一种直流风机及风力发电机组的制作方法

本申请涉及风力发电，具体涉及一种直流风机及风力发电机组。

背景技术：

1、风力发电机组多采用交流风机接入交流电网。然而，交流风机存在制造成本高、运行损耗大等不足，导致风力发电系统整体运行效率偏低。此外，当多台交流风机通过交流线路汇集接入电网时，所形成的交流汇集网络存在无功功率损耗大和汇集母线的电压稳定性较差的问题，且容易引发较宽频带的谐振等多种影响电能质量的问题。

2、因此，为了解决以上的技术问题，可以采用直流风机直接接入直流电网。然而，现有提出的直流风机通常采用多级电能变换结构，整体变换级数较多，结构复杂，硬件成本较高，而且也存在电能损耗的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种直流风机及风力发电机组，结构简单，成本较低，且损耗较小。

2、本申请提供一种直流风机，包括：叶片、齿轮箱、发电机和整流器；

3、所述叶片连接齿轮箱，所述齿轮箱连接所述发电机中的转子；

4、所述发电机的转子绕组连接所述整流器的输入端；

5、所述整流器至少包括三个桥臂，每个所述桥臂的桥臂中点连接所述转子绕组的对应相，每个上桥臂包括第一多电平换流器、第一二极管和第二二极管；每个下桥臂包括第二多电平换流器、第三二极管和第四二极管；

6、所述第一多电平换流器的第一端连接所述第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极连接所述整流器的正输出端；所述第一多电平换流器的第二端连接桥臂中点；所述第二二极管的阴极连接所述第一二极管的阳极，所述第二二极管的阳极连接公共中性点；

7、所述第二多电平换流器的第一端连接桥臂中点；所述第二多电平换流器的第二端连接所述第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接所述公共中性点；所述第四二极管的阴极连接所述第三二极管的阳极，所述第四二极管的阳极连接所述整流器的负输出端。

8、一种可能的实现方式，所述第一多电平换流器和所述第二多电平换流器均包括：桥臂电感和多个串联的子模块；

9、所述子模块包括全桥电路或半桥电路。

10、一种可能的实现方式，还包括：谐振式开关电容直流变换器；

11、所述谐振式开关电容直流变换器的输入端连接所述整流器的输出端，用于将所述整流器的输出电压升压后输出。

12、一种可能的实现方式，所述谐振式开关电容直流变换器包括：第一开关管、第二开关管、第一谐振支路和第二谐振支路；

13、所述第一开关管的第一端连接所述整流器的正输出端，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端连接所述整流器的负输出端；

14、所述第一谐振支路的第一端连接所述第一开关管的第一端，所述第一谐振支路的第二端作为所述谐振式开关电容直流变换器的正输出端；

15、所述第二谐振支路的第一端连接所述第二开关管的第二端，所述第二谐振支路的第二端作为所述谐振式开关电容直流变换器的负输出端；

16、所述第一谐振支路和所述第二谐振支路均包括多个串联的谐振腔。

17、一种可能的实现方式，所述谐振腔包括：第五二极管、第六二极管、第一lc谐振电路和第二lc谐振电路；所述第一lc谐振电路和所述第二lc谐振电路均包括串联的谐振电容和谐振电感；

18、所述第五二极管的阳极连接所述第六二极管的阴极；第一lc谐振电路的第一端和第二端分别连接所述第五二极管的阴极和所述第六二极管的阳极；所述第二lc谐振电路的第一端连接所述第六二极管的阴极，所述第二lc谐振电路的第二端连接相邻的所述谐振腔中的所述第五二极管的阳极；

19、所述第一lc谐振电路中的谐振电容和所述第二lc谐振电路中的谐振电容均在所述谐振式开关电容直流变换器的开关周期内周期性地充电和放电，所述第一lc谐振电路中的谐振电容和所述第二lc谐振电路中的谐振电容进行充放电的能量分别通过所述第一lc谐振电路中的谐振电感和所述第二lc谐振电路中的谐振电感参与谐振能量传递。

20、一种可能的实现方式，所述谐振腔包括：第五二极管、第六二极管和第三lc谐振电路；所述第三lc谐振电路包括第一电容、谐振电容和谐振电感；

21、所述第五二极管的阳极连接所述第六二极管的阴极，所述第一电容的第一端连接所述第五二极管的阴极，所述第一电容的第二端连接所述第六二极管的阳极；

22、所述谐振电容和所述谐振电感串联后的第一端连接所述第六二极管的阴极，所述谐振电容和所述谐振电感串联后的第二端连接相邻的所述谐振腔中的所述第五二极管的阳极；

23、所述谐振电容的电容值和所述第一电容的电容值处于同一数量级，使所述谐振电容两端的电压以及所述第一电容两端的电压在谐振过程中周期性地变化。

24、一种可能的实现方式，所述公共中性点直接接地。

25、一种可能的实现方式，所述公共中性点通过阻抗接地。

26、一种可能的实现方式，所述公共中性点悬空。

27、本申请还提供一种风力发电机组，包括以上介绍的直流风机。

28、本申请提供的实施例具有如下有益效果：

29、本申请实施例提供的直流风机至少包括三个桥臂的整流器。每个桥臂的桥臂中点连接转子绕组的对应相，每个上桥臂包括模块化第一多电平换流器、第一二极管和第二二极管；每个下桥臂包括第二多电平换流器、第三二极管和第四二极管。由于同一桥臂的上下桥臂交替导通，每个上桥臂的第一二极管和下桥臂的第三二极管，作为正半波的电流通路，负半波时截止；每个下桥臂的第四二极管和上桥臂的第二二极管，作为负半波的电流通路，正半波时截止；由此可见，利用以上四个二极管的电压箝位作用，第一多电平换流器和第二多电平换流器不必承受直流侧整个的直流电压，因此，第一多电平换流器和第二多电平换流器的耐压性不必很高，仅需承受正半波或负半波时的电压，所以第一多电平换流器和第二多电平换流器硬件规模较少，降低了工程造价和占地面积。本申请实施例提供的直流风机结构简单，成本较低，且损耗较小。

1.一种直流风机，其特征在于，包括：叶片、齿轮箱、发电机和整流器；

2.根据权利要求1所述的直流风机，其特征在于，所述第一多电平换流器和所述第二多电平换流器均包括：桥臂电感和多个串联的子模块；

3.根据权利要求1或2所述的直流风机，其特征在于，还包括：谐振式开关电容直流变换器；

4.根据权利要求3所述的直流风机，其特征在于，所述谐振式开关电容直流变换器包括：第一开关管、第二开关管、第一谐振支路和第二谐振支路；

5.根据权利要求4所述的直流风机，其特征在于，所述谐振腔包括：第五二极管、第六二极管、第一lc谐振电路和第二lc谐振电路；所述第一lc谐振电路和所述第二lc谐振电路均包括串联的谐振电容和谐振电感；

6.根据权利要求4所述的直流风机，其特征在于，所述谐振腔包括：第五二极管、第六二极管和第三lc谐振电路；所述第三lc谐振电路包括第一电容、谐振电容和谐振电感；

7.根据权利要求1至6任一项所述的直流风机，其特征在于，所述公共中性点直接接地。

8.根据权利要求1至6任一项所述的直流风机，其特征在于，所述公共中性点通过阻抗接地。

9.根据权利要求1至6任一项所述的直流风机，其特征在于，所述公共中性点悬空。

10.一种风力发电机组，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的直流风机。