專利名稱：大功率三相三重直流斬波裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及風力發電變流技術，具體是一種大功率三相三重直流斬波裝置。
背景技術：
風力發電作為一種新型的、清潔的可再生能源，近年來在國內外發展迅猛。為了實現風電并網，需要在風力發電機組與電網之間連接風力發電變流裝置。現有風力發電變流裝置通常包括由三相PWM整流電路構成的電機側變流裝置和由三相PWM逆變電路構成的電網側變流裝置。其中，三相PWM整流電路用于將風力發電機組輸出的幅值變化、頻率變化的交流電壓整流成直流電壓，三相PWM逆變電路用于將直流電壓逆變為幅值穩定、頻率穩定的交流電壓，并與電網連接，輸出功率。如圖I所示，所述三相PWM整流電路包括由第 十七-第二十IGBTM17-M20構成的第一整流橋、由第二i^一 -第二十四IGBTM21-M24構成的第二整流橋、以及由第二十五-第二十八IGBTM25-M28構成的第三整流橋。所述三相PWM逆變電路包括由第四-第七IGBTM4-M7構成的第一逆變橋、由第八-第i^一 IGBTM8-M11構成的第二逆變橋、由第十二 -第十五IGBTM12-M15構成的第三逆變橋。工作時，三相PWM整流電路的三相輸入端連接風力發電機組，三相PWM逆變電路的三相輸出端連接電網。通過PWM控制三相PWM整流電路中各個IGBT的電流，達到間接控制直流電壓的目的。通過PWM控制三相PWM逆變電路中各個IGBT的電流，達到間接控制交流電壓的目的。但由于三相PWM整流電路和三相PWM逆變電路均需采用大功率PWM控制方式，導致現有風力發電變流裝置存在設備成本較高、控制較復雜、維修成本較高的問題。為此有必要發明一種全新的風力發電變流裝置，以解決現有風力發電變流裝置存在的上述問題。
發明內容
本發明為了解決現有風力發電變流裝置設備成本較高、控制較復雜、維修成本較高的問題，提供了一種大功率三相三重直流斬波裝置。本發明是采用如下技術方案實現的大功率三相三重直流斬波裝置，包括電機側變流裝置、電網側變流裝置、以及斬波控制裝置；所述電機側變流裝置包括三相不控整流電路和三重升壓斬波電路；所述電網側變流裝置包括三相PWM逆變電路；三相不控整流電路的正輸出端與三重升壓斬波電路的正輸入端連接；三相不控整流電路的負輸出端與三重升壓斬波電路的負輸入端連接；三重升壓斬波電路的正輸出端與三相PWM逆變電路的正輸入端連接；三重升壓斬波電路的負輸出端與三相PWM逆變電路的負輸入端連接；三重升壓斬波電路的控制端、三相PWM逆變電路的控制端均與斬波控制裝置的輸出端連接。工作時，三相不控整流電路的三相輸入端連接風力發電機組，三相PWM逆變電路的三相輸出端連接電網。三相不控整流電路用于將風力發電機組輸出的交流電壓整流成直流電壓。通過斬波控制裝置調節三重升壓斬波電路的斬波脈寬比，實現直流電壓的穩定。具體而言，當風速較低時，風力發電機組的輸出電壓較低，此時通過增大三重升壓斬波電路的斬波脈寬比，將直流電壓穩定在規定電壓值。當風速較高時，風力發電機組的輸出電壓較高，此時通過減小三重升壓斬波電路的斬波脈寬比，將直流電壓穩定在規定電壓值。通過斬波控制裝置控制三相PWM逆變電路，將穩定的直流電壓逆變為幅值穩定、頻率穩定的交流電壓，并與電網連接，輸出功率。基于上述過程，與現有風力發電變流裝置相比，本發明所述的大功率三相三重直流斬波裝置采用三相不控整流電路和三重升壓斬波電路替代原有的三相PWM整流電路作為電機側變流裝置，大幅減少了電機側變流裝置中的IGBT數量，由此不僅降低了設備成本和維修成本，提高了可靠性，而且簡化了控制，使控制變得更加簡單。本發明基于全新的結構，有效解決了現有風力發電變流裝置設備成本較高、控制較復雜、維修成本較高的問題，適用于風力發電變流，尤其適用于低風速區直驅型風力發電變流。
圖I是現有風力發電變流裝置的結構示意圖。圖2是本發明的電機側變流裝置和電網側變流裝置的結構示意圖。圖3是本發明的斬波控制裝置的結構示意圖。圖4是本發明的第一斬波控制芯片輸出的三相斬波PWM控制信號的波形示意圖。
具體實施例方式大功率三相三重直流斬波裝置，包括電機側變流裝置、電網側變流裝置、以及斬波控制裝置；所述電機側變流裝置包括三相不控整流電路和三重升壓斬波電路；所述電網側變流裝置包括三相PWM逆變電路；三相不控整流電路的正輸出端與三重升壓斬波電路的正輸入端連接；三相不控整流電路的負輸出端與三重升壓斬波電路的負輸入端連接；三重升壓斬波電路的正輸出端與三相PWM逆變電路的正輸入端連接；三重升壓斬波電路的負輸出端與三相PWM逆變電路的負輸入端連接；三重升壓斬波電路的控制端、三相PWM逆變電路的控制端均與斬波控制裝置的輸出端連接；
所述三相不控整流電路包括由第一-第四二極管D1-D4構成的第一整流橋、由第五-第八二極管D5-D8構成的第二整流橋、以及由第九-第十二二極管D9-D12構成的第三 整流橋；第一整流橋的正輸出端、第二整流橋的正輸出端、第三整流橋的正輸出端并接構成三相不控整流電路的正輸出端；第一整流橋的負輸出端、第二整流橋的負輸出端、第三整流橋的負輸出端并接構成三相不控整流電路的負輸出端；
所述三重升壓斬波電路包括第一-第三IGBTM1-M3、第一-第三電感L1-L3、第十三-第十五二極管D13-D15 ;第一-第三電感L1-L3的一端并接構成三重升壓斬波電路的正輸入端；第一電感LI的另一端、第一 IGBTMl的集電極均與第十三二極管D13的正極連接；第二電感L2的另一端、第二 IGBTM2的集電極均與第十四二極管D14的正極連接；第三電感L3的另一端、第三IGBTM3的集電極均與第十五二極管D15的正極連接；第十三-第十五二極管D13-D15的負極并接構成三重升壓斬波電路的正輸出端；第一-第三IGBTM1-M3的發射極并接構成三重升壓斬波電路的負輸入端；第一-第三IGBTM1-M3的發射極并接構成三重升壓斬波電路的負輸出端；第一-第三IGBTM1-M3的柵極共同構成三重升壓斬波電路的控制端；
所述三相PWM逆變電路包括由第四-第七IGBTM4-M7構成的第一逆變橋、由第八-第i^一 IGBTM8-M11構成的第二逆變橋、由第十二-第十五IGBTM12-M15構成的第三逆變橋；第一逆變橋的正輸入端、第二逆變橋的正輸入端、第三逆變橋的正輸入端并接構成三相PWM逆變電路的正輸入端；第一逆變橋的負輸入端、第二逆變橋的負輸入端、第三逆變橋的負輸入端并接構成三相PWM逆變電路的負輸入端；第四-第十五IGBTM4-M15的柵極共同構成三相PWM逆變電路的控制端；
所述斬波控制裝置包括第一斬波控制芯片NI、第二斬波控制芯片N2、雙口 RAM芯片N3、以及CPLD芯片N4 ;第一斬波控制芯片NI的地址總線與雙口 RAM芯片N3的右端地址總線連接；第一斬波控制芯片NI的數據總線與雙口 RAM芯片N3的右端數據總線連接；第二斬波控制芯片N2的地址總線與雙口 RAM芯片N3的左端地址總線連接；第二斬波控制芯片N2的數據總線與雙口 RAM芯片N3的左端數據總線連接；第一斬波控制芯片NI的控制總線與CPLD芯片N4的右端控制總線連接；第二斬波控制芯片N2的控制總線與CPLD芯片N4的左端控制總線連接；第一斬波控制芯片NI的輸出端構成斬波控制裝置的輸出端；工作時，第一斬波控制芯片用于邏輯控制和網絡接口，第二斬波控制芯片用于復雜數學運算；第一斬波控制芯片和第二斬波控制芯片之間通過雙口 RAM芯片交換數據；CPLD芯片用于實現第一斬波控制芯片、第二斬波控制芯片、雙口 RAM芯片之間的時序管理和片選邏輯；如圖4所示，第一斬波控制芯片輸出相間互差120°的三相斬波PWM控制信號，實現對三重升壓斬波電·路和三相PWM逆變電路的控制；
還包括第十六二極管D16、第十六IGBTM16、電阻R、第四-第五電容C4-C5 ;第十六二極管D16的負極與三重升壓斬波電路的正輸出端連接；第十六IGBT M16的發射極與三重升壓斬波電路的負輸出端連接；第十六二極管D16的正極與第十六IGBTM16的集電極連接；電阻R并接于第十六二極管D16的正、負極之間；第五電容C5并接于三重升壓斬波電路的正、負輸入端之間；第四電容C4并接于三重升壓斬波電路的正、負輸出端之間；
具體實施時，如圖2所示，三相不控整流電路的三相輸入端連接風力發電機組G，三相PWM逆變電路的三相輸出端通過第一-第三電容C1-C3連接電網T。如圖3所示，第一斬波控制芯片采用外圍功能強大的TMS320LF2407A型控制芯片。第二斬波控制芯片采用可進行浮點運算的TMS320VC33型控制芯片。雙口 RAM芯片采用IDT70V24S25PF型雙口 RAM芯片。CPLD 芯片采用 EPM7064AETC100-10CPLD 型 CPLD 芯片。
權利要求
1.一種大功率三相三重直流斬波裝置，其特征在于包括電機側變流裝置、電網側變流裝置、以及斬波控制裝置；所述電機側變流裝置包括三相不控整流電路和三重升壓斬波電路；所述電網側變流裝置包括三相PWM逆變電路；三相不控整流電路的正輸出端與三重升壓斬波電路的正輸入端連接；三相不控整流電路的負輸出端與三重升壓斬波電路的負輸入端連接；三重升壓斬波電路的正輸出端與三相PWM逆變電路的正輸入端連接；三重升壓斬波電路的負輸出端與三相PWM逆變電路的負輸入端連接；三重升壓斬波電路的控制端、三相PWM逆變電路的控制端均與斬波控制裝置的輸出端連接。
2.根據權利要求I所述的大功率三相三重直流斬波裝置，其特征在于所述三相不控整流電路包括由第一-第四二極管(D1-D4)構成的第一整流橋、由第五-第八二極管(D5-D8)構成的第二整流橋、以及由第九-第十二二極管(D9-D12)構成的第三整流橋；第一整流橋的正輸出端、第二整流橋的正輸出端、第三整流橋的正輸出端并接構成三相不控整流電路的正輸出端；第一整流橋的負輸出端、第二整流橋的負輸出端、第三整流橋的負輸出端并接構成三相不控整流電路的負輸出端。
3.根據權利要求I所述的大功率三相三重直流斬波裝置，其特征在于所述三重升壓斬波電路包括第一-第三IGBT (M1-M3)、第一-第三電感(L1-L3)、第十三-第十五二極管(D13-D15);第一-第三電感(L1-L3)的一端并接構成三重升壓斬波電路的正輸入端；第一電感(LI)的另一端、第一 IGBT (Ml)的集電極均與第十三二極管(D13)的正極連接；第二電感(L2)的另一端、第二 IGBT (M2)的集電極均與第十四二極管(D14)的正極連接；第三電感(L3)的另一端、第三IGBT (M3)的集電極均與第十五二極管(D15)的正極連接；第十三-第十五二極管(D13-D15)的負極并接構成三重升壓斬波電路的正輸出端；第一-第三IGBT(M1-M3)的發射極并接構成三重升壓斬波電路的負輸入端；第一-第三IGBT (M1-M3)的發射極并接構成三重升壓斬波電路的負輸出端；第一-第三IGBT (M1-M3)的柵極共同構成三重升壓斬波電路的控制端。
4.根據權利要求I所述的大功率三相三重直流斬波裝置，其特征在于所述三相PWM逆變電路包括由第四-第七IGBT (M4-M7)構成的第一逆變橋、由第八-第i^一 IGBT(M8-M11)構成的第二逆變橋、由第十二-第十五IGBT (M12-M15)構成的第三逆變橋；第一逆變橋的正輸入端、第二逆變橋的正輸入端、第三逆變橋的正輸入端并接構成三相PWM逆變電路的正輸入端；第一逆變橋的負輸入端、第二逆變橋的負輸入端、第三逆變橋的負輸入端并接構成三相PWM逆變電路的負輸入端；第四-第十五IGBT (M4-M15)的柵極共同構成三相PWM逆變電路的控制端。
5.根據權利要求I所述的大功率三相三重直流斬波裝置，其特征在于所述斬波控制裝置包括第一斬波控制芯片(NI)、第二斬波控制芯片(N2)、雙口 RAM芯片(N3)、以及CPLD芯片(N4);第一斬波控制芯片(NI)的地址總線與雙口 RAM芯片(N3)的右端地址總線連接；第一斬波控制芯片(NI)的數據總線與雙口 RAM芯片(N3)的右端數據總線連接；第二斬波控制芯片(N2)的地址總線與雙口 RAM芯片(N3)的左端地址總線連接；第二斬波控制芯片(N2)的數據總線與雙口 RAM芯片(N3)的左端數據總線連接；第一斬波控制芯片(NI)的控制總線與CPLD芯片(N4)的右端控制總線連接；第二斬波控制芯片(N2)的控制總線與CPLD芯片(N4)的左端控制總線連接；第一斬波控制芯片(NI)的輸出端構成斬波控制裝置的輸出端。
6.根據權利要求I所述的大功率三相三重直流斬波裝置，其特征在于還包括第十六二極管(D16)、第十六IGBT (M16)、電阻(R)、第四-第五電容(C4-C5);第十六二極管(D16)的負極與三重升壓斬波電路的正輸出端連接；第十六IGBT (M16)的發射極與三重升壓斬波電路的負輸出端連接；第十六二極管(D16)的正極與第十六IGBT (M16)的集電極連接；電阻(R)并接于第十六二極管(D16)的正、負極之間；第五電容(C5)并接于三重升壓斬波電路的正、負輸入端之間；第四電容(C4)并接于三重升壓斬波電路的正、負輸出端之間。
全文摘要
本發明涉及風力發電變流技術，具體是一種大功率三相三重直流斬波裝置。本發明解決了現有風力發電變流裝置設備成本較高、控制較復雜、維修成本較高的問題。大功率三相三重直流斬波裝置包括電機側變流裝置、電網側變流裝置、以及斬波控制裝置；所述電機側變流裝置包括三相不控整流電路和三重升壓斬波電路；所述電網側變流裝置包括三相PWM逆變電路；三相不控整流電路的正輸出端與三重升壓斬波電路的正輸入端連接。本發明基于全新的結構，有效解決了現有風力發電變流裝置設備成本較高、控制較復雜、維修成本較高的問題，適用于風力發電變流，尤其適用于低風速區直驅型風力發電變流。
文檔編號H02M3/155GK102684509SQ20121016201
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月23日 優先權日2012年5月23日
發明者孫建平, 寇金華, 張雅琨, 李康樂, 楊高興, 趙安定 申請人:永濟新時速電機電器有限責任公司