具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器的製造方法
2023-12-04 15:52:51
具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，其構成包含一風機用電力轉換器，該電力轉換器與風機電性連接，與電力轉換器搭接的電網也電性連接，且該電力轉換器和電網全時併網；該風機迎風轉動發電後，其風機所產生的能量經由風機用電力轉換器轉換成與電網相同電壓等級的交流電壓，由電力轉換器輸出的交流電壓，將所產生的能量傳送至電網上。本發明由風機用電力轉換器與電網全天候搭接併網，將風機所產生的電能可實時經由該電力轉換器轉換並傳送至電網上。
【專利說明】具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器
【技術領域】
[0001]本發明涉及風機用電力轉換器，具體是一種具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器。
【背景技術】
[0002]因應環保節能等概念，再生能源大量且廣泛的應用在世界各地，由於再生能源不若火力及核能等可輸出大量且穩定的可用能源，在使用再生能源時氣候佔了很大部份的因素，如太陽能資源有陰晴天、溫度高低等都會影響發電效率，風資源則有強弱風及擾流風等不確定因素，因此應用於再生能源的轉換器必須要有特殊的機制，才能有效率的應用不穩定的再生能源。
[0003]由於風資源高度不穩定的特性，風的方向及力道都是不可被預測的，不若太陽能可以簡單的預測太陽軌跡以及日照強度。由先前技術可知，大部份風力用轉換器的架構都來自太陽能轉換器架構，再進行輸入電壓範圍調整後產出可適合風力用的電力轉換器。換句話說，此類型風力用轉換器輸入端為發電機三相交流電源，該三相交流電源再經由整流器，將三相交流整流成一穩定直流電源，並以電容為儲能及穩壓組件，供後級電路使用。或通過使用電池裝置的能量對後級電路供電，該電池裝置由市電網絡通過雙向變流器充電，再經由雙向變流器對交流負載供電，可應用於不斷電系統及太陽能用轉換器架構，此類型風力用轉換器在無風的狀態下會關機，當風開始帶動發電機時，發電機必須要產生高於一定電壓水平的交流電再經整流成直流電，才可以驅動此類型電力轉換器，驅動電力轉換器後還需等待一段電力轉換器與電網併網時間，才可將風機所產生的電能送到電網上；在上述過程中，風可能持續帶動風機葉片持續發電，亦有可能風勢減弱風機停機，當風機停機後電力轉換器勢必又進入關機狀態，並等待下一次風起的時；以風資源應用的角度討論，此類型的電力轉換器無法將風機所產生的能量進行最大程度的利用，長期來看是不合乎風資源應用的效益。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種全時併網的電力轉換器，該轉換器與電網隨時搭接併網，當風力夠大推動風機發電時，本發明的電力轉換器即可將所產生的電能轉換並傳送至電網上。其具體技術方案如下:
一種具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，其構成包含一風機用電力轉換器，該電力轉換器與風機電性連接，與電力轉換器搭接的電網也電性連接，且該電力轉換器和電網全時併網；該風機迎風轉動發電後，其風機所產生的能量經由風機用電力轉換器轉換成與電網相同電壓等級的交流電壓，由電力轉換器輸出的交流電壓，將所產生的能量傳送至電網上。
[0005]進一步的，所述風機用電力轉換器包括三相全橋整流單元，用於將風機產生的三相交流電整流為直流電使用，該三相全橋整流單元與風機電性連接，該三相全橋整流單元由六個電晶體所組成，上下臂電路分別各使用三個絕緣柵雙極電晶體(IGBT)，是全控整流形式的全橋整流單元。
[0006]進一步的，所述風機用電力轉換器包括電容型式儲能組件，用於儲存所述三相全橋整流單元所產生的直流電，以及消除三相全橋整流所產生的直流電的電壓波紋(voltageripple),該電容型式儲能組件與三相全橋整流單元電性連接。
[0007]進一步的，所述風機用電力轉換器包括全橋式轉換單元，將儲存於所述電容型式儲能組件的直流電轉換成交流電，由四個絕緣柵雙極電晶體所組成，上下臂電路分別各使用兩個絕緣柵雙極電晶體，全橋式轉換單元與所述電容型式儲能組件電性連接。
[0008]進一步的，所述風機用電力轉換器還包括控制單元，控制所述三相全橋整流單元及全橋式轉換單元的控制單元，該控制單元由輸出脈衝寬度調製(PWM)信號，控制三相全橋整流單元將三相交流電整流成直流電，同時也控制全橋式轉換單元將直流電轉換為單向交流電，並與電網連接。
[0009]進一步的，還包括電源板單元，將電網電壓對電容式儲能組件及控制單元供電的功能單元，該電源板單元與電網電性連接，電源板單元與電容型式儲能組件也為電性連接，電源板單元與控制單元也為電性連接。
[0010]進一步的，該電力轉換器開機啟動後，電網能量通過所述電源板單元對所述電容型儲能組件進行充電，同時電網能量也通過所述電源板單元對控制單元進行供電；當電容型式儲能組件充滿電後，由電容型式儲能組件供電；控制單元控制全橋式轉換單元與電網進行併網搭接，此時電力轉換器會輸出與電網電壓頻率及電壓水平相當的交流電電壓，進行全時併網。
[0011]進一步的，該電力轉換器與電網搭接後，電力轉換器會自動與電網併網；當風機因受風轉動而發電時，風機輸出的三相交流電可實時通過所述三相全橋整流單元，將三相交流電整流並升壓成高電壓水平的直流電並儲存於所述電容型式儲能組件，全橋式轉換單元則將儲存於電容型式儲能組件的能量降壓並轉換成交流電傳送至電網上。
[0012]進一步的，該電力轉換器開機後即與電網搭接併網，當風機發電時電力轉換器可直接將該風機所產生的能量傳送到電網上，不需經過開機程序以及併網程序。
[0013]進一步的，該電力轉換器可用於垂直軸風力發電系統及水平軸風力發電系統。
[0014]本發明的具實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，系藉由風機用電力轉換器與電網全天候搭接併網，將風機所產生的電能可實時經由該電力轉換器轉換並傳送至電網上；該電力轉換器系應用電網對電力轉換器內的電容型式儲能組件進行充電動作，當電容型式儲能組件充電充滿時，電力轉換器內的電容型式儲能裝置的電壓會維持在一高電壓水平；同時也會通過電網能量對電力轉換器的控制單元供電，以維持電力轉換器持續開機並且與電網併網。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0017]本發明的具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，該電力轉換器具備全時併網功能，進一步解釋為本發明所提出的電力轉換器為全天候與電網連接，除非風機故障或電網故障等不可預期外力因素，否則本發明的電力轉換器不會關機；當風力發電機(簡稱風機)因風力帶動葉片產生動能，並由葉片動能帶動發電機發電，由電力轉換器將風機所產生的電能傳送至電網上，該風機與電力轉換器系電性連接。
[0018]如圖1所示，本發明的具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，其構成包含一風機用電力轉換器，該電力轉換器與風機電性連接，與電力轉換器搭接的電網也是電性連接；該風機迎風轉動發電後，其風機所產生的能量經由風機用電力轉換器轉換成與電網相同電壓等級的交流電壓，由電力轉換器輸出的交流電壓，再通過併網的方式將所產生的能量傳送至電網上。
[0019]其中風機用電力轉換器包含:三相全橋整流單元，用於將風機產生的三相交流電整流為直流電使用，該三相全橋整流單元與風機電性連接，該三相全橋整流單元由六個電晶體所組成，上下臂電路分別各使用三個絕緣柵雙極電晶體(IGBT)，系全控整流形式的全橋整流單元；電容型式儲能組件，用於儲存三相全橋整流所產生的直流電，以及消除三相全橋整流所產生的直流電的電壓波紋(voltage ripple)所使用，該電容型式儲能組件與三相全橋整流單元電性連接；全橋式轉換單元，將儲存於電容型式儲能組件的直流電轉換成交流電的全橋式轉換單元，由四個絕緣柵雙極電晶體所組成，上下臂電路分別各使用兩個絕緣柵雙極電晶體；控制單元，是控制三相全橋整流單元及全橋式轉換單元的控制單元，該控制單元由輸出脈衝寬度調製(PWM)信號，控制三相全橋整流單元將三相交流電整流成直流電，同時也控制全橋式轉換單元將直流電轉換為單向交流電，並與電網連接；電源板單元，可將電網電壓通過整流及降壓等方法對電容式儲能組件及控制單元供電的功能單元，該電源板單元與電網系電性連接，電源板單元與電容型式儲能組件也為電性連接，電源板單元與控制單元也為電性連接。
[0020]該電力轉換器開機啟動後，電網能量會通過所述電源板單元對所述電容型儲能組件進行充電，同時電網能量也會通過所述電源板單元對控制單元進行供電；當電容型式儲能組件充滿電後，由電容型式儲能組件供電；控制單元會控制全橋式轉換單元與電網進行併網搭接，此時電力轉換器會輸出與電網電壓頻率及電壓水平相當的交流電電壓，進行全時併網功能。
[0021]該電力轉換器與電網搭接後，電力轉換器會自動與電網併網；當風機因受風轉動而發電時，風機輸出的三相交流電可實時通過所述三相全橋整流單元，將三相交流電整流並升壓成高電壓水平的直流電並儲存於所述電容型式儲能組件，全橋式轉換單元則將儲存於電容型式儲能組件的能量降壓並轉換成交流電傳送至電網上。
[0022]本發明的電力轉換器開機後即與電網搭接併網，當風機發電時電力轉換器可直接將該風機所產生的能量傳送到電網上，不需經過開機程序以及併網程序。
[0023]本發明可通用於垂直軸風力發電系統及水平軸風力發電系統，其風力發電系統通過將風能轉換成動能儲存在葉片上，葉片再帶動發電機將動能轉換成機械能，通過發電機切割磁場將動能轉換成電能，並由電力轉換器將電能傳送至當地電網。
[0024]本發明的具有實時發電且全時併網的功能，利用電網與電力轉換器全時間搭接併網，該電力轉換器應用電網能量對電力轉換器內電容型式儲能組件進行儲能動作，同時提供電力轉換器內控制單元電力，以維持控制單元持續開機狀態，待風機發電便可實時將能量轉換後傳送至電網上。
[0025]舉例說，電力轉換器與電網電性連接，當電力轉換器開機時，電力轉換器內的電源板單元將利用電網能量對電容型式儲能組件進行充電，同時電源板也可將電網電壓轉換為可驅動控制單元的電壓，維持電力轉換器持續開機狀態，且可實時進行電力轉換等動作；與此同時，因電容型式儲能組件已進行充電，此時電容型式儲能組件可提供具有高電壓水平的直流電，控制單元可根據電網頻率及相位等信息，將電力轉換器與電網進行並聯，但暫時不傳送能量到電網上；當風開始推動風機轉動，風機一開始會輸出一較低電壓水平的交流電壓，該交流電壓通過控制單元控制三相全橋整流單元，可將較低電壓水平的交流電壓整流且升壓成高電壓水平的直流電，並儲存於電容型式儲能單元，此時電力轉換器即可通過控制單元將電容型式儲能單元的高電壓水平直流電傳送到後端全橋式整流單元，降壓轉換為成可與電網並聯的交流電，並將的傳送至電網上，並不需要實施額外的開機程序以及併網程序；當風由強轉弱甚至停止吹風，此時電力轉換器持續與電網並聯，並藉由持續利用電網能量維持電力轉換器開機，等待風機再次發電。
[0026]以上所述及圖中所示的僅是本發明的優選實施方式。應當指出，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明的原理的前提下，還可以作出若干變型和改進，這些也應視為屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，其構成包含一風機用電力轉換器，其特徵在於:該電力轉換器與風機電性連接，與電力轉換器搭接的電網也電性連接，且該電力轉換器和電網全時併網；該風機迎風轉動發電後，其風機所產生的能量經由風機用電力轉換器轉換成與電網相同電壓等級的交流電壓，由電力轉換器輸出的交流電壓，將所產生的能量傳送至電網上。
2.如權利要求1所述的具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，其特徵在於:所述風機用電力轉換器包括三相全橋整流單元，用於將風機產生的三相交流電整流為直流電使用，該三相全橋整流單元與風機電性連接，該三相全橋整流單元由六個電晶體所組成，上下臂電路分別各使用三個絕緣柵雙極電晶體(IGBT)，是全控整流形式的全橋整流單元。
3.如權利要求2所述的具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，其特徵在於:所述風機用電力轉換器包括電容型式儲能組件，用於儲存所述三相全橋整流單元所產生的直流電，以及消除三相全橋整流所產生的直流電的電壓波紋(voltage ripple),該電容型式儲能組件與三相全橋整流單元電性連接。
4.如權利要求3所述的具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，其特徵在於:所述風機用電力轉換器包括全橋式轉換單元，將儲存於所述電容型式儲能組件的直流電轉換成交流電，由四個絕緣柵雙極電晶體所組成，上下臂電路分別各使用兩個絕緣柵雙極電晶體，全橋式轉換單元與所述電容型式儲能組件電性連接。
5.如權利要求2或4所述的具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，其特徵在於:所述風機用電力轉換器還包括控制單元，控制所述三相全橋整流單元及全橋式轉換單元的控制單元，該控制單元由輸出脈衝寬度調製(PWM)信號，控制三相全橋整流單元將三相交流電整流成直流電，同時也控制全橋式轉換單元將直流電轉換為單向交流電，並與電網連接。
6.如權利要求5所述的具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，其特徵在於:還包括電源板單元,將電網電壓對電容式儲能組件及控制單元供電的功能單元,該電源板單元與電網電性連接，電源板單元與電容型式儲能組件也為電性連接，電源板單元與控制單元也為電性連接。
7.如權利要求1-6之一所述的具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，其特徵在於:該電力轉換器開機啟動後，電網能量通過所述電源板單元對所述電容型儲能組件進行充電，同時電網能量也通過所述電源板單元對控制單元進行供電；當電容型式儲能組件充滿電後，由電容型式儲能組件供電；控制單元控制全橋式轉換單元與電網進行併網搭接，此時電力轉換器會輸出與電網電壓頻率及電壓水平相當的交流電電壓，進行全時併網。
8.如權利要求7所述的具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，其特徵在於:該電力轉換器與電網搭接後，電力轉換器會自動與電網併網；當風機因受風轉動而發電時，風機輸出的三相交流電可實時通過所述三相全橋整流單元，將三相交流電整流並升壓成高電壓水平的直流電並儲存於所述電容型式儲能組件，全橋式轉換單元則將儲存於電容型式儲能組件的能量降壓並轉換成交流電傳送至電網上。
9.如權利要求1-8之一所述的具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，其特徵在於:該電力轉換器開機後即與電網搭接併網，當風機發電時電力轉換器可直接將該風機所產生的能量傳送到電網上，不需經過開機程序以及併網程序。
10.如權利要求1所述的具有實時發電且全時併網功能的風機用電力轉換器，其特徵在於:該電力轉換器可用於垂直軸風力發電系統及水平軸風力發電系統。
【文檔編號】H02J3/38GK104377734SQ201410699931
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】申林, 劉書芳, 劉魏 申請人:東元總合科技（杭州）有限公司