專利名稱：基于h橋的無變壓器風力發電并網拓撲結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及風力發電機并網技術，特別是一種基于H橋的無變壓器的風力發電 并網。
背景技術：
作為節能環保的新能源，風電產業贏得歷史性發展機遇，在金融危機肆虐的 不利環境中逆市上揚，發展勢頭迅猛，截止到2009年底，全國累計風電裝機容量達到 25800兆瓦。但在我國風力發電場中，風力發電機基本上都是通過通用變頻器，使本身相位 與電網相同。最后再用升壓變壓器與電網并網。這樣不但導致每個風力發電機都需要一 個升壓變壓器，成本巨大，而且使每個風力發電機只有3電平，諧波含量很大，多電網 污染嚴重。在大型風力發電場，有很多的電機，對于每個風力發電機都需要單獨控制，控 制難度大，控制繁瑣，不易形成集中風力發電控制。風力發電輸出的都是兩電平或三電平，諧波含量大，升壓后不能直接并入電 網，需要加輸出濾波裝置。

發明內容
本發明的目的是提供一種基于H橋的無變壓器風力發電并網拓撲結構，通過 單元串聯的方法，輸出高壓；省掉了通用風力發電并網時的升壓變壓器，節約了大量成 本。另外，由于采用多單元串聯功率單元輸出高壓，可以通過調制算法輸出多電平電壓 波形，減少輸出諧波含量，減少風力發電對電網的污染。為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現基于H橋的無變壓器風力發電并網拓撲結構，包括風力發電機組、整流模塊、 逆變模塊，風力發電機組產生低壓交流電，經三相全橋整流后得到直流電壓，此直流電 壓作為逆變模塊中各個單元的直流側電壓供電電源；逆變模塊將直流電壓轉換為交流電 壓后，經多個功率單元直接串聯，交流高壓輸出，經緩沖電感后并入電網。所述的逆變模塊由三相功率單元組成，每相由η個功率單元串聯而成，三相功 率單元的一端接在一起，另一端通過電感接入電網。所述的功率單元逆變側為H橋結構，由四個IGBT開關器件組成，每個IGBT開
關器件反并聯一個二極管，每兩個IGBT開關器件相串聯后，再與直流電容C并聯；整流 側為不可控全橋結構。與現有技術相比，本發明的有益效果是1)輸入端無變壓器，進而使風電并網拓撲體積減小，占地減少，重量減輕，成 本降低；同時可以降低變壓器能耗，使制造工藝簡單化，生產周期減少。2)風力發電機直接連接到功率單元整流側，對風力發電機無特殊要求，減少電機成本；3)調制方法采用載波移相的方法，可以產生多階梯正弦波，以較小的開關頻率 獲得較好的輸出電壓波形；4)可以把整個風力發電場串聯成交流高壓，直接從交流側輸出；5)在大功率，多電機中應用前景廣泛；6)有利于集中控制多臺風力發電機。


圖1是基于H橋的無變壓器風力發電并網拓撲結構圖；圖2是基于H橋的無變壓器風力發電并網拓撲的功率單元結構圖。圖3是H橋功率單元內電流流向圖。
具體實施例方式見圖1，基于H橋的無變壓器風力發電并網拓撲結構，包括風力發電機組、整流 模塊、逆變模塊，風力發電機組M產生低壓交流電，經三相全橋整流后得到直流電壓， 此直流電壓作為逆變模塊中各個單元的直流側電壓供電電源；逆變模塊將直流電壓轉換 為交流電壓后，經多個功率單元直接串聯，交流高壓輸出，經緩沖電感后并入電網。逆變模塊由三相功率單元組成，每相由η個功率單元串聯而成，共3η個功率單 元。每個功率單元由一個風力發電機M通過三相全橋整流給功率單元電容供電。三相 功率單元的一端接在一起，另一端通過電感La、Lb、Lc接入電網。見圖2，功率單元逆變側為H橋結構、整流側為由二極管Dl、D2、D3、D4、 D5、D6組成的不可控全橋結構。逆變側由四個開關器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、 IGBT4直流側電容C組成，開關器件IGBTl和IGBT2相串聯，開關器件IGBT3和IGBT4 相串聯，再和直流電容C并聯。并且四個開關器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4分 別并聯一個反接二極管Dll、D22、D33、D44。IGBTl與IGBT2的公共端、IGBT3與 IGBT4的公共端為該功率單元與其它功率單元相連接的輸入、輸出端。本拓撲結構利用風電作為能源中繼池，給功率單元直流母線供電，結合一定的 調制方法，產生需要的多電平可變正弦波。逆變模塊主要由三相組成，每相由η個功率 單元串聯而成。串聯功率單元的個數稱為單元級數，三相功率單元的一端接到一起，另 一端通過電感接入電網。由于采用多電平輸出，串聯功率單元輸出的交流高壓含有更少 的諧波，對電網污染更小，也不需要裝LC濾波裝置。控制IGBT的柵極電壓使其導通或者關斷，可以使單元具有不同的電路狀態。見圖3-1，電流經IGBT2、直流側電容C、IGBT3，從B流向Α，或電流經續流 二極管D3、直流側電容C、續流二極管D2，從A流向B，此時采用H橋式逆變電路的功 率單元輸出電平“1”。見圖3-2，電流經續流二極管Dl、IGBT3，從B流向Α，或電流經續流二極管 D3、IGBT1,從A流向B，此時采用H橋式逆變電路的功率單元輸出電平“0”。見圖3-3，電流經IGBT2、續流二極管D4，從B流向Α，或電流經IGBT4、續 流二極管D2，從A流向B，此時采用H橋式逆變電路的功率單元輸出電平“0”。
見圖3-4，電流經續流二極管D1、直流側電容C、續流二極管D4，從B流向 A，或電流經IGBT4、直流側電容C、IGBT1,從A流向B，此時采用H橋式逆變電路的 功率單元輸出電平“-1”。若功率單元級數選擇適當，功率單元疊加輸出電壓可達到電網級別，將根據電 網電壓發出與電網同步的電壓波形，并且輸出諧波滿足要求，則可以直接并網發電。
權利要求
1.基于H橋的無變壓器風力發電并網拓撲結構，其特征在于，包括風力發電機組、 整流模塊、逆變模塊，風力發電機組產生低壓交流電，經三相全橋整流后得到直流電 壓，此直流電壓作為逆變模塊中各個單元的直流側電壓供電電源；逆變模塊將直流電 壓轉換為交流電壓后，經多個功率單元直接串聯，交流高壓輸出，經緩沖電感后并入電 網。
2.根據權利要求1所述的基于H橋的無變壓器風力發電并網拓撲結構，其特征在于， 所述的逆變模塊由三相功率單元組成，每相由η個功率單元串聯而成，三相功率單元的 一端接在一起，另一端通過電感接入電網。
3.根據權利要求2所述的基于MMC的無變壓器風力發電并網拓撲結構，其特征在 于，所述的功率單元逆變側為H橋結構，由四個IGBT開關器件組成，每個IGBT開關器 件反并聯一個二極管，每兩個IGBT開關器件相串聯后，再與直流電容C并聯；整流側為 不可控全橋結構。
全文摘要
本發明涉及一種基于H橋的無變壓器風力發電并網拓撲結構，包括風力發電機組、整流模塊、逆變模塊，風力發電機組產生低壓交流電，經三相全橋整流后得到直流電壓，此直流電壓作為逆變模塊中各個單元的直流側電壓供電電源；逆變模塊將直流電壓轉換為交流電壓后，經多個功率單元直接串聯，交流高壓輸出，經緩沖電感后并入電網。風力發電機并網技術，特別是一種基于H橋的無變壓器的風力發電并網。優點是省掉了通用風力發電并網時的升壓變壓器，節約了大量成本。另外，由于采用多單元串聯功率單元輸出高壓，可以通過調制算法輸出多電平電壓波形，減少輸出諧波含量，減少風力發電對電網的污染。
文檔編號H02M7/525GK102013695SQ20101023370
公開日2011年4月13日 申請日期2010年7月22日 優先權日2010年7月22日
發明者張坤, 張躍平, 李太峰, 楊洋, 王振, 胡濤, 趙淑玉, 魏西平 申請人:榮信電力電子股份有限公司