一种变流器功率模块复用系统的制作方法

1.本实用新型及电力电子控制技术领域，尤其涉及一种变流器功率模块复用系统。


背景技术：

2.随着化石能源的减小，新能源发电迅速崛起，风力发电因其用之不竭、污染小、基建周期短，分布范围广，装机规模灵活，运行维护成本低等，而在发电端已经占有一席之地。而转子绕组接交流器并网的双馈感应发电机(doubly-feed induction generator,dfig)又因其容量小，成本低，具有可变速恒频发电等优势而得到了快速的发展。
3.dfig的电路结构：定子绕组接工频电网，转子绕组接交(网侧变换器)-直(母线)-交(机侧变换器)双向变流器的机侧变换器； dfig变流器的工作原理：在转速变化的情况下，该变流器根据电机转差率s对转子绕组的频率、幅值、相位或相序等进行合理控制，可以使定子输出频率保持一定不变，即使定子频率和电网频率保持一致。
4.随着风力发电平价时代的到来，dfig在各个转速短发电量的提升将是一个必然的趋势，而发电机在同步速工况下，功率发太大会对双馈变流器的稳定运行带来极大的风险，其主要原因还是由于机侧变换器模块在这种工况下极易造成硬件失效。
5.双馈风机在同步转速下功率发太大的风险主要在于：在同步转速下，定子电压频率即为电网频率，满足并网需求，机侧变换器需给双馈电机转子侧提供直流电流，机侧变换器工作在降压式变换电路模式下，此时，机侧变换器上桥臂或下桥臂在整个同步转速状态中都一直处于开通或关断的状态，导致igbt器件承受了更大的应力。
6.针对上述问题，目前常用的方法主要包括：同步转速下运行时，降低功率输出，从而减小对机侧变换器的影响。但该方法会减小发电量；也可通过对同步转速下电流进行合算，再根据计算结果增加机侧变换器容量，这样会造成成本增加。
7.除上述所述问题外，现有双馈网侧容量只有机组额定容量的1/3，因此，在需要网侧静态无功支持时，就会产生网侧扩容需求。
8.上述问题，不仅仅局限于双馈变流器，包括全功率或其他变流器在低频时也会遇到该问题。
9.因此亟需一种可降低机网侧变换器配置容量、降低成本、减小损耗、提高效率、输出更加灵活，并且可实现在低频时，增加变流器模块的输出能力，实现低频不降额运行或者超额运行的新型电路。


技术实现要素：

10.为解决上述技术问题，本实用新型要解决的技术问题是提出一种变流器功率模块复用系统，该变流器功率模块复用系统可降低机网侧电流配置容量、降低成本；也可实现在低频时增加变流器模块的电流输出能力；可实现网侧静态无功支持时，增加网侧变换器的输出能力；机网侧复用模块可根据不同工况的需要，灵活选择出力点，实现方法简单，减小了损耗，提高了效率，灵活输出。
11.本实用新型提供一种变流器功率模块复用系统，包括变流器，所述变流器包括网侧变换器及机侧变换器以及将网侧变换器及机侧变换器连接的直流母线；还包括机网侧复用模块，所述机网侧复用模块的直流端与直流母线连接；所述机网侧复用模块的交流端通过第一开关k1与电网相连，通过第二开关k2与机侧变换器并联后连接发电机转子侧，所述发电机的定子侧与电网相连；在不同工况下，所述机网侧复用模块通过控制第一开关k1及第二开关k2的通断，当所述机网侧复用模块与所述网侧变换器并联，增加所述网侧变换器的输出能力；当所述机网侧复用模块与所述机侧变换器并联，增加所述机侧变换器的输出能力。
12.优选地，所述机网侧复用模块为至少两个，分别为：第一机网侧复用模块、
…
、第n机网侧复用模块；所述第一机网侧复用模块的交流端通过第一开关k1与电网相连，所述第一机网侧复用模块通过第二开关k2与机侧变换器并联后连接发电机转子侧，
…
，所述第n机网侧复用模块的交流端通过第n 1开关kn 1与电网相连，所述第n 机网侧复用模块通过第n 2开关kn 2与机侧变换器并联后连接发电机转子侧，所述发电机的定子侧与电网相连，其中n≥2。
13.优选地，所述网侧滤波器为rc滤波器或lcl滤波器。
14.优选地，所述变流器还包括预充电电路，所述预充电电路分别连接电网和所述直流母线。
15.优选地，所述变流器还包括预充电电路，所述预充电电路分别连接电网和所述直流母线。
16.为解决上述问题，本实用新型还公开了一种应用于上述的变流器功率模块复用系统，所述机网侧复用模块充当预充电电路，建立起直流母线电压，全可以替代原预充电电路。
17.优选地，在机网侧复用模块与第一开关k1之间增加一个预充电电阻r1，同时在r1两端增加开关k5；
18.在预充电时，闭合第一开关k1，电网通过预充电电阻经过机网侧复用模块给直流母线充电。
19.在预充电时，闭合第一开关k1，电网通过预充电电阻经过机网侧复用模块给直流母线充电，当建立起母线电压后，闭合与充电电阻并联的开关k5，将充电电阻切出，减小电路的能量损耗。
20.该变流器功率模块复用系统及控制方法的有益效果是：可降低变流器电流容量配置，降低成本，实现在低频时或网侧静态无功支持时增加模块的输出能力，使机网侧复用模块可以根据不同工况的需要，灵活选择出力点，实现方法简单，减小了损耗，提高了效率，输出灵活。
附图说明
21.图1为本实用新型变流器功率模块复用系统实施例一的电路图；
22.图2为本实用新型变流器功率模块复用系统实施例二的电路图；
23.图3为本实用新型变流器功率模块复用系统实施例三的电路图；
24.图4为本实用新型变流器功率模块复用系统实施例四的电路图；
25.图5为本实用新型变流器功率模块复用系统实施例五的控制方法的流程图一；
26.图6为本实用新型实施五变流器功率模块复用系统实施例五的控制方法的流程图二；
27.图7为本实用新型实施五变流器功率模块复用系统实施例五的控制方法的流程图三；
28.图8为本实用新型实施五变流器功率模块复用系统实施例五的控制方法的流程图四；
29.图9为本实用新型实施五变流器功率模块复用系统实施例五的控制方法的流程图五；
30.图10为本实用新型实施五变流器功率模块复用系统的控制方法的流程图六；
31.图11为本实用新型实施六变流器功率模块复用系统电路图。
具体实施方式
32.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
33.实施例一
34.请参阅图1，图1为本实用新型实施例一的变流器功率模块复用系统的电路图；本实施例公开了一种变流器功率模块复用系统，包括变流器及机网侧复用模块，所述变流器包括网侧变换器及机侧变换器以及将网侧变换器及机侧变换器连接的直流母线；所述机网侧复用模块的直流端与直流母线连接；所述机网侧复用模块的交流端通过第一开关k1与电网相连，通过第二开关k2与机侧变换器并联后连接发电机转子侧，所述发电机的定子侧与电网相连；所述机网侧复用模块通过控制第一开关k1及第二开关k2的通断，当所述机网侧复用模块与所述网侧变换器并联，增加所述网侧变换器的输出能力；当所述机网侧复用模块与所述机侧变换器并联，增加所述机侧变换器的输出能力。
35.在本实施例中，所述变流器还包括网侧滤波器，电网接网侧滤波器，所述网侧滤波器再接网侧变换器。
36.所述机、网侧滤波器为rc滤波器或lcl滤波器。
37.实施例二
38.请参阅图2，图2为本实用新型实施例二的变流器功率模块复用系统的电路图；本实施例公开了一种变流器功率模块复用系统，包括变流器及机网侧复用模块，所述变流器包括网侧变换器及机侧变换器以及将网侧变换器及机侧变换器连接的直流母线；所述机网侧复用模块的直流端与直流母线并联；所述机网侧复用模块为至少两个，分别为：第一机网侧复用模块、
…
、第n机网侧复用模块；所述第一机网侧复用模块的交流端通过第一开关k1与电网相连，所述第一机网侧复用模块通过第二开关k2与机侧变换器并联后连接发电机转子侧，
…
，所述第n机网侧复用模块的交流端通过第n 1开关kn 1与电网相连，所述第n机网侧复用模块通过第n 2开关kn 2与机侧变换器并联后连接发电机转子侧，所述发电机的定子侧与电网相连，其中n≥2。
39.在本实施例中，所述变流器还包括网侧滤波器及机侧滤波器，电网接网侧滤波器，
所述网侧滤波器再接网侧变换器，所述第一机网侧复用模块的交流端通过第一开关k1与所述网侧滤波器后端相连，同时第二机网侧复用模块的交流端通过开关k3与第一机网侧复用模块并联接网侧滤波器后端；所述第一机网侧复用模块通过第二开关k2 与机侧变换器并联，同时第二机网侧复用模块的交流端通过开关k4 与第一机网侧复用模块并接机侧滤波器后再接发电机转子。
40.所述机网侧滤波器为rc滤波器或lcl滤波器。
41.实施例三
42.请参阅图3，本实施例在实施例一的基础上，所述变流器还包括预充电电路，所述预充电电路分别连接电网和所述直流母线。
43.实施例四
44.请参阅图4，本实施例在实施例二的基础上，所述变流器还包括预充电电路，所述预充电电路分别连接电网和所述直流母线。
45.实施例五
46.请参阅图5至图10，本实施例公开了一种变流器功率模块复用系统的控制方法，包括以下步骤：判断机侧变换器及网侧变换器是否需要配置更大电流容量，如果需要扩容，则判断是否仅机侧变换器需要扩容，或仅网侧变换器需要扩容，又或者机侧变换器及网侧变换器都需要扩容；
47.如果仅机侧变换器需要扩容，断开开关k1，闭合开关k2，使得所述机网复用模块与所述机侧变换器并联，增加所述机侧变换器的输出能力；
48.如果仅网侧变换器需要扩容，断开开关k2，闭合开关k1，使得所述机网复用模块与所述网侧变换器并联，增加所述网侧变换器的输出能力；
49.如果机侧变换器及网侧变换器都需要扩容，则再判断机侧变换器是否需要比网侧变换器配置更大电流容量，如果机侧变换器需要配置更大电流容量，则断开第一开关k1，闭合第二开关k2；判断所述网侧变换器是否需要比机侧配置更大电流容量，如果网侧变换器需要配置更大电流容量，则断开第二开关k2，闭合第一开关k1。
50.如果机侧变换器及网侧变换器均不需要配置更大电流容量，则断开第一开关k1，断开第二开关k2，则变流器单机运行。
51.实施例六
52.对于双馈、全功率等变流器来说，需要增加预充电回路来建立模型初始状态的母线电压，以实现网侧变换器的软启动。
53.而针对本实用新型实施例一及实施例二的电路来说，可在变流器启机运行的初始时刻，用机网侧复用模块或任何一块机网侧复用模块充当预充电电路。
54.此外为了使机网侧复用模块代替预充电电路更加可靠，减小电路上电流冲击，可在机网侧复用模块与第一开关k1之间增加一个预充电电阻r1，同时在r1两端增加开关k5。
55.在预充电时，闭合第一开关k1，电网通过预充电电阻经过机网侧复用模块给直流母线充电，当建立起母线电压后，闭合与充电电阻并联的开关k5，将充电电阻切出，减小电路的能量损耗。
56.应当理解的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，不能因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直
接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。