采样并将采样信息发送给控制单元，控制单元实现与上位机之间的通信数据交换，包括将采样到的直流电压和交流电流进行AD变换并由FPGA完成预处理后发送到外部主控制器再到上位机和读取上位机指令并生成PWM信号输出给驱动单元，由驱动单元驱动后输出至整流逆变单元，本发明能够能够简化风电变流器的设计和制造，并降低成本，可适用于多兆瓦级别的双馈变流器。
【专利说明】一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及风电【技术领域】的双馈变流器，特别是涉及一种对双馈变流器的整流逆变进行一体化设计的一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块。
【背景技术】
[0002]现今国内的风电变流器研究大多都是建立在分立的电子器件基础之上的，如功率开关元件、控制电路、保护电路、传感电路等，这些装置都是按用户的不同用途和要求进行特殊设计的，采用的是非标准器件，具有很多不足和缺点。尽管现有技术也已有将风电变流器模块化的研究，但是建立在整流逆变分开模块化的基础之上，这种模块化设计还是具有一定的缺点和不足。
[0003]分立的电子器件往往研制周期长、成本高、使用不灵活，在一定程度上大大限制了电力电子的发展。若风电变流器应用分立器件，一旦发生故障，将很难辨识出故障元件，并且在拆装上很困难，增加了维护时间，造成风能资源的浪费。同时，将整流逆变分开模块化，针对双馈变流器机侧功率稍稍大于网侧的特点来说，功率模块的并联造成了一定的浪费。加之整流逆变模块间连线的寄生参数会造成不必要的麻烦。

【发明内容】

[0004]为克服上述现有技术存在的不足，本发明之一目的在于提供一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块，其能够简化风电变流器的设计和制造，并降低成本，可适用于多兆瓦级别的双馈变流器。
[0005]本发明之另一目的在于提供一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块，可简化风电变流器繁琐不便的维护工作，节省大量的维护时间。
[0006]本发明之再一目的在于提供一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块，可减少风机停修时间，提高风场发电量的利用率。
[0007]为达上述及其它目的，本发明提出一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块，该模块包括整流逆变单元、控制单元、驱动单元、辅助电源，该整流逆变单元用于将输入的三相电进行整流缓冲后再进行逆变为符合电网要求的三相交流电，并完成直流电压和交流电流的采样并将采样信息发送给该控制单元，该控制单元用以实现与上位机之间的通信数据交换，包括将采样到的直流电压和交流电流进行AD变换并由FPGA完成预处理后发送到外部主控制器再到上位机和读取上位机指令并生成PWM信号输出给驱动单元，由该驱动单元驱动后再输出至该整流逆变单元，该辅助电源连接该整流逆变单元，用以产生该控制单元所需的直流电压。
[0008]进一步地，该整流逆变单元包括至少包括IGBT模块(U1-U3)、均流电感(L1-L6)、电流传感器(11-13)、直流电压传感器(V1-V3)，在三相电的输入端分别串联3个电流传感器(11-13)，然后经过均流电感(L1-L3)后分别连接至IGBT模块(U1-U3)的输入端，经IGBT模块(U1-U3)整流缓冲逆变后输出经过逆变的交流电，该逆变的交流电经均流电感(L4-6)均流后输出符合要求的三相交流电，该直流电压传感器(V1-V3)连接该IGBT模块(U1-U3)以对直流电压采样。
[0009]进一步地，每个模块至少包括12个IGBT管(T1-T12)以及一缓冲电容，IGBT管(Tl)与IGBT管(T6)的公共端、IGBT管(T3)与IGBT管(T4)公共端、IGBT管(T5)与IGBT管(T2)公共端分别为IGBT模块的输入端，分别连接该均流电感(L1-L3)，经IGBT管(T1-T6)整流后的电压由IGBT管(Tl)、IGBT管(T3)、IGBT管(T5)的公共端和IGBT管(T2)、IGBT管(T4)、IGBT管(T6)公共端输出并在该直流电压输出端并联该缓冲电容进行缓冲，缓冲后的直流电压连接至由IGBT管(T7-T12)组成的逆变电路，并在IGBT管(T7)与IGBT管(Tl2)公共端、IGBT管(T9)与IGBT管(TlO)公共端、IGBT管(Tll)与IGBT管(T8)公共端输出经过逆变的交流电。
[0010]进一步地，该直流电压输出端并联该直流电压传感器(V1-V3)进行直流电压采样。
[0011]进一步地，该控制单元包括FPGA、AD转换电路和PWM信号产生电路，该电流传感器(11-13)和该直流电压传感器(V1-V3)的采样信息连接至该AD转换电路进行数字化，数字化后的采样信息被传送至该FPGA进行预处理后经外部主控制器送至该上位机，该上位机根据采样信息发送相应指令经外部主控制器到达该FGPA，经该FPGA处理后输出至该PWM信号产生电路产生PWM信号至该驱动单元。
[0012]进一步地，该整流逆变模块具有通讯接口，用于模块与模块间的并联连接，几个整流逆变模块通过该通讯接口可任意组合成大功率等级的双馈变流器。
[0013]与现有技术相比，本发明一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块通过将双馈变流器的整流逆变单元进行一体化涉及，简化了风电变流器的设计和制造并降低了成本；同时简化了双馈变流器繁琐不便的维护工作，节省了大量的维护时间；减少了风机停修时间，从而提高了风场发电量的利用率。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为本发明一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块的结构示意图；
[0015]图2为本发明较佳实施例中整流逆变单元的IGBT模块的结构示意图；
[0016]图3为本发明较佳实施例中多个整流逆变模块的并联结构示意图；
[0017]图4为本发明较佳实施例中模块的外形结构图。
【具体实施方式】
[0018]以下通过特定的具体实例并结合【专利附图】

【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0019]图1为本发明一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块的结构示意图。在此先说明的是，本发明中针对变流器的拓扑结构，可选取任何形式的拓扑组合，如电压型二电平双向PWM变流器、电流型与电压型并联变流器、晶闸管相控交交变流器、矩阵式变流器、多电平变流器以及普通箝位谐振变流器等。本发明以电压型二电平双向PWM结构为例构建模块拓扑结构。如图1所示，本发明一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块，包括整流逆变单元10、控制单元20、驱动单元30、辅助电源40。
[0020]其中，整流逆变单元IO包括IGBT模块U1-U3、均流电感L1-L6、电流传感器11 -13、直流电压传感器V1-V3，其是一个功能相对比较完整和独立的模块，主要用于将输入三相电A、B、C进行整流缓冲后再进行逆变为符合电网要求的三相交流电A’、B’、C’，并完成直流电压和交流电流的采样并将采样信息发送给控制单元20，整流逆变单元10的每个用于整流逆变的IGBT模块U1-U3分别有其驱动单元，驱动电路采用共驱动方式，以保证电路信号的一致性；控制单元20包括FPGA、AD转换电路(AD采样)和PWM信号产生电路，主要用以实现与上位机之间的通信数据交换，包括将采样到的直流电压和交流电流进行AD变换并由FPGA完成预处理后发送到主控制器再到上位机和读取上位机指令由PWM信号产生电路生成PWM信号输出给驱动单元30。控制单元20与外部主控器以及主控器与上位机间通信都采用高速串行通信接口来完成信号的传输，以保证信号的一致性，保证了模块内的均流效果O
[0021]图2为本发明较佳实施例中整流逆变单元的IGBT模块的结构示意图。请同时参照图1、图2，具体的说，IGBT模块包括至少包括12个IGBT管(Tl 一 T12)和一缓冲电容C，在三相电输入即发电机输出线路上分别串联3个电流传感器11-3，然后经过均流电感L1-3后分别连接至IGBT模块U1-3之输入端即IGBT管Tl与IGBT管T6公共端、IGBT管T3与IGBT管T4公共端、IGBT管T5与IGBT管T2公共端，IGBT管(T1-T6)整流后的电压由IGBT管Tl、IGBT管T3、IGBT管T5公共端(直流电源正端)和IGBT管T2、IGBT管T4、IGBT管T6公共端(直流电源负端)输出并在该直流电压输出端并联缓冲电容C进行缓冲、并联直流电压传感器V1-V3进行直流电压采样，缓冲后的直流电压连接至由IGBT管(T7-12)组成的逆变电路，并在IGBT管T7与IGBT管T12公共端、IGBT管T9与IGBT管TlO公共端、IGBT管Tll与IGBT管T8公共端输出经过逆变的交流电，该逆变交流电经均流电感L4-L6均流后输出符合要求的三相交流电A’、B’、C’ ；电流传感器11-13和直流电压传感器V1-V3的采样信息连接至控制单元20的AD转换(模数转换)电路进行数字化，数字化后的采样信息被传送至FPGA进行预处理后经主控器送至上位机，上位机根据采样信息发送相应指令经主控器到达FGPA，经FPGA处理后输出至PWM信号产生电路产生PWM信号，该PWM信号经驱动单元30驱动后输出至整流逆变单元10之IGBT模块U1-U3的各IGBT管的控制端；辅助电源40用于产生控制单元20等所需直流电压。
[0022]在此需说明的是，在本发明中，每个整流逆变模块都有通讯接口，用于模块与模块间的并联连接。几个整流逆变模块通过接口可任意组合成大功率等级的双馈变流器。图3为本发明较佳实施例中多个整流逆变模块的并联结构示意图，其中，du/dt和LCL分别为对应于电机与变流器之间和电网与变流器之间的滤波器，其中du/dt是一阶低通，LCL是三阶低通。
[0023]图4为本发明较佳实施例中模块的外形结构图。如图4所示，封装完整的模块并联放在一个立柜里，由于模块具有一定的重量，所以会在每个模块和立柜间都设计有滑道，以便于模块的拆装。
[0024]综上所述，本发明一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块通过将双馈变流器的整流逆变单元进行一体化设计，简化了风电变流器的设计和制造，并降低了成本；同时简化了双馈变流器繁琐不便的维护工作，节省了大量的维护时间；减少了风机停修时间，从而提高了风场发电量的利用率。
[0025]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【权利要求】
1.一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块，其特征在于:该模块包括整流逆变单元、控制单元、驱动单元、辅助电源，该整流逆变单元用于将输入的三相电进行整流缓冲后再进行逆变为符合电网要求的三相交流电，并完成直流电压和交流电流的采样并将采样信息发送给该控制单元，该控制单元用以实现与上位机之间的通信数据交换，包括将采样到的直流电压和交流电流进行AD变换并由FPGA完成预处理后发送到外部主控制器再到上位机和读取上位机指令并生成PWM信号输出给驱动单元，由该驱动单元驱动后再输出至该整流逆变单元，该辅助电源连接该整流逆变单元，用以产生该控制单元所需的直流电压。
2.如权利要求1所述的一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块，其特征在于:该整流逆变单元包括至少包括IGBT模块(U1-U3)、均流电感(L1-L6)、电流传感器(I1-13)、直流电压传感器(V1-V3)，在三相电的输入端分别串联3个电流传感器(11-13)，然后经过均流电感(L1-L3)后分别连接至IGBT模块(U1-U3)的输入端，经IGBT模块(U1-U3)整流缓冲逆变后输出经过逆变的交流电，该逆变的交流电经均流电感(L4-6)均流后输出符合要求的三相交流电，该直流电压传感器(V1-V3)连接该IGBT模块(U1-U3)以对直流电压采样。
3.如权利要求2所述的一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块，其特征在于:每个模块至少包括12个IGBT管(T1-T12)以及一缓冲电容，IGBT管(Tl)与IGBT管(T6)的公共端、IGBT管(T3)与IGBT管(T4)公共端、IGBT管(T5)与IGBT管(T2)公共端分别为IGBT模块的输入端，分别连接该均流电感(L1-L3)，经IGBT管(T1-T6)整流后的电压由IGBT 管(Tl)、IGBT 管(T3)、IGBT 管(T5)的公共端和 IGBT 管(T2)、IGBT 管(T4)、IGBT 管(T6)公共端输出并在该直流电压输出端并联该缓冲电容进行缓冲，缓冲后的直流电压连接至由IGBT管(T7-T12)组成的逆变电路，并在IGBT管(T7)与IGBT管(T12)公共端、IGBT管(T9)与IGBT管(TlO)公共端、IGBT管(Tll)与IGBT管(T8)公共端输出经过逆变的交流电。
4.如权利要求3所述的一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块，其特征在于:该直流电压输出端并联该直流电压传感器(V1-V3)进行直流电压采样。
5.如权利要求4所述的一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块，其特征在于:该控制单元包括FPGA、AD转换电路和PWM信号产生电路，该电流传感器(11-13)和该直流电压传感器(V1-V3)的采样信息连接至该AD转换电路进行数字化，数字化后的采样信息被传送至该FPGA进行预处理后经外部主控制器送至该上位机，该上位机根据采样信息发送相应指令经外部主控制器到达该FGPA，经该FPGA处理后输出至该PWM信号产生电路产生PWM信号至该驱动单元。
6.如权利要求5所述的一种一体化结构的双馈变流器的整流逆变模块，其特征在于:该整流逆变模块具有通讯接口，用于模块与模块间的并联连接，几个整流逆变模块通过该通讯接口可任意组合成大功率等级的双馈变流器。
【文档编号】H02M5/458GK103973130SQ201410200374
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】阙春兰, 傅晓锦, 张帅 申请人:上海电机学院