一种风力发电并网级联变流系统的制作方法

1.本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种风力发电并网级联变流系统。


背景技术：

2.目前，风力发电机组在发电方面得到了广泛的应用，随之而来的，风力发电机组的功率等级也正在逐渐增大。此种情况下，随着风力发电机组的功率等级的增大，风电变流器的并网电压等级却仍然为690vac，这样一来，极可能导致机组并网电流越来越大。
3.相关技术中，针对大功率风电机组并网问题，通常采用两台电压等级为690vac的风电变流器并联运行的方式。然而，这样一来，往往存在并网线缆较多、可维护性差、并网电流较大、线路损耗明显增加的问题。同时，多机并联更容易产生环流问题，若不能很好地抑制机组环流，则大大增加运行损耗，降低机组运行效率。
4.因此，如何在确保风力发电并网级联变流系统可靠性的基础上，对布线方式进行简化、提高可维护行、减少运行损耗，并提升机组运行效率，已成为了亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种风力发电并网级联变流系统，用于在确保风力发电并网级联变流系统可靠性的基础上，对布线方式进行简化、提高可维护行、减少运行损耗，并提升机组运行效率。
6.根据本技术的第一方面，提供了一种风力发电并网级联变流系统，包括：发电机、变流器组以及变压器，所述发电机的输出端与所述变流器组的输入端连接，所述变流器组的输出端与所述变压器的输入端连接；其中，所述变流器组包括以级联方式连接的第一变流器、第二变流器和第三变流器，所述第一变流器分别与所述第二变流器和所述第三变流器连接，所述第二变流器和所述第三变流器连接。
7.另外，根据本技术上述实施例的一种风力发电并网级联变流系统，还可以具有如下附加的技术特征：
8.根据本技术的一个实施例，所述发电机的输出端为九相三绕组输出端；其中，所述第一变流器的输入端与所述发电机的第一绕组输出端连接，所述第二变流器的输入端与所述发电机的第二绕组输出端连接，所述第三变流器的输入端与所述发电机的第三绕组输出端连接。
9.根据本技术的一个实施例，所述发电机为三绕组九相同步发电机，所述发电机为三绕组九相同步发电机，所述发电机的第一绕组输出端、所述发电机的第二绕组输出端以及所述发电机的第三绕组输出端均为三相输出端。
10.根据本技术的一个实施例，还包括：第一电抗器组，所述第一电抗器组包括第一机侧电抗器和第一网侧电抗器，所述发电机通过所述第一机侧电抗器与所述第一变流器连接，所述变压器通过所述第一网侧电抗器与所述第一变流器连接；第二电抗器组，所述第二电抗器组包括第二机侧电抗器和第二网侧电抗器，所述发电机通过所述第二机侧电抗器与
所述第二变流器连接，所述变压器通过所述第二网侧电抗器与所述第二变流器连接；第三电抗器组，所述第三电抗器组包括第三机侧电抗器和第三网侧电抗器，所述发电机通过所述第三机侧电抗器与所述第三变流器连接，所述变压器通过所述第三网侧电抗器与所述第三变流器连接。
11.根据本技术的一个实施例，所述第一变流器的输出端、所述第二变流器的输出端和所述第三变流器的输出端均为三相输出端；其中，所述第一变流器的第一输出端与第二变流器的第一输出端连接，所述第一变流器的第二输出端与第三变流器的第一输出端连接；所述第二变流器的第二输出端与所述第三变流器的第二输出端连接。
12.根据本技术的一个实施例，所述第一变流器、所述第二变流器以及所述第三变流器均为三相全桥变流器。
13.根据本技术的一个实施例，所述第一变流器、所述第二变流器以及所述第三变流器中的任一变流器的机侧整流单元为全控型整流单元或不控型整流单元，网侧逆变单元为全控型逆变单元。
14.根据本技术的一个实施例，所述第一变流器、所述第二变流器以及所述第三变流器均采用目标电平变流器。
15.根据本技术的一个实施例，所述目标电平变流器为两电平变流器或者三电平变流器。
16.根据本技术的一个实施例，所述变压器的输入端为三相输入端；其中，所述第一变流器的第三输出端与所述变压器的第一输入端连接，所述第二变流器的第三输出端与所述变压器的第二输入端连接，所述第三变流器的第三输出端与所述变压器的第三输入端连接。
17.根据本技术的一个实施例，还包括：机组风轮组，所述机组风轮组包括至少一个风轮，每个所述风轮均与所述发电机连接。
18.本技术实施例提供的技术方案至少包括如下有益效果：
19.本技术提供了一种风力发电并网级联变流系统，能够通过采用新型的具有交流级联拓扑结构的变流器组，实现风力发电机组输出功率的提升，以及变流器组输出电压的电压等级的提升。同时，使得风力发电并网级联变流系统可以实现输出功率的自平衡，有效地改善了风力发电机组的并网性能，提高了风力发电并网级联变流系统的整体性能。
20.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
21.附图用于更好地理解本方案，不构成对本技术的限定。其中：
22.图1为本技术实施例提供的一种风力发电并网级联变流系统的示意图；
23.图2为本技术实施例提供的另一种风力发电并网级联变流系统的示意图；
24.图3为本技术实施例提供的另一种风力发电并网级联变流系统的示意图；
25.图4为本技术实施例提供的另一种风力发电并网级联变流系统的示意图；
26.图5为本技术实施例提供的一种变流器的内部拓扑结构的示意图；
27.图6为本技术实施例提供的另一种变流器的内部拓扑结构的示意图；
28.图7为本技术实施例提供的另一种风力发电并网级联变流系统的示意图；
29.图8为本技术实施例提供的另一种风力发电并网级联变流系统的示意图；
30.图9为本技术实施例提供的另一种风力发电并网级联变流系统的示意图。
具体实施方式
31.以下结合附图对本技术的示范性实施例做出说明，其中包括本技术实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本技术的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
32.下面采用实施例对本技术的风力发电并网级联变流系统进行详细说明。
33.图1为本技术实施例提供的风力发电并网级联变流系统的示意图。
34.如图1所示，本实施例提出的风力发电并网级联变流系统1000，包括：发电机100、变流器组200以及变压器300，发电机100的输出端与变流器组200的输入端连接，变流器组200的输出端与变压器300的输入端连接。
35.其中，变流器组200，包括以级联方式连接的第一变流器10、第二变流器20和第三变流器30，第一变流器10分别与第二变流器20和第三变流器30连接，第二变流器20和第三变流器30连接。
36.本技术实施例中，电能通过发电机100的输出端输入至变流器组200的输入端后，变流器组200可以进行变流，并将变流后的电能通过变流器组200的输出端输入至变压器300的输入端。
37.其中，变压器300，可以为升压变压器，用于对变流后的电能进行升压。
38.由此，本技术提出一种风力发电并网级联变流系统1000，能够通过采用新型的具有交流级联拓扑结构的变流器组，实现风力发电机组输出功率的提升，以及变流器组输出电压的电压等级的提升。同时，使得风力发电并网级联变流系统可以实现输出功率的自平衡，有效地改善了风力发电机组的并网性能，提高了风力发电并网级联变流系统的整体性能。
39.在一些实施例中，如图2所示，发电机100的输出端为九相三绕组输出端。
40.本技术实施例中，发电机100的输出端包括第一绕组输出端101、第二绕组输出端102以及第三绕组输出端103。此种情况下，第一变流器10的输入端与发电机200的第一绕组输出端101连接，第二变流器20的输入端与发电机100的第二绕组输出端102连接，第三变流器30的输入端与发电机100的第三绕组输出端103连接。
41.需要说明的是，本技术中对于发电机的具体选型不作限定，可以根据实际情况进行设定。
42.作为一种可能的实现方式，发电机100为三绕组九相同步发电机，且发电机100的第一绕组输出端101、发电机100的第二绕组输出端102以及发电机100的第三绕组输出端103均为三相输出端。
43.在一些实施例中，如图3所示，本实施例提出的风力发电并网级联变流系统1000，还包括：第一电抗器组400、第二电抗器组500以及第三电抗器组600。
44.其中，第一电抗器组400，包括：第一机侧电抗器401和第一网侧电抗器402，发电机
100通过第一机侧电抗器401与第一变流器10连接，变压器300通过第一网侧电抗器402与第一变流器10连接。
45.其中，第二电抗器组500，包括：第二机侧电抗器501和第二网侧电抗器502，发电机100通过第二机侧电抗器501与第二变流器20连接，变压器300通过第二网侧电抗器502与第二变流器20连接。
46.其中，第三电抗器组600，包括：第三机侧电抗器601和第三网侧电抗器602，发电机100通过第三机侧电抗器601与第三变流器30连接，变压器300通过第三网侧电抗器602与第三变流器30连接。
47.在一些实施例中，第一变流器10、第二变流器20以及第三变流器30均为三相全桥变流器，且第一变流器10的输出端、第二变流器20的输出端和第三变流器30的输出端均为三相输出端。
48.在一些实施例中，第一变流器10、第二变流器20以及第三变流器30中的任一变流器的机侧整流单元为全控型整流单元或不控型整流单元，网侧逆变单元为全控型逆变单元。
49.如图4所示，第一变流器10的输出端包括第一输出端a1、第二输出端b1和第三输出端c1；第二变流器20的输出端包括第一输出端a2、第二输出端b2和第三输出端c2；第三变流器30的输出端包括第一输出端a3、第二输出端b3和第三输出端c3。
50.其中，第一变流器10的第一输出端a1与第二变流器20的第一输出端a2连接，第一变流器10的第二输出端b1与第三变流器30的第一输出端a3连接；第二变流器20的第二输出端b2与第三变流器30的第二输出端b3连接。
51.需要说明的是，本技术中对于第一变流器、第二变流器以及第三变流器的具体选型不作限定，可以根据实际情况进行设定。
52.作为一种可能的实现方式，可以设定第一变流器10、第二变流器20以及第三变流器30均采用目标电平变流器。
53.其中，目标电平变流器，可以为两电平变流器或者三电平变流器。
54.可选地，第一变流器10、第二变流器20以及第三变流器30均采用两电平变流器。此种情况下，第一变流器10、第二变流器20以及第三变流器的内部拓扑图如图5所示。此种情况下，变流器内部器件数较少，控制相对简单，但电压利用率较低，谐波含量较高，得到的对应的波形较差，且开关频率较高。
55.可选地，第一变流器10、第二变流器20以及第三变流器30均采用三电平变流器。此种情况下，第一变流器10、第二变流器20以及第三变流器的内部拓扑图如图6所示。此种情况下，变流器内部器件数较多，控制相对复杂，但电压利用率较高，谐波含量较低，得到的对应的波形较好，且开关频率较低。
56.需要说明的是，本技术中对于目标电平变流器的具体选型不作限定，可以根据实际情况进行确定。
57.作为另一种可能的实现方式，可以设定第一变流器10、第二变流器20以及第三变流器30采用不同的目标电平变流器，例如，第一变流器10采用两电平变流器，第二变流器20以及第三变流器30均采用三电平变流器；又例如，第一变流器10和第二变流器20采用三电平变流器，第三变流器30均采用两电平变流器。
58.在一些实施例中，如图7所示，变压器300的输入端为三相输入端。
59.其中，第一变流器10的第三输出端c1与变压器100的第一输入端a连接，第二变流器20的第三输出端c2与变压器100的第二输入端b连接，第三变流器30的第三输出端c3与变压器100的第三输入端c连接。
60.在一些实施例中，如图8所示，本技术提出的风力发电并网级联变流系统1000，还包括：机组风轮组700。
61.其中，机组风轮组700，包括至少一个风轮，每个风轮均与发电机100连接。
62.综上所述，本技术提出的风力发电并网级联变流系统1000，变流器组200的输入端通过机侧电抗器与风电机组三绕组九相同步发电机100的输出端相连接。
63.其中，变流器组200由单个基本三相全桥变流器组成；第一变流器10的输入端与发电机100的第一套绕组的输出端101相连接；第二变流器20的输入端与发电机200的第二套绕组的输出端102相连接；第三变流器30的输入端与发电机100的第三套绕组的输出端103相连接；
64.其中，三个变流器的输出端通过级联的方式连接，即第一变流器10的a1相接入变压器(并网变压器)300的a相，第二变流器20的a2相接入并网变压器300的b相，第三变流器30的a3相接入并网变压器300的c相。
65.即言，第一变流器10的b1相与第二变流器20的a2相连接，第一变流器10的c1相接入第三变流器30的a3相，第二变流器20的c2相与第三变流器30的b3相连接。
66.下面针对风力发电并网级联变流系统中的电流器组的参数变化情况进行解释说明。
67.相关技术中，采用基本的变流器或者由基本的变流器构成的变流器组，输出线电压为u，相电流为i，此种情况下，风电机组的输出功率为p＝1.732*u*i。
68.区别于相关技术，本技术中，如图9所示，采用级联的拓扑结构的变流器(并网变流器)构成的变流器组，输出线电压可以提升至2u，相电流提升至1.5i，此种情况下，风电机组的输出功率为p＝1.732*2*u*1.5*i，即为采用基本变流器构成的变流器组的风电机组的输出功率的3倍。
69.由此，本技术提出的风力发电并网级联变流系统，机组采用三绕组九相永磁同步发电机，发电机的输出端接入三套基本变流器单元的机侧输入端，变流器采用新型的交流级联拓扑结构，进行交流级联的方式，可以实现输出2倍基本变流器输出电压，电压等级可以达到1140～3300v，输出功率为相关技术中采用基本变流器时的输出功率的3倍，并且变流系统可以实现输出功率的自平衡，有效改善当前风力发电机组的并网性能。
70.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本技术公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
71.上述具体实施方式，并不构成对本技术保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本技术开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术保护范围之内。