本發(fā)明涉及變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種電力電子變換器。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境保護意識不斷增強，開發(fā)和利用以風(fēng)能為代表的各類可再生能源已成為人類解決生存問題的戰(zhàn)略選擇。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是目前最成熟的可再生能源發(fā)電技術(shù)之一，也是許多國家重點開發(fā)的新能源發(fā)電技術(shù)：

(1)目前的風(fēng)力技術(shù)采用恒速恒頻機組實現(xiàn)，但是恒速恒頻機組只能固定運行在某一轉(zhuǎn)速時才能達到最高運行效率，當(dāng)風(fēng)速改變時風(fēng)力機就會偏離最佳運行轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致運行效率下降。異步風(fēng)力機組輸出的電能質(zhì)量比較差，功率因數(shù)較低；

(2)現(xiàn)有的技術(shù)方案中每一臺風(fēng)力機的運行狀態(tài)調(diào)整都會對局域電網(wǎng)產(chǎn)生很大影響，風(fēng)速、風(fēng)向的隨機性、不穩(wěn)定性會使風(fēng)力機輸出電壓、頻率、功率發(fā)生變化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)方案的不足，本發(fā)明提供一種電力電子變換器，采用變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機組，有效緩解甚至消除驅(qū)動鏈中的應(yīng)力與力矩振蕩，并提高機組發(fā)電效率，使得風(fēng)力機可在大范圍的風(fēng)速變化時保持高效運行，能有效的解決背景技術(shù)提出的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種電力電子變換器，包括傳動機構(gòu)和雙饋電機，所述傳動機構(gòu)的左端通過轉(zhuǎn)軸與風(fēng)力機相連接，所述傳動機構(gòu)的輸出端通過控制線與雙饋電機相連接，且在雙饋電機的信號端通過功率繞組與電網(wǎng)相連接，所述雙饋電機的輸出端通過控制繞組與pwm整流器相連接，所述pwm整流器采用串并聯(lián)結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)相連接，所述雙饋電機采用繞線式異步發(fā)電機，在雙饋電機的左端設(shè)置有定子繞組，所述雙饋電機的右端通過轉(zhuǎn)子繞組分別與電阻和穩(wěn)壓管相連接，所述穩(wěn)壓管的控制端與整流器并聯(lián)連接。

作為本發(fā)明一種有選的技術(shù)方案，所述轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)部設(shè)置有轉(zhuǎn)子極對數(shù)接口，所述轉(zhuǎn)子極對數(shù)接口的輸出端通過控制繞組頻率線與雙向功率變換器相連接，所述雙向功率變換器的輸出端分三路與功率繞組頻率線相連接，所述功率繞組頻率線的輸出端均與轉(zhuǎn)子繞組表面的功率繞組極對數(shù)接口相連接。

作為本發(fā)明一種有選的技術(shù)方案，所述傳動機構(gòu)主要為利用風(fēng)力機帶動齒輪箱轉(zhuǎn)動作為動力來源。

作為本發(fā)明一種有選的技術(shù)方案，所述雙饋電機的輸入端還連接有升壓變壓器，且在升壓變壓器的兩端設(shè)置有雙pwm變換器，且在雙pwm變換器之間還連接有晶振。

作為本發(fā)明一種有選的技術(shù)方案，所述pwm整流器的數(shù)量為十二個，且十二個pwm整流器均并聯(lián)連接在雙饋電機與電網(wǎng)線路之間。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明采用傳動機構(gòu)電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方法成熟。發(fā)電機發(fā)出的交流電通過整流濾波電路轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)過pwm電壓型逆變器，輸出電壓、頻率、相位與電網(wǎng)相符的交流電，并且可以控制系統(tǒng)輸出的有功和無功功率，調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機工作在最佳狀態(tài)；

(2)本發(fā)明通過安裝的雙饋電動機，利用繞線型異步電動機自身的結(jié)構(gòu)特點，將電動機的定子直接聯(lián)接到三相對稱工頻電網(wǎng)上，而繞線型轉(zhuǎn)子采用交流變頻電源供電，并采用相應(yīng)的控制策略來控制轉(zhuǎn)子電流的幅值、頻率、相位和相序。由于電機是分別通過對定、轉(zhuǎn)子單獨饋電而工作的，控制器從電網(wǎng)吸收能量送給轉(zhuǎn)子繞組。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速時，電機運行于超同步狀態(tài)，當(dāng)定子繞組的旋轉(zhuǎn)角頻率和轉(zhuǎn)子繞組的旋轉(zhuǎn)角頻率相反方向旋轉(zhuǎn)，此時，定子電流與轉(zhuǎn)子電流相序相反，控制器從轉(zhuǎn)子繞組吸收能量送給電網(wǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的旋轉(zhuǎn)角頻率為0時，電機以同步轉(zhuǎn)速運行，此時轉(zhuǎn)子勵磁由交流勵磁變?yōu)橹绷鲃畲?，電機的運行狀態(tài)與普通的同步電機完全相同，使得相對全功率變換器的容器大大減小，提高了系統(tǒng)運行的可靠性，是風(fēng)力發(fā)電中變速恒頻發(fā)電的優(yōu)化方案。

(3)本發(fā)明的無刷雙饋電機在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)原理與有刷雙饋電機基本相同，根據(jù)風(fēng)機轉(zhuǎn)速變化來調(diào)節(jié)勵磁電流的頻率；通過改變勵磁電流的幅值和相位，以捕獲最大風(fēng)能，同時實現(xiàn)有功和無功功率的調(diào)節(jié)，實用性強。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的雙饋電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的雙pwm變換器連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-傳動機構(gòu)；2-雙饋電機；3-風(fēng)力機；4-電網(wǎng)；5-pwm整流器；6-控制繞組；7-功率繞組；8-定子繞組；9-電阻；10-轉(zhuǎn)子繞組；11-穩(wěn)壓管；12-整流器；13-轉(zhuǎn)子極對數(shù)接口；14-控制繞組頻率線；15-雙向功率變換器；16-功率繞組頻率線；17-功率繞組極對數(shù)接口；18-升壓變壓器；19-雙pwm變換器；20-晶振。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

以下各實施例的說明是參考附圖，用以示例本發(fā)明可以用以實施的特定實施例。本發(fā)明所提到的方向和位置用語，例如「上」、「中」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「內(nèi)」、「外」、「側(cè)面」等，僅是參考附加圖式的方向和位置。因此，使用的方向和位置用語是用以說明及理解本發(fā)明，而非用以限制本發(fā)明。

實施例：

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供了一種電力電子變換器，包括傳動機構(gòu)1和雙饋電機2，所述傳動機構(gòu)1的左端通過轉(zhuǎn)軸與風(fēng)力機3相連接，所述傳動機構(gòu)1主要為利用風(fēng)力機帶動齒輪箱轉(zhuǎn)動作為動力來源，所述傳動機構(gòu)1的輸出端通過控制線與雙饋電機2相連接，且在雙饋電機2的信號端通過功率繞組7與電網(wǎng)4相連接，所述雙饋電機2的輸出端通過控制繞組6與pwm整流器5相連接，所述pwm整流器5采用串并聯(lián)結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)4相連接，所述pwm整流器5的數(shù)量為十二個，且十二個pwm整流器5均并聯(lián)連接在雙饋電機2與電網(wǎng)4線路之間，所述在雙pwm整流器9中，pwm逆變技術(shù)相對成熟，而電網(wǎng)側(cè)的pwm整流器9作為與通用變頻器的主要差異點，決定了能量能否回饋、回饋的品質(zhì)如何、電動運行時功率因數(shù)是否可調(diào)等關(guān)鍵問題。對于pwm整流器9，開關(guān)橋采用電壓控制可關(guān)斷絕緣柵雙極晶體管(igbt)組成，通過高頻率開關(guān)切換，使得整流器輸入側(cè)線電壓為一系列連續(xù)的開關(guān)脈沖，其基波成分為與電網(wǎng)輸入電壓同頻率的正弦電壓。當(dāng)開關(guān)頻率較高時，低次工頻諧波的幅值近似為零，因此整流器輸入側(cè)電流的正弦度較高。通過調(diào)節(jié)開關(guān)切換的順序和時間，可改變輸入側(cè)電流的相位，從而實現(xiàn)功率、功率因數(shù)的調(diào)節(jié)。

如圖2所示，所述雙饋電機2采用繞線式異步發(fā)電機，在雙饋電機2的左端設(shè)置有定子繞組8，所述雙饋電機2的右端通過轉(zhuǎn)子繞組10分別與電阻9和穩(wěn)壓管11相連接，所述穩(wěn)壓管11的控制端與整流器12并聯(lián)連接，轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)是通過電力電子變換器來控制繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子電流的一項技術(shù)，在風(fēng)電系統(tǒng)中，根據(jù)外部風(fēng)速變化改變異步電機的外接電阻值，使轉(zhuǎn)子電流跟蹤功率調(diào)節(jié)器輸出的給定值，保持轉(zhuǎn)子電流恒定，從而穩(wěn)定輸出功率。轉(zhuǎn)子電流控制器與發(fā)電機同軸安裝，并與轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成電氣回路。主電路主要由外接電阻、開關(guān)器件等組成，通過三相整流橋與發(fā)電機轉(zhuǎn)子電路相連。開關(guān)器件通過控制單元給出的pwm信號不斷開通與關(guān)斷，調(diào)整每周期外接電阻接入的平均值，達到跟蹤給定電流的目的。加裝轉(zhuǎn)子電流控制器的異步風(fēng)力發(fā)電機組的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，且可在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)變速恒頻和功率調(diào)節(jié)。

如圖4所示，所述轉(zhuǎn)子繞組10內(nèi)部設(shè)置有轉(zhuǎn)子極對數(shù)接口13，所述轉(zhuǎn)子極對數(shù)接口13的輸出端通過控制繞組頻率線14與雙向功率變換器15相連接，所述雙向功率變換器15的輸出端分三路與功率繞組頻率線16相連接，所述功率繞組頻率線16的輸出端均與轉(zhuǎn)子繞組4表面的功率繞組極對數(shù)接口17相連接，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速時，控制繞組勵磁由交流勵磁變?yōu)橹绷鲃畲牛姍C的運行狀態(tài)與普通的同步電機完全相同。無刷雙饋電機在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)原理與有刷雙饋電機基本相同，根據(jù)風(fēng)機轉(zhuǎn)速變化來調(diào)節(jié)勵磁電流的頻率；通過改變勵磁電流的幅值和相位，以捕獲最大風(fēng)能，同時實現(xiàn)有功和無功功率的調(diào)節(jié)。

如圖3所示，所述雙饋電機2的輸入端還連接有升壓變壓器18，且在升壓變壓器18的兩端設(shè)置有雙pwm變換器19，且在雙pwm變換器19之間還連接有晶振20，所述轉(zhuǎn)子側(cè)變換器均采用過調(diào)制技術(shù)以提高不脫網(wǎng)勵磁控制的效果，在過調(diào)制運行下其最大勵磁電壓均可達到額定輸出電壓的1.35倍，對電網(wǎng)側(cè)變換器也都采用過調(diào)制技術(shù)，其最大控制電壓均可達到額定控制電壓的1.5倍。在故障發(fā)生前分別采用傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制策略以及帶前饋的控制策略控制電網(wǎng)側(cè)變換器，直流鏈電壓設(shè)定值為1200v。采用基于定子磁鏈定向的矢量控制算法控制轉(zhuǎn)子側(cè)變換器實現(xiàn)發(fā)電機有功和無功功率解耦控制。

綜上所述，本發(fā)明的主要特點在于：

(1)本發(fā)明采用傳動機構(gòu)電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方法成熟。發(fā)電機發(fā)出的交流電通過整流濾波電路轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)過pwm電壓型逆變器，輸出電壓、頻率、相位與電網(wǎng)相符的交流電，并且可以控制系統(tǒng)輸出的有功和無功功率，調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機工作在最佳狀態(tài)；

(2)本發(fā)明通過安裝的雙饋電動機，利用繞線型異步電動機自身的結(jié)構(gòu)特點，將電動機的定子直接聯(lián)接到三相對稱工頻電網(wǎng)上，而繞線型轉(zhuǎn)子采用交流變頻電源供電，并采用相應(yīng)的控制策略來控制轉(zhuǎn)子電流的幅值、頻率、相位和相序。由于電機是分別通過對定、轉(zhuǎn)子單獨饋電而工作的，控制器從電網(wǎng)吸收能量送給轉(zhuǎn)子繞組。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速時，電機運行于超同步狀態(tài)，當(dāng)定子繞組的旋轉(zhuǎn)角頻率和轉(zhuǎn)子繞組的旋轉(zhuǎn)角頻率相反方向旋轉(zhuǎn)，此時，定子電流與轉(zhuǎn)子電流相序相反，控制器從轉(zhuǎn)子繞組吸收能量送給電網(wǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的旋轉(zhuǎn)角頻率為0時，電機以同步轉(zhuǎn)速運行，此時轉(zhuǎn)子勵磁由交流勵磁變?yōu)橹绷鲃畲牛姍C的運行狀態(tài)與普通的同步電機完全相同，使得相對全功率變換器的容器大大減小，提高了系統(tǒng)運行的可靠性，是風(fēng)力發(fā)電中變速恒頻發(fā)電的優(yōu)化方案。

(3)本發(fā)明的無刷雙饋電機在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)原理與有刷雙饋電機基本相同，根據(jù)風(fēng)機轉(zhuǎn)速變化來調(diào)節(jié)勵磁電流的頻率；通過改變勵磁電流的幅值和相位，以捕獲最大風(fēng)能，同時實現(xiàn)有功和無功功率的調(diào)節(jié)，實用性強。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。