一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，包括有風(fēng)機、與所述風(fēng)機連接的永磁同步發(fā)電機、二極管整流器及并網(wǎng)變壓器，還包括有LC濾波裝置及Z源逆變器；本發(fā)明解決了現(xiàn)有的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)電壓源型PWM變流裝置并網(wǎng)中的傳統(tǒng)電壓源型逆變器的交流負載只能是電感性負載，解決了其傳統(tǒng)電壓源型逆變器是一種降壓式逆變器，交流輸出電壓只能低于直流母線電壓，解決了傳統(tǒng)電壓源型逆變器不允許同一橋臂的上下兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通等局限和問題，解決了由三相不可控整流引起的機側(cè)電流諧波的問題；本發(fā)明比現(xiàn)有采用傳統(tǒng)電壓源型PWM變流裝置的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用范圍更廣泛及使用更加高效。
【專利說明】
—種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視；利用風(fēng)力發(fā)電為各國利用風(fēng)能的主要方式。
[0003]目前，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電為我國現(xiàn)有的風(fēng)能發(fā)電主要方式之一；但是，現(xiàn)有的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)電壓源型PWM變流裝置并網(wǎng)，其具有如下局限和不足:首先，傳統(tǒng)電壓源型逆變器的交流負載只能是電感性負載；其次，傳統(tǒng)電壓源型逆變器是一種降壓式逆變器，交流輸出電壓只能低于直流母線電壓。對于直流母線較低，但需要較高交流輸出電壓的功率變換場合，就需要額外的升壓斬波電路，這將增加系統(tǒng)成本，降低變換器效率；最后，傳統(tǒng)電壓源型逆變器不允許同一橋臂的上下兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通，否則，會由于直通過流燒毀器件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，利用該永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)解決了現(xiàn)有的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)電壓源型PWM變流裝置并網(wǎng)局限和不足。
[0005]本發(fā)明提供一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，包括有風(fēng)機、與所述風(fēng)機連接的永磁同步發(fā)電機、二極管整流器及并網(wǎng)變壓器，還包括有LC濾波裝置與Z源逆變器；所述LC濾波裝置與所述永磁同步發(fā)電機及所述二極管整流器連接，所述Z源逆變器與所述二極管整流器及所述并網(wǎng)變壓器連接。
[0006]進一步的，所述風(fēng)機將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能；所述永磁同步發(fā)電機將所述風(fēng)機的機械能轉(zhuǎn)化為電能，并以三相電形式輸出至所述LC濾波裝置。
[0007]進一步的，述LC濾波器包括有三個濾波電感和三個濾波電容；所述濾波電容中點接地。
[0008]進一步的，所述三相電經(jīng)過所述LC濾波裝置的濾波與補償后輸入所述二極管整流器中。
[0009]進一步的，所述三相電經(jīng)過所述二極管整流器的三相不可控整流后形成直流電輸入所述Z源逆變器中。
[0010]進一步的，所述Z源逆變器包括Z源網(wǎng)絡(luò)及三相逆變器。
[0011]進一步的，所述直流電經(jīng)過所述Z源逆變器的轉(zhuǎn)化后形成正弦波三相電輸入所述并網(wǎng)變壓器中。
[0012]進一步的，所述正弦波三相電經(jīng)過所述并網(wǎng)變壓器變壓后輸入三相電網(wǎng)中。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于，提供一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)電壓源型PWM變流裝置并網(wǎng)的局限和不足；解決了傳統(tǒng)電壓源型逆變器的交流負載只能是電感性負載的問題；解決了傳統(tǒng)電壓源型逆變器是一種降壓式逆變器，交流輸出電壓只能低于直流母線電壓，對于直流母線較低，如果需要較高交流輸出電壓的功率變換場合，就需要額外的升壓斬波電路，這將增加系統(tǒng)成本，降低變換器效率等問題；解決了傳統(tǒng)電壓源型逆變器不允許同一橋臂的上下兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通等問題，解決了由三相不可控整流引起的機側(cè)電流諧波的問題；本發(fā)明比現(xiàn)有采用傳統(tǒng)電壓源型PWM變流裝置的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用范圍更廣泛及使用更加高效。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1所示為本發(fā)明實施永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0015]下文將結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實施例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認為是孤立的，它們可以被相互組合和相互結(jié)合從而達到更好的技術(shù)效果。在下述實施例的附圖中，各附圖所出現(xiàn)的相同標(biāo)號代表相同的特征或者部件，可應(yīng)用于不同實施例中。
[0016]圖1所示為本發(fā)明實施永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]本發(fā)明的實施例一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，包括有風(fēng)機F、與所述風(fēng)機連接的永磁同步發(fā)電機M、二極管整流器及并網(wǎng)變壓器，還包括有LC濾波裝置與Z源逆變器；所述LC濾波裝置與所述永磁同步發(fā)電機及所述二極管整流器連接，所述Z源逆變器與所述二極管整流器及所述并網(wǎng)變壓器連接。
[0018]風(fēng)機F將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能；所述永磁同步發(fā)電機M將所述風(fēng)機F的機械能轉(zhuǎn)化為電能，并以三相電形式輸出至所述LC濾波裝置。
[0019]所述LC濾波器包括有L3、L4、L5三個濾波電感和C3、C4、C5三個濾波電容；所述濾波電容的中點接地；
[0020]所述三相電經(jīng)過所述LC濾波裝置的濾波與補償后輸入所述二極管整流器中；所述二極管整流器包括有Dl、D2、D3、D4、D5、D6六個二極管。
[0021]所述三相電經(jīng)過所述二極管整流器的三相不可控整流后形成直流電輸入所述Z源逆變器中。
[0022]所述Z源逆變器包括有Z源網(wǎng)絡(luò)及三相逆變器；所述Z源網(wǎng)絡(luò)包括L1、L2 二個電感及Cl、C2 二哥電容；所述三相逆變器包括Gl、G2、G3、G4、G5、G6六個三極管。
[0023]所述直流電經(jīng)過所述Z源逆變器的轉(zhuǎn)化后形成正弦波三相電輸入所述并網(wǎng)變壓器中；所述并網(wǎng)變壓器包括有L6、L7、L8三個電感。
[0024]所述正弦波三相電經(jīng)過所述并網(wǎng)變壓器變壓后輸入三相電網(wǎng)中
[0025]以下將詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0026]LC濾波裝置的設(shè)計:LC濾波器由三相濾波電抗和三相濾波電容構(gòu)成。其中濾波電容中點與大地(機殼)相連，目的是使濾波器對逆變器產(chǎn)生的共模電壓分量也起到濾波作用，以減小施加在電機端子上的共模電壓。濾波器的性能主要由濾波電抗和濾波電容之間的諧振頻率決定，LC諧振頻率是由濾波電抗和濾波電容的乘積決定的，在確定諧振頻率后，濾波電抗和濾波電容的參數(shù)還需分別確定。具體參數(shù)設(shè)計除要考慮電抗器和電容器的體積與造價外，還要考慮它們對裝置性能的影響，這主要包括LC濾波器對機端電壓和輸出電流影響、濾波電容與電機之間的自激電壓以及LC諧振等因素。
[0027]直通占空比的設(shè)定:Z源逆變器的直通占空比通過插入直通零矢量來實現(xiàn)，直通零矢量的注入方法包括:簡單升壓控制法、改進PWM法以及最大增益控制法。本專利通過對同一扇區(qū)內(nèi)傳統(tǒng)有效矢量、非直通傳統(tǒng)零矢量以及直通零矢量狀態(tài)時系統(tǒng)的等效電路進行分析，得出當(dāng)傳統(tǒng)有效矢量、非直通傳統(tǒng)零矢量時輸入電流的非零時間被拉寬了，因而減小了電流諧波。而直通零矢量時直流環(huán)節(jié)和機側(cè)交流環(huán)節(jié)被隔開，電流波形發(fā)生畸變。由此可知，欲減少機側(cè)電流諧波，提高功率因數(shù)，應(yīng)盡量多的提高逆變器的調(diào)制因數(shù)，避免過多運用Z源網(wǎng)絡(luò)進行升壓。
[0028]Z源網(wǎng)絡(luò)電感值的設(shè)計:在確定Z源網(wǎng)絡(luò)電感值時要綜合考慮電流紋波大小、電感電流高/低次諧波以及電感過小時引起的Z源逆變器非正常工作。本專利通過對Z源逆變器的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進行建模分析得出當(dāng)Z源網(wǎng)絡(luò)電感取一定值時(該電感值必須滿足上述條件，即在有效區(qū)間內(nèi))，可使機側(cè)電流的變化僅與電機相電壓有關(guān)，成功解決機偵U電流與機側(cè)電壓的非線性關(guān)系，減少了機側(cè)電流諧波，提高了功率因數(shù)
[0029]本發(fā)明比現(xiàn)有采用傳統(tǒng)電壓源型PWM變流裝置的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)更加高效、更加安全及應(yīng)用范圍更廣；Z源逆變器解決了傳統(tǒng)電壓源型逆變器的一些局限和缺點；但由于基于Z源逆變器的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)整流側(cè)采用的是三相不可控整流，機側(cè)的電流諧波成為制約Z源逆變器應(yīng)用的主要因素；針對這個問題，本發(fā)明從影響發(fā)電機不同電壓扇區(qū)電流變化的角度出發(fā)，形成基于Z源逆變器的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)機側(cè)功率因數(shù)校正的方法。
[0030]本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的一些實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對本文的實施例進行改變。上述實施例只是示例性的，不應(yīng)以本文的實施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。
【權(quán)利要求】
1.一種永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，包括有風(fēng)機、與所述風(fēng)機連接的永磁同步發(fā)電機、二極管整流器及并網(wǎng)變壓器，其特征在于: 還包括有LC濾波裝置與Z源逆變器；所述LC濾波裝置與所述永磁同步發(fā)電機及所述二極管整流器連接，所述Z源逆變器與所述二極管整流器及所述并網(wǎng)變壓器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)機將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能；所述永磁同步發(fā)電機將所述風(fēng)機的機械能轉(zhuǎn)化為電能，并以三相電形式輸出至所述LC濾波裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，其特征在于，所述LC濾波器包括有三個濾波電感和三個濾波電容，所述濾波電容中點接地。
4.如權(quán)利要求1和2所述的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，其特征在于，所述三相電經(jīng)過所述LC濾波裝置的濾波與補償后輸入所述二極管整流器中。
5.如權(quán)利要求4所述的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，其特征在于，所述三相電經(jīng)過所述二極管整流器的三相不可控整流后形成直流電輸入所述Z源逆變器中。
6.如權(quán)利要求1所述的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，其特征在于，所述Z源逆變器包括有Z源網(wǎng)絡(luò)及三相逆變器。
7.如權(quán)利要求5所述的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，其特征在于，所述直流電經(jīng)過所述Z源逆變器的轉(zhuǎn)化后形成正弦波三相電輸入所述并網(wǎng)變壓器。
8.如權(quán)利要求7所述的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，其特征在于，所述正弦波三相電經(jīng)過所述并網(wǎng)變壓器變壓后輸入三相電網(wǎng)中。
【文檔編號】H02J3/01GK104201717SQ201410435944
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】黃守道, 張陽, 黃晟, 羅德榮, 王輝, 高劍, 郭超, 王家堡, 廖武 申請人:黃守道